过程控制工程第三版习题答案
《过程控制工程》期末考试复习题及参考答案
过程控制工程复习题（课程代码392217）一、选择题（请从下列选项中选出正确的一项）1、下列不属于单回路反馈控制系统的是（）选项A）被控对象选项B）被测对象选项C）测量变送选项D）控制器和控制阀答案：B2、在工业控制中，使用最多的控制系统是（）选项A）单回路反馈控制系统选项B）串级控制系统选项C）比值控制系统选项D）前馈控制系统答案：A3、下列中对干扰通道特性对控制质量影响描述错误的是（）选项A）K f增加，余差增加，系统稳定性不变选项B）T f增加，过渡过程时间减小选项C）T f增加，振荡幅值减小选项D）τf增加，余差减小答案：D4、下列中对控制对象特性对控制质量影响描述错误的是（）选项A）一般希望放大倍数K0大些好，易于调节选项A）一般希望控制通道时间常数小些好，但不能过小选项C）控制通道时间常数越小越好，系统才灵敏选项D）时间常数大，系统的工作频率低答案：D5、下列对操纵变量选择原则描述错误的是（）选项A）操纵变量必须可控选项A）选择通道放大倍数相对大的选项C）选择干扰通道时间常数小一点的选项D）选择通道的纯滞后尽量小答案：C6、下列中对控制通道特性对控制质量影响描述错误的是（）选项A）K0增加，余差增加，系统稳定性不变选项B）T0增加，过渡过程时间增加选项C）T0增加，系统频率变慢选项D）τ0增加，稳定程度大大降低答案：A6、下图的曲线中，哪一条是对数流量特性的是（）选项A）1选项B）2选项C）3选项D）4答案：B7、在控制系统中，能准确、快速、及时地跟踪设定值的变化的系统属于（）选项A）随动系统选项B）定值系统选项C）程序系统选项D）以上都不是答案：A8、在过程控制系统中，系统的设定值保持不变的系统属于（）选项A）随动系统选项B）定值系统选项C）程序系统选项D）以上都不是答案：B9、在过程控制系统中，系统的设定值有规律变化的系统属于（）选项A）随动系统选项B）定值系统选项C）程序系统选项D）以上都不是答案：C10、用来表征生产设备或过程运行是否正常而需要加以控制的物理量是（）选项A）被控对象选项B）被控变量选项C）操纵变量选项D）测量值答案：B11、受控制器的操纵，使被控变量保持在设定值的物理量是（）选项A）被控对象选项B）设定值选项C）操纵变量选项D）测量值答案：C12、一阶环节的传递函数是（）选项A）K/(Ts+l)选项B）K/Tis选项C）K选项D）Tds答案：A13、比例环节的传递函数是（）选项A）K/(Ts+l)选项B）K/Tis选项C）K选项D）Tds答案：C14、在一阶系统的特征参数中，（）是系统的静态参数选项A）放大倍数K选项B）时间常数T选项C）滞后时间τ选项D）传递函数答案：A15、在一阶过程控制系统中时间常数T定义为系统的输出量y(t)到达稳态值的（）选项A）80%选项B）63.2%选项C）20%选项D）40%答案：B16、在一阶过程控制系统中，（）决定了系统在响应结束时的稳态性能选项A）时间常数T选项B）输入值选项C）滞后时间τ选项D）放大倍数K答案：D17、在过程控制仪表中，控制器的放大倍数Kc是通过改变（）来设置的选项A）量程选项B）输出信号选项C）控制器的比例度选项D）输入信号答案：C18、在过程控制系统过渡过程的质量指标中，（）是表示过渡过程曲线超出新稳定值的最大值选项A）最大偏差选项B）超调量选项C）衰减比选项D）振荡周期答案：B19、在过程控制系统过渡过程的质量指标中，（）是描述被控变量偏离设定值最大程度的物理量选项A）最大偏差选项B）超调量选项C）衰减比选项D）振荡周期答案：A20、在过程控制系统过渡过程的质量指标中，（）是衡量系统快速性的质量指标选项A）最大偏差选项B）超调量选项C）衰减比选项D）振荡周期答案：D21、一阶过程控制系统稳定条件是（）选项A）特征根为正，微分方程系数都大于零选项B）特征根为负，微分方程系数都大于零选项C）特征根为正，微分方程系数都小于零选项D）特征根为负，微分方程系数都小于零答案：B22、二阶过程控制系统稳定条件是（）选项A）特征根实部为负，微衰减系数小于零，分方程系数都大于零选项B）特征根实部为正，微衰减系数小于零，分方程系数都大于零选项C）特征根实部为正，微衰减系数大于零，分方程系数都大于零选项D）特征根实部为负，微衰减系数大于零，分方程系数都大于零答案：D23、二阶系统的衰减系数与系统的稳定性有很大关系，当衰减系数满足（）时，系统是稳定的选项A）衰减系数=0选项B）-1<衰减系数<0选项C）衰减系数<-1选项D）0<衰减系数<1答案：D24、二阶系统的衰减系数与系统的稳定性有很大关系，当衰减系数满足（）时，系统是稳定的选项A）衰减系数=1选项B）衰减系数<-1选项C）衰减系数>1选项D）0<衰减系数<1答案：B25、在比例控制器中，放大倍数Kc和控制器的比例度δ之间的关系是（）选项A）δ越大，Kc也越大选项B）δ越大，Kc越小选项C）δ变化与Kc无关选项D）δ与Kc都是定值答案：B26、在比例控制器中，在相同输入偏差下，放大倍数Kc和输出p(t)之间的关系是( )选项A）Kc越大,输出p(t)越小选项B）Kc越大,输出p(t)不变选项C）Kc越大,输出p(t)也越大选项D）Kc越小,输出p(t)越大答案：C27、在过程控制系统中，若使控制变量最终不存在余差但系统的稳定性要下降应选用（）选项A)比例控制器选项B)比例积分控制器选项C)比例微分控制器选项D)比例积分微分控制器答案：B28、在过程控制系统中，既能使控制变量不存在余差又使系统具有超前性控制应选用（）控制规律选项A）P选项B）PI选项C）PID选项D）PD答案：C29、在过程控制系统中，系统在稳态时，不管放大系数Kc有多大最终仍有余差可以选用（）控制规律选项A）P选项B）PI选项C)PID选项D)PD答案：B30、在比例控制规律中，衰减系数与系统的稳定性之间的关系应满足（）A)衰减系数越大系统越稳定B)衰减系数越大系统越不稳定C)衰减系数与系统稳定无关答案：A31、下面对过程的控制质量没有影响的是（）A)控制通道放大倍数KoB)扰动通道放大倍数KfC)扰动通道时间常数D)扰动通道纯滞后时间答案：D32、在单回路控制中，控制阀的结构形式的选择很重要，在高压差时选用（）A)角形控制阀B)隔膜控制阀C)三通控制阀D)蝶阀答案：A33、在单回路控制中，控制阀的结构形式的选择很重要，在控制强腐蚀性介质时选用（）选项A)角形控制阀选项B)隔膜控制阀选项C)三通控制阀选项D)蝶阀答案：B34、在单回路控制中，控制阀的结构形式的选择很重要，在分流或合流控制时选用（）选项A)角形控制阀选项B)隔膜控制阀选项C)三通控制阀选项D)蝶阀答案：C35、在单回路控制中，控制阀的结构形式的选择很重要，在大口径、大流量、低差压，而泄漏量要求不高时选用（）选项A)角形控制阀选项B)隔膜控制阀选项C)三通控制阀选项D)蝶阀答案：D36、为了使过程控制系统能够正常工作，则必须使系统的各个环节的静态放大系数相乘必须满足（）选项A)等于0选项B)大于0选项C)小于0选项D)不能确定答案：C37、在控制阀的正作用下，控制阀是气开式，则Kv满足（）选项A)等于0选项B)大于0选项C)小于0选项D)不能确定答案：B38、在控制阀的负作用下，控制阀是气关式，则Kv满足（）选项A)等于0选项B)大于0选项C)小于0选项D)不能确定答案：C39、控制器正作用时，其放大系数Kc满足( )选项A)Kc<0选项B)Kc<-1选项C)Kc>0选项D)Kc=0答案：C40、控制器负作用时，其放大系数Kc满足( )选项A)Kc<0选项B)Kc<-1选项C)Kc>0选项D)Kc=0答案：A41、在控制器上对所求得的整定参数设置的顺序是（）选项A)P,I,D选项B)P,D,I选项C)I,P,D选项D)I,D,P答案：A42、在某温度控制系统中，采用4：1衰减曲线法整定控制器的参数，得δs=20%,当控制器为比例作用时，其整定参数值为（）选项A)20％选项B)40％选项C)60％选项D)80％答案：A43、过程控制设计中，系统设计的核心是（）选项A)控制方案设计选项B)工程设计选项C)工程安装选项D)仪表调校答案：A44、在控制器的参数整定中属于理论整定法得是（）选项A)经验凑试法选项B)衰减曲线法选项C)响应曲线法选项D)对数频率特性法答案：D45、在控制器的参数整定中属于工程整定法得是（）选项A)对数频率特性法选项B)根轨迹法选项C)经验凑试法答案：C46、在某温度控制系统中，采用4：1衰减曲线法整定控制器的参数，得δs=20%,当控制器为比例积分作用时，其整定参数值为（）选项A)24％选项B)12％选项C)36％选项D)48％答案：A47、在某温度控制系统中，采用4：1衰减曲线法整定控制器的参数，得δs=20%,当控制器为比例积分微分作用时，其整定参数值为（）选项A)20%选项B)40%选项C)16％选项D)32％答案：C48、串级控制系统中控制器的作用正确的是（）选项A)主粗副粗选项B)主粗副细选项C)主细副粗选项D)主细副细答案：C49、串级控制系统系统中存在的一次扰动来源于它的（）选项A)主回路选项B)副回路选项C)主副回路都有选项D)不能确定答案：A50、串级控制系统系统中存在的二次扰动来源于它的（）选项A)主回路选项B)副回路选项C)主副回路都有选项D)不能确定答案：C51、串级控制系统系统中主环是一个（）系统选项A)定值系统选项B)随动系统选项C)程序系统选项D)分时系统答案：A52、串级控制系统系统中副环是一个（）系统选项A)定值系统选项B)随动系统选项C)程序系统选项D)分时系统答案：B53、串级控制系统中主回路的控制器包括（）选项A)主控制器选项B)副控制器选项C)主、副控制器选项D)不确定答案：C54、串级控制系统中主回路的对象是（）选项A)主、副对象控制器 控制阀对象 F2 测量变送 F1控制器 控制阀对象 F2测量变送 F1K 测量变送选项B)主对象选项C)副对象选项D)不确定答案：A55、串级控制系统中主、副环要满足（ ）选项A)主定副随选项B)主定副定选项C)主随副定选项D)主随副随答案：A56、串级控制系统中主控制器的正、反作用的选择顺序（A ）选项A)先副后主选项B)先主后副选项C)主、副同样选项D)不确定57、有2个阀门，流通能力分别为C1＝100，C2＝3，其可调范围均为R ＝30，用于分程控制时，分程可调范围为（B ）选项A)750选项B)1000选项C)900选项D)125058、对于对象的纯滞后时间较大，时间常数特别大的应采用（B ）控制选项A)分程控制选项B)前馈控制选项C)均匀控制选项D)串级控制二、作图题1.请画出开环比值控制系统和单闭环控制系统的方框图答案：①开环比值控制系统②单闭环比值控制系统控制器 控制阀对象 F2测量变送2 F1 乘法器 测量变送1I 1 I 02.一个双闭环比值控制系统如下图所示。
过程控制工程 戴连奎课后题答案
过程控制工程戴连奎课后题答案1. 什么是过程控制工程？过程控制工程是一门综合应用科学，研究如何对工业生产过程进行控制和优化的学科。
它涉及多个领域的知识，包括自动化工程、仪器仪表、计算机科学、电气工程等。
过程控制工程的主要任务是通过设计和实现控制系统，使工业生产过程能够达到既定的目标，并保持稳定的运行状态。
2. 过程控制系统的基本组成部分有哪些？一个典型的过程控制系统包括以下几个基本组成部分：•传感器：用于感知和测量工业生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等。
•执行器：根据控制系统的指令，控制工业生产过程中的某些执行元件的运动，如阀门、电机等。
•控制器：根据传感器测量到的过程参数，计算出相应的控制指令，用于调节执行器的运动。
•信号处理模块：用于将传感器测量到的模拟信号转换成数字信号，方便计算机对其进行处理。
•计算机：根据控制器的指令和传感器的反馈数据，进行计算和决策，实现对工业生产过程的控制。
•通信网络：用于传输控制指令和传感器反馈数据的通信网络。
3. 过程控制工程中常用的控制模式有哪些？在过程控制工程中，常用的控制模式包括以下几种：•开环控制：控制器只根据事先设定的控制指令来操作执行器，没有对执行结果进行反馈和调整。
这种控制模式简单，但对于系统参数变化、干扰等因素不敏感，容易产生偏差。
•闭环控制：控制器根据传感器反馈的过程参数来调整控制指令，使系统保持稳定。
闭环控制能够对系统参数变化和干扰作出及时的调整，提高控制精度和鲁棒性。
•嵌套控制：将一个控制系统作为另一个控制系统的一部分，形成多层次、多级联的控制结构。
这种控制模式适用于复杂的工业过程，能够提高系统的稳定性和鲁棒性。
•模糊控制：根据输入和输出的模糊关系，设计模糊规则，并根据模糊规则进行推理和决策，实现对工业生产过程的控制。
模糊控制能够应对系统参数变化和干扰等非线性因素，适用于模型复杂的工业过程。
•自适应控制：根据系统内部的模型或反馈信息，自动调整控制器的参数，以适应系统参数变化和干扰的影响。
过程控制系统习题解答
《过程控制系统》习题解答1-1 试简述过程控制的发展概况及各个阶段的主要特点。
答：第一个阶段50年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点：1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题第二个阶段60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点：1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统2、计算机系统开始运用于过程控制3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制）4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段——计算机时代，其特点：1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用4、集散控制系统的广泛应用第四个阶段80年代以后：飞跃的发展，其特点：1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。
1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点为什么说过程控制的控制过程多属慢过程过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。
一、连续生产过程的自动控制连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。
若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。
控制工程基础 第三版 机械工业出版社 课后答案
For personal use only in study and research; not forcommercial useFor personal use only in study and research; not forcommercial use控制工程基础习题解答第一章1-5．图1-10为张力控制系统。
当送料速度在短时间内突然变化时，试说明该控制系统的作用情况。
画出该控制系统的框图。
图1-10 题1-5图由图可知，通过张紧轮将张力转为角位移，通过测量角位移即可获得当前张力的大小。
当送料速度发生变化时，使系统张力发生改变，角位移相应变化，通过测量元件获得当前实际的角位移，和标准张力时角位移的给定值进行比较，得到它们的偏差。
根据偏差的大小调节电动机的转速，使偏差减小达到张力控制的目的。
框图如图所示。
角位移题1-5 框图1-8．图1-13为自动防空火力随动控制系统示意图及原理图。
试说明该控制系统的作用情况。
敏感元件图1-13 题1-8图该系统由两个自动控制系统串联而成：跟踪控制系统和瞄准控制系统，由跟踪控制系统获得目标的方位角和仰角，经过计算机进行弹道计算后给出火炮瞄准命令作为瞄准系统的给定值，瞄准系统控制火炮的水平旋转和垂直旋转实现瞄准。
跟踪控制系统根据敏感元件的输出获得对目标的跟踪误差，由此调整视线方向，保持敏感元件的最大输出，使视线始终对准目标，实现自动跟踪的功能。
瞄准系统分别由仰角伺服控制系统和方向角伺服控制系统并联组成，根据计算机给出的火炮瞄准命令，和仰角测量装置或水平方向角测量装置获得的火炮实际方位角比较，获得瞄准误差，通过定位伺服机构调整火炮瞄准的角度，实现火炮自动瞄准的功能。
控制工程基础习题解答第二章2-2．试求下列函数的拉氏变换，假定当t<0时，f(t)=0。
(3). ()t e t f t 10cos 5.0-= 解：()[][]()1005.05.010cos 25.0+++==-s s t e L t f L t(5). ()⎪⎭⎫⎝⎛+=35sin πt t f 解：()[]()252355cos 235sin 2135sin 2++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=s s t t L t L t f L π2-6．试求下列函数的拉氏反变换。
控制工程基础第三版课后答案 董景新 赵长德等
1-7．试述对控制ห้องสมุดไป่ตู้统的基本要求。
控制系统的基本要求可由稳、准、快三个字来描述。 1． 稳即稳定性：由于系统存在惯性，当系统的各个参数匹配不妥时，将会引起系统的 振荡而失去工作能力。稳定性是系统工作的首要条件。 2． 准即准确性：输出量与给定量之间的偏差，随时间变化的程度，称动态精度偏差； 调整过程结束后的偏差，称静态精度偏差。 3． 快即快速性：在系统稳定的前提下，消除偏差过程的快速程度。
控制工程基础习题解答
第二章
2-1．试求下列函数的拉氏变换，假定当 t<0 时，f(t)=0。
(1). f (t ) = 5(1 − cos 3t ) 解： L[ f (t )] = L[5(1 − cos 3t )] = (2). f (t ) = e
−0.5 t
5 5s − 2 s s +9
cos10t
−0.5t
解： L[ f (t )] = L e
[
cos10t =
]
s + 0.5 (s + 0.5)2 + 100
(3). f (t ) = sin ⎜ 5t +
⎛ ⎝
π⎞
⎟ 3⎠
解： L[ f (t )] = L ⎢sin ⎜ 5t +
⎡ ⎣
⎛ ⎝
π ⎞⎤
⎡1 ⎤ 3 5 + 3s cos 5t ⎥ = ⎟⎥ = L ⎢ sin 5t + 2 3 ⎠⎦ 2 ⎣2 ⎦ 2 s + 25
扰动 比较元件 给定 元件 输入 输出 串联校 正元件 放大变 执行 元件 并联校 正元件 主反馈信号 xb 反馈 元件 局部反馈 主反馈 控制 对象 信号 x0
+
过程控制工程2-4章答案(孙洪程著)
第二章思考题及习题2.1 与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点?答：串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。
因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。
(1) 串级控制系统具有更高的工作频率；(2) 串级控制系统具有较强的抗干扰能力；(3) 串级控制系统具有一定的自适应能力2.2 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环节无关?答：主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。
主环内包括有主控制器、副回路、主对象和主变送器。
控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来看待。
这样，只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。
即Sign{G 01(s )}Sign{G 02’(s )}Sign{G m1(s )}Sign{G c1(s )}=-1就可以确定主控制器的正、反作用。
实际上主变送器放大倍数符号一般情况下都是“正”的，再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节，因此主控制器的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。
当主对象放大倍数符号为“正”时，主控制器应选“负”作用；反之，当主对象放大倍数符号为“负”时，主控制器应选正作用。
2.3 串级控制系统的一步整定法依据是什么?答：一步整定法的依据是：在串级控制系统中一般来说，主变量是工艺的主要操作指标，直接关系到产品的质量，因此对它要求比较严格。
而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身没有很高的要求，允许它在一定范围内变化，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量达到规定的质量指标要求即可。
此外对于一个具体的串级控制系统来说，在一定范围内主、副控制器的放大倍数是可以互相匹配的，只要主、副控制器的放大倍数K c1与K c1的乘积等于K s (K s 为主变量呈4：1衰减振荡时的控制器比例放大倍数)，系统就能产生4：1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。
燕山大学 控制工程基础_第三版_机械工业出版社_课后答案
指挥仪
伺服机构（控制仰角） 伺服机构（控制 绕垂直轴转动）
方向
误差
敏感 元件
视线
w.
误差
目标
跟踪 计算机 指挥仪
co
定位伺 服机构 （方位 和仰角） 瞄准环路
火炮瞄准 命令
瞄准
跟踪环路
图 1-13 题 1-8 图
控制工程基础习题解答 第二章 2-2．试求下列函数的拉氏变换，假定当 t<0 时，f(t)=0。 (3). f (t ) = e
2-17．组合机车动力滑台铣平面时，当切削力 Fi（t）变化时，滑台可能产生振动，从而降 低被加工工件的切削表面质量。可将动力滑台连同铣刀抽象成如图所示的质量-弹簧-阻尼系 统的力学模型。其中 m 为受控质量，k1，k2 分别为 x0(t) x1(t) 铣刀系统，x0（t）为输出位移。试建立数学模型。 解：微分方程为： k1 k2 Fi(t) ̇1 (t ) Fi (t ) − k 2 ( x1 (t ) − x0 (t )) = ṁ x m
课 后
答
s 2 − 2s + 5
案
s
网
ww w.
U 0 (s ) 。 U i (s )
kh da
⎡ ⎤ 2 s 2 + 5s + 2 k 2 s + k3 =⎢ s + 2s + 2 2 s = −1 − j ⎣ (s + 2 ) s + 2 s + 2 ⎥ s = −1 − j ⎦ −3−3j − k 2 + k 3 − jk 2 = = −3 j 1− j k2 = 3
2
f
k1
+
-
1 J1s 2
θ0(s)
《控制工程基础》第3版-课后答案解析
lim e(t)
s0
lim
s0
sE(s)
lim s s0 1
G(s)
Xi (s)
所以，输入为 xi2 sin 6t 1(t), ess2 0.8
（对此题来说，还有一种办法：如果记得对于一阶惯性环节， 当输入为阶跃函数，t=4T时输出为输入的98%，则由放入水 中1min时为输入的98%可直接得出： T=1/4=0.25（min)
uo (30) 1 e 4 1V
arctan 1 2 arccos , cos
arctan 1 2 arccos , cos
3—19单位阶跃输人情况下测得某伺服机构的响应为
试求：(1)系统的闭环传递函数； (2)系统的无阻尼自振角频率及阻尼比。
解：ui (t) i(t)R1 uo (t)
uo (t)
1 c
i(t)dt i(t)R2
对方程式进行拉氏变换得：
U
i
(
s)
I (s)R1
UO (s)
UO (s)
1 Cs
I (s)
I (s)R2
Uo (s) R2Cs 1
消去I(s),得：Ui (s) (R1 R2 )Cs 1
Ds( x2 xo ) k2 xo
x2
Ds k2 Ds
xo
k1 x1
k1Ds k1k2 Ds
xo
k2 xo
(k1Ds k2 Ds k1k2 ) xo k1Dsxi
X o (s)
k1Ds
X i (s) (k1 k2 )Ds k1k2
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P sp e (t)
压力 控制器
干扰通道
进气 控制阀
P (t)
控制对象
测量变送
1-4 以图1-16所示的液位控制系统为例，当进料量 Qi突然增大时，详细说明系统如何运用反馈控制机 制来实现液位定值控制之目的。
H R2
Q3
Q 3 Q 30
H R3
R2R3 A SH (S ) R 2R3Q1(S ) R3H (S ) R 2H (S )
G (S ) H (S )
R2R3
Q1(S ) R2R3AS R3 R2
（2）过程的方框图
Q1(S )
R2R3 R2R3AS R3 R2
H (S )
习题 2-3: 机理建模举例
于改变控制阀的开度。 控制器：它将被告控变量的测量值班与设定值进行比较，得
1-2 试讨论比较常见的计算机控制装置的系 统结构与特点
1）直接数字控制：计算灵活，不仅能实现典型的 PID控制规律，还可以分时处理多个控制回路。
2）集中型计算机控制系统：可实现解耦控制、联锁 控制等各种更复杂的控制功能；信息集中，便于 实现操作管理与优化生产；灵活性大，控制回路 的增减、控制方案的改变可由软件来实现；人机 交互好，操作方便。
C1sH1(s)Q1(s)HR1(2s)
H1(s)H2(s), R12
C2sH2(s)H1(s)R1H 2 2(s)HR2(3s)
2-4 什么是线性化？为什么在过程控制中经 常采用近似线性化模型？
所谓线性化，就是在一定的条件下作某种近似，或者缩小一些工作范 围，而将非线性微分方程近似地作为线性微分方程来处理。
自然界中并不存在真正的线性系统，而所谓的线性系统，也只是在一 定的工作范围内保持其线性关系。实际上，所有元件和系统在不同程 度上，均具有非线性的性质。例如，机械系统中的阻尼器，在低速时 可以看作线性的，但在高速时，粘性阻尼力则与运动速度的平方成正 比，而为非线性函数关系。又例如，电路中的电感，由于磁路中铁心 受饱和的影响，电感值与流过的电流呈非线性函数关系。对于包含有 非线性函数关系的系统来说，非线性数学模型的建立和求解，其过程 是非常复杂的。
h s p e ( t ) 液位
控制器
流出 控制阀
控制对象
P (t)
测量变送
假设控制阀为气关阀，控制器为反作用，偏差 为指定值与测量值之差。
习题2-1工业过程中被控对象的动态特性有哪 些特点？
答：根据输出相对于输入变化的响应情况可将过程 分为两大类：自衡过程和非自衡过程。
自衡过程：当输入变化时，无需外加的任何控制作 用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称 为自衡性。自衡过程包括纯滞后过程、单容过程 和多容过程。
H1(s)
1 C1s
Q1(s)
Q2(s)Q12(s),
H2(s)
1 C2s
Q12(s)Q3(s)
Q2(s)
H1(s) R2
,Q3(s)
H2(s) R3
,
Q12(s)
H1(s) H2(s) R12
由以上传递函数方程,可画出相 应的方框图.
习题2-3: 过程传递函数方框图
H1(s)
1 C1s
Q1(s)Q2(s)
R1 Q1
h1
Q2 R2
C1
(1) 列写过程微分方 程组;
(2) 画出方框图;
Q12
(3) 求传递函数
h2
R12
C2
R3 Q3
Gp
(s)
H2(s) Q1(s)
习题2-3: 列写状态方程
R1 Q1
h1
Q2 R2
C1
物料平衡方程:
C1
dh1 dt
Q1
Q2
Q12 ,
C2
dh2 dt
Q12
Q3
Q12
h2
Q2
h1 R2
,Q3
h2 R3
,
R12
C2
R3 Q3
Q 12
h1 h2 R12
将流量方程代入物料平衡方程, 即得到过程状态方程
习题2-3: 状态方程传递函数表示
C1
dh1 dt
Q1
Q2
Q12 ,
C2
dh2 dt
Q12
Q3
Q2
h1 R2
,Q3
h2 , R3
Q 12
h1 h2 R12
Q12(s),
H2(s)
1 C2s
Q12(s)Q3(s)
Q1(s)
1
+_
+_
H1 _
+
1 R2
Q2
(s)
H1(s) R2
,Q3(s)
H2(s) R3
,
Q12(s)
H1(s) H2(s) R12
1
R12
+_
1
C2s
H2(s)
1 R3
习题2-3: 计算输入输出传递函数
利用方框图等效变换; 直接用传递函数计算公式; 通过求解传递函数方程组.
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第一章P16页思考与习题
1-1 自动控制系统主要由哪里些环节组成？各环节 起什么作用？
答：自动控制系统由被控对象、测量变送 器、执行器（控 制阀）和控制器组成。
被告控对象：是指被控制的生产设备或装置。 测量变送器：用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换
为标准信号作为输出。 执行器：常用的是控制阀，接受来自控制器的命令信号，用
3）集散控制系统：同时适应管理与控制两方面的需 要，一方面使用若干个控制器完成系统的控制任 务，每个控制器实现一定的控制目标，可以独立 的完成数据采集、信号处理、算法实现与控制输 出等功能；另一方面，强调穦的集中性。
1-3
P:被控变量，储罐：被控对象 U:控制变量， 进气流量：操纵变量 被控变量：被控对象需要维持在其理想值的工艺变量，也
或者,当液体流过一段较长的管道或各种阀孔、弯管 及管接头时，由于流动液体各质点之间以及液体与 管壁之间的相互摩擦和碰撞会产生阻力，这种阻碍 液体流动的阻力称为液阻。液阻的大小由流量和压 力决定
（1）据液体力学原理有：
AdH dt
Q1 Q2 Q3
AdH dt
Q1 Q2 Q3
Q2
Q2
Q 20
非自衡过程：与自衡过程不同，当输入发生变化时， 非自衡过程不能够自发地趋于新的平衡状态。
习题2-2
液阻：凡是能局部改变液流的通流面积使液流产生 压力损失（阻力特性）或在压力差一定情况下，分 配调节流量（控制特性）的液压阀口以及类似结构， 如薄壁小孔、短孔、细长孔、缝隙等，都称之为液 阻。各种液阻都应满足流量压力方程。液阻可类似 电阻用R=P/q确定,P与液位差ΔH有关。
为了绕过非线性系统在数学处理上的困难，对于大部分元件和系统来 说，当信号或变量变化范围不大或非线性不太严重时，都可以近似地 线性化，即用线性化数学模型来代替非线性数学模型。一旦用线性化 数学模型来近似地表示非线性系统，就可以运用线性理论对系统进行 分析和设计。