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。
二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成
过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。
三、被控过程是多种多样的、非电量的
现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。
四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制
因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。
五、过程控制方案十分丰富
过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
过程特性：多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等。
单变量控制系统、多变量控制系统；仪表过程控制系统、计算机集散控制系统；复杂控制系统，满足特定要求的控制系统。
六、定值控制是过程控制的一种常用方式
过程控制的目的：消除或减小外界干扰对被控量的影响，使被控量能稳定控制在给定值上，使工业生产能实现优质、高产和低耗能的目标。
1-3 什么是过程控制系统，其基本分类方法有哪些？
过程控制系统：工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和pH等这样一些过程变量的系统。
1、按过程控制系统的结构特点分
1）反馈控制系统：是根据系统被控量的偏差进行工作，偏差值是控制的依据，最后达到消除或减小偏差的目的。
2）前馈控制系统：直接根据扰动量的大小进行工作，扰动是控制的依据。
3、前馈—反馈控制系统（复合控制系统）：充分结合两者的有点，大大提高控制质量。
2、按给定值信号的特点来分类
定值控制系统：是指系统被控量的给定值保持在规定值不变，或在小范围附近不变。
2、程序控制系统：是被控量的给定值按预定的时间程序变化工作，目的是使系统被控量按工艺要求规定的程序自动变化。加热升温或逐次降温等。
3、随动控制系统：是一种被控量的给定值随时间任意变化的控制系统，主要作用是克服一切扰动，使控量快速跟随给定值而变化。空气量与燃料量的关系。
1-4 何为集散控制系统，试述其基本组成与各部分的作用原理。
集散控制系统是分布（分散）控制系统(Distributed Control System)的简称，国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。
集散控制系统经历了三代的发展，但从基本机构上来看，他们有相同的
特性，其基本结构可分为三大部分。
现场控制装置：完成模拟量与数字量的相互转换，完成控制算法的各种运算，对输入量和输出量进行有关的软件滤波及其他的一些运算。
操作管理装置：操作员通过操作管理装置了解生产的运行状况，并发出操作指令给生产过程。生产过程的各种参数在操作管理装置上显示，以便于操作人员监视和操作。
通信系统：过程控制装置与操作管理之间需要有一个桥梁来完成数据之间的传递和交换，这就是通信系统。
2-1 何为被控过程及其数学模型，模型一般可分为哪几类，它与过程控制有何关系？
被控过程是指正在运行中的多种多样的被控制的生产工艺设备。
被控过程的数学模型是指过程在各输入量作用下，其相应的输出量变化函数关系的数学表达式。
过程数学模型的两种描述形式：
非参量形式：即用曲线或数据表格来表示（形象、直观，但对进行系统的设计和综合不方便）。
参量形式： 即用数学方程来表示（方便，描述形式有： 微分方程、传递函数、差分方程、脉冲响应函数、状态方程等）。
2-2 什么是过程通道？什么是过程的控制通道和扰动通道？它们的数学模型是否相同？为什么？
过程通道: 输入量与输出量间的信号联系。 扰动通道: 扰动作用与被控量间的信号联系。 控制通道：控制作用与被控量间的信号联系。
不同，因为同一个系统，通道不同，输入输出关系不同，其数学模型亦不一样。
2-3 从阶跃响应曲线看，大多数被控过程有何特点？
绝大部分工业过程的动态特性具有自衡能力，因此其模型可以近似为以下几类： 近似地以一阶、二阶、一阶加滞后、二阶加滞后特性之一来描述。
2-4 试述研究过程建模的主要目的及其建模方法？ 1.设计过程控制系统和整定调节器参数。 2.进行仿真试验研究。
3.指导生产工艺设备的设计。
4.培训运行操作人员。
机理法：又称数学分析法或者理论建模法，根据过程的内在机理，通过静态与动态物料平衡和能量平衡等关系用数学推导的方法求取过程的数学模型。
试验法：在实际的生产过程中，根据过程的输入、输出的实验数据来获得过程的数学模型。
2-6图示液位控制过程的输入量为q1,流出量为q2、q3 ，液位h 为被控变量，C 为容量系数，并设R 1、R 2、R3均为线性液阻。要求： 1) 列出液位过程的微分方程组； 2) 画出液位控制过程框图； 3) 求取液位过程的传递函数。
q1
12 3 d q d h q q C
t --=，123d d h q q q C t ??-?-?=22h q R ??=，33
h q R ??=
Q 123
()1
11
()H s Q s Cs R R =
++
2-13 已知某液位过程的阶跃相应数值
t/s 0 10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600 h/mm 0 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 8.8 11.8 14.4 16.6 18.4 19.2 19.6 当其阶跃扰动量为20%时要求： 画出液位过程的阶跃响应曲线； 用一阶加滞后环节近似描述
020
=
=1000.2
K , t=[0 10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600]; h=[0 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 8.8 11.8 14.4 16.6 18.4 19.2 19.6]; hstar=h/20;
spline(hstar(2:14),t(2:14),0.39) 得1128.9t = spline(hstar(2:14),t(2:14),0.63) 得2200.5t =
021=2()T t t -=143.2 12=2t t τ-=57.3
spline(t,hstar, 57.3) 得0.09 较小接近0；
当400.8171.9t T τ=+= spline(t,hstar,171.9) 得0.564 与0.55较接近； 当502343.7t T τ=+= spline(t,hstar,343.7) 得0.889 与0.865较接近； 该过程可用一阶加滞后环节近似描述。
2-18 何为测量和测量误差？什么是仪表的精度等级？若用测量范围为0-200摄氏度的温度计测温，在正常工作条件下，进行数次测量，其误差分别为-0.2,0,0.1,0.3，试确定该仪表的精度等级？
测量：利用一个已知的单位量与被测的同类量进行比较，通过比较可知被测量是已知单位量若干倍的过程。
测量误差--在测量过程中测量结果与被测量的真值之间会有一定的差值。它反映了测量结果的可靠程度。
绝对误差的最大值为0.3,0.3/200=0.15%，所以精度等级为0.2
2-21 试述在工程应用中，利用热电偶和热电阻测温时，必须注意哪些主要问题？
热电偶要注意补偿导线和冷端温度补偿，
热电偶用于较高温度测量，500度以下用热电阻；热电偶使用时注意正确使用补偿导线的类型并注意配套连接。热电阻测温应该注意三线制接线方法；也可以采用四线制接法。
安装时要求仪表与介质充分接触；注意使用现场的工作环境，合理选择仪表的精度和量程，正确选择安装位置，采用正确安装方法等保证仪表正常工作。
2-29 为什么说温度、流量、液位等过程都可通过压力间接测量？
在工业生产过程中，压力与温度、流量或液位之间成单值函数关系。
2-38 在工程应用中选用液位检测仪表需注意哪些问题？
（1）检测精度对于计量和经济核算的场合，应选用精度等级较高的液位检测仪表，如超声波液位计的精度为±5mm，对于一般检测精度可选用其它的液位计。
（2）工作条件对于测量高温、高压、低温、高粘度、腐蚀性、泥浆等特殊介质或在其他方法难以检测的各种恶劣条件下的某些特殊场合
（3）测量范围：测量范围较大，可选用电容式液位计。
（4）刻度范围：最高液位或上限报警点应为最大刻度的90%；正常液位为最大刻度的50%；最低液位或下限报警点为最大刻度的10%左右。
其他：还要考虑容器的形状、大小；被测介质的状态；现场安装条件；安全性；信号输出方式等问题。
3-3 请归纳一下过程控制系统设计的主要内容。
控制方案的设计：系统设计的核心，包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。
工程设计：在方案设计的基础上进行，包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、信号及联锁保护系统设计等。
工程安装和仪表调校：系统正常运行的前提，安装完毕后要对每台仪表进行单校和对各个回路联校等。
调节器参数工程整定：保证系统运行在最佳状态。
3-6 什么是直接参数与间接参数？这两者有何关系？选择被控参数应遵循哪些基本原则？
直接参数:直接反应生产过程产品产量和质量，以及安全运行的参数。
间接参数: 能间接反应产品质量和产量又与直接参数有单值对应关系的、易于测量的参数作为被控参数。
直接参数与间接参数有单值对应关系。
归纳起来：
1）选择对产品和质量、安全生产、经济运行等具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数2）当不能用直接参数作为被控参数时，应该选择一个与直接参数有单值函数关系的间接参数作为被控参数
3）被控参数必须有足够的灵敏度
4）被控参数的选取考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。
3-18 已知模型调节器的传递函数10.17()0.08s
Wc s s
+=
，采用数字PID 算式实现，试分别写出相
应的位置型PID 和增量型PID 算式。设采样周期为T=0.2s 。
10.171
() 2.125(1)0.080.17s Wc s s s
+==+，
位置型PID 0() 2.125() 1.176()k j u k e k e j =??
=+????
∑
增量型PID 算式 {}() 2.125()(1) 1.176()u k e k e k e k ?=--+
4-1 什么叫串级控制系统？
串级控制系统结构可用下图表示：
4-2 与单回路系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？ 1、改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作效率 2、大大增强了二次扰动的克服能力 3、一次扰动有较好的克服能力
4、副路参数变化具有一定的自适应能力
4-3 与单回路相比，为什么说串级控制系统由于存在一个副回路而具有较强的抑制扰动的能力？
1、大大增强了对二次扰动的克服能力
212
2()()c c c D c
Q s K K Q s K =，12
c c c K K K 意味着串级副回路的存在能迅速克服进入副回路的二次扰动、
大大减小了二次扰动的影响，提高了控制质量。 2、对一次扰动有较好的克服能力
11022()1
()()()()
c D v m Q s Q s W s W s W s ≈，022()()()1v m W s W s W s <意味着串级控制系统的抗一次扰动的能力要比单回路控制系统略强一些。
4-8 串级控制系统通常可用在哪些场合？ 1、 用于克服对象较大的容量滞后
2、 用于克服对象的纯滞后
3、 用于克服变化剧烈和幅值大的干扰
4、 用于克服对象的非线性
4-11 前馈控制与反馈控制各有什么特点？
前馈控制与反馈控制的特点：检测：前馈控制测干扰，反馈控制测被控量；效果：克服干扰，前馈控制及时，理论上可实现完全补偿，“基于扰动消除扰动” ；经济性：克服干扰，前馈控制只能一对一，不如反馈控制经济；稳定性：前馈为开环，不存在稳定性问题（只要每个环节都稳定）反馈则不同，稳定性与控制精度是矛盾的；控制规律：前馈控制器的控制规律取决于被控对象和扰动通道的特性，控制规律往往比较复杂 。
4-12 在什么条件下前馈效果最好？
前馈控制只有在实现完全补偿的前提下，才能使系统得到良好的动态品质。
4-16 冷凝器温度前馈-反馈符合控制系统如图4-23所示。已知扰动通道特性61.05()=411s
f e W s s -+；
控制通道特性80.9()=551
s
o e W s s -+；温度调节器采用PI 规律。试求该复合控制系统中，前馈控制器
的数学模型()m W s ？
621.05() 1.17(551)411()0.9()411551
s
s f m o e W s e s s W s e W s s s -++=-=-=-++
4-19 为什么大滞后过程是一种难控制的过程？它对系统的控制品质影响如何？
由过程控制通道中存在的纯滞后，使得被控量不能及时反映系统所承受的扰动，因此这样的过程必然会产生较明显的超调量和需要较长的调节时间，被公认为较难控制的过程。
当/T τ增加时，过程中的相位滞后增加而使超调量增大甚至会因为严重超调而出现聚爆、结焦等事故，此外大滞后会降低整个控制系统的稳定性。
4-25 什么叫比值控制系统？常用比值控制方案有哪些？并比较优缺点。
凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。
开环比值控制: 简单、成本低；只有当Q1变化时才起控制作用；Q2变化时Q1不会响应，比例关系被破坏。
单闭环比值控制: 能克服开环比值方案的不足。优点：不但能实现流量的副量跟随主量变化，而且能克服流量干扰等。缺点：主流量不受控。
双闭环比值控制：能克服单闭环主流量不受控的不足。升降负荷比较方便。
变比值控制：在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随第三个变量的变化而变化。比值只是一种手段，不是最终目的，而第三变量Y(s)往往是产品质量指标。
4-27 设计比值控制系统时需解决哪些主要问题？
4-29 在制药工业中，为了增强药效，需要对某种成分的药物注入一定量的镇定剂、缓冲剂或加入一定的酸或碱，使药物呈现酸性或碱性。这种注入过程一般在一个混合槽中进行。生产要求药物与注入剂混合后的含量必须符合规定的比例。同时在混合过程中不允许药物流量突然发生变化，比免引起混合过程产生局部的化学反应。
为了防止发生要求流量q 产生急剧变化，通常在混合槽前面增加一个停留槽，如图4-93所示，使药物流量先进入停留槽，然后再进入混合槽，同时停留槽设有液位控制，从而使q 经停留槽后的流量q1平缓变化。为了保证药物与注入剂按严格规定的比例数值混合，设计了图示比值控制系统流程图。试由控制流程图画出框图，确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用方式。 V 1 气关式 LC 反作用 F 1C 正作用
V 2 气开式 F 2C 反作用
4-30 什么叫分程控制？怎样实现分程控制？
由一个控制器的输出信号分段分别去控制两个或两个以上控制阀动作的系统称为分程控制系统。
分程控制是通过阀门定位器或电气阀门定位器来实现的。
4-42 什么叫解耦控制，若已知相对增益矩阵为1001??
????，试问这两个回路需要解耦吗，为什么？ 变量间的耦合给过程控制带来了很大困难。而单回路控制系统是最简单的控制方案。因此解决多变量耦合过程控制的最好方法就是解决变量之间不希望的耦合，形成各个独立的单输入单输出控制通道，使得该过程的传递函数为：
1122()0
()
()0
()nm W s W s W s W s ?????
?=?????
?
1221()()0W s W s ==表示过程无耦合，可按单回路控制方法独立整定调节器参数。
4-43 已知3*3系统各通道静态增益矩阵K 为
0.58-0.36-0.360.73-0.610111K ????=??
????
试求相对增益矩阵，选择最好的控制回路，并分析该过程是否要解耦。
0.62-0.460.84K.*(inv(K)')0100.380.460.16??
??=??????
u3对y1, u2对y2, u1对y3, 需要解耦
4-45 图4-101所示的2*2过程，欲使1y 与2u 和2y 与1u 配对构成两个回路，试求两个装置的数学模型。
111()F W W s =-,222()F W W s =-
4-46 解耦控制系统工程实施中需要注意哪些问题？什么叫部分解耦？它具有什么特点？ 1、稳定性 2、部分解耦
3、解耦系统的简化
部分解耦是一种有选择的解耦，使用时必须首先确定哪些过程是需要解耦的，对此通常有两点可以考虑：
1）被控参数的相对重要性。对重要控制回路解耦。
2）被控参数的响应速度。响应快的被控参数受响应慢的参数通道的影响小；对响应慢的通道解耦。
4-47 什么是模糊集合，什么是清晰集合，它们各有什么特点？ 模糊集合可用隶属函数表示，
1
()(0,1)0A x A x x A x A μ∈??
=????
属于的程度
式中，A 称为模糊集合，由0,1及()A x μ 构成，()A x μ表示元素x 属于模糊集合A 的程度，取值范围是[0，1]，称()A x μ为x 属于模糊集合A 的隶属度。
1、隶属函数的值域为[0,1]，它将普通集合只能取0，1两个值，推广到[0,1]闭区间上连续取
值。隶属函数的值越接近于1，表示元素属于模糊集合的程度越大。反之，越接近于0，表示元素属于模糊集合的程度越小。
2、隶属函数完全刻画了模糊集合，隶属函数是模糊数学的基本概念，不同的隶属函数所描述的模糊集合也不同。
清晰集合可用特征函数表示，
1
()0
A x A x x A μ∈?=?
??
例如“男人”和“女人”这样一对集合是有明确界线的，可用特征函数来表示。然而，对于诸如“速度的快慢”、“年龄的大小”、“温度的高低”等模糊概念没有明确的外延。
4-48 试比较隶属函数与特征函数的相同点和不同点。
1、隶属函数的值域为[0,1]，它将普通集合只能取0，1两个值，推广到[0,1]闭区间上连续取值。
2、隶属函数完全刻画了模糊集合，隶属函数是模糊数学的基本概念，不同的隶属函数所描述的模糊集合也不同。
特征函数可用来表示有明确界线的集合，如“男人”和“女人”这样一对集合。然而，对于诸如“速度的快慢”、“年龄的大小”、“温度的高低”等模糊概念没有明确的外延。
4-52 已知U V ?中的模糊关系Q 和V W ?中的模糊关系R 分别为
10.30.50.20.70.40.600.8Q ????=??????0.610.40.40.20.50.70.70.8R ????=??????
试求U W ?中的合成关系S Q R =和T R Q =。
10.30.50.610.40.610.50.20.70.40.40.20.50.40.40.50.600.80.70.70.80.70.70.8S Q R ????????????===??????????????????
0.610.410.30.50.60.70.50.40.20.50.20.70.40.50.30.50.70.70.80.600.80.70.70.8T R Q ??
????
??
????===??????????????
????
4-53 基本模糊控制器有哪几部分组成，简述各部分在构成控制系统中的作用。
1、模糊化接口（Fuzzy Interface ） 将确定量的转换成模糊量，作为模糊推理机的输入。
2、知识库（Knowledge Base —KB ） 知识库由数据库和规则库两部分构成。
（1）数据库 数据库所存放的是所有输入、输出变量的全部模糊子集的隶属度矢量值（即经过论域等级离散化以后对应值的集合），若论域为连续域则为隶属度函数。在规则推理的模糊关系方程求解过程中，向推理机提供数据。
（2）规则库 模糊控制器的规则库基于专家知识或手动操作人员长期积累的经验，它是按人的直觉推理的一种语言表示形式。模糊规则通常有一系列的关系词连接而成。 3、推理与解模糊接口（Inference and Defuzzy-Interface ）
推理是模糊控制器中，根据输入模糊量，由模糊控制规则完成模糊推理来求解模糊关系方程，并获得模糊控制量的功能部分。正向推理常被用于模糊控制中，而逆向推理一般用于专家系统中。
4-54 设模糊推理规则为“若A 则B ”，已知123450.40.710.80.3A x x x x x =
++++，123
0.30.71
B u u u =++，
如果输入量为2x ，试用强度转移法求出输入量u 。若输入为5x ，则u 应为多少？
0.30.40.40.30.70.70.3
0.710.30.70.80.30.30.3R ??
??
??
=????
?????? ，[]
[]0.3
0.40.40.30.70.7010000.30.70.70.30.710.30.70.80.30.30.3??
??
??
=????
??????
，
[][]0.3
0.40.40.30.70.7000010.30.30.30.3
0.710.30.70.80.30.30.3??
??
?
?
=????
??????
4-56 解模糊有哪几种算法，试用所列算法计算上题的清晰输出？ 1） 最大隶属度法; 2）重心法
(A×B)=[]0.40.40.40.40.70.40.70.60.410.610.410.60.80.40.80.60.30.30.30.3????????????
=????????????????????
R=(A×B)T1×C=
[][]
0.4
0.40.40.40.70.60.410.60.40.80.60.30.30.30.30.710.3
0.40.40.30.40.40.30.40.40.30.40.40.30.70.70.30.60.60.30.40.40.30.710.30.60.60.30.40.40.30.70.80.30.60.60.30.30.30.30.30.30.3
0.30.3T
???????????=?????
?
?
?
??
?
??
?
??
??
????
??
????
??
??
??
?
(A1×B1)T2=[]000100000000000 模糊输出为[]0.30.40.4
最大隶属度法(u2+u3)/2;重心法：(0.3*u1+0.4*u2+0.4*u3)/1.1
4-57 基本模糊控制器有哪些设计内容，其转移系数e k 、c k 、u k 如何选定？ 1、定义输入输出变量
2、定义所有变量的模糊化条件
3、设计控制规则库
4、设计模糊推理结构
5、选择精确化策略的方法
确定各输入、输出变量的变化范围，量化等级和量化因子K ,k ,k e c u 。例如，三个语言变量的量化等级
都为9级，即
x,y,z={-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4}
误差e 的论域为[-50,50]，误差变化de 的论域为[-150,150]。控制输出u 的论域为[-64,64]。则各比例因子为：
K =4/50,k =4/150,k =64/4=16e c u
4-58 讨论基本模糊控制器在实际应用的缺点，你认为应从哪些途径加以改进，简述某种方法的思路。
基本模糊控制器在实际应用的缺点：
1、固定转换系数将难以同时满足动态和静态的要求，一种改善的方法是在输入不同的时候设置不同的转换系数，例如将偏差分成几个区域，每个区域有不同的系数，随着偏差的减小，系数也跟着减小，这样小偏差就不会产生大的超调。
2、基本模糊控制器相当于PD 控制，所以静态性能不理想，如果能实现PI 控制的功能，就可以做到无静态偏差，这个设想可通过改变规则来得到。
3、基本模糊控制器存在着控制性能的缺陷，基本的补救方法就是增加积分作用，构成一个混合结构，称为模糊PID 控制器。
4、基本模糊控制器的参数都是事先一次设置好的，这些参数允许不是唯一的，这就会带来控制结果的分散，无法加以优化。当过程参数出现变化时，它有相对较好的鲁棒性，但控制性能的偏离也较大。自适应控制是提高控制品质和鲁棒性的有效手段，自适应的本来意义是能自动辨识被控过程参数或状态的变化，并随之在线修正控制器的参数，使过程输出跟踪某个参考输出，或者达到某种性能指标的最优。
5-1 什么是集散系统？集散系统的特点是什么？
集散系统是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C 技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。
DCS 具有如下几个突出的特点：1.分散控制，集中管理；2.采用局域网通信技术；3.采用模块化结构，系统扩展方便
5-2 与仪表控制系统相比较，集散系统有哪些相同处？有哪些不同处？
集散控制系统的特点 DCS 控制系统与常规模拟仪表及集中型计算机控制系统相比， 具有很显著的特点。 1、系统构成灵活。从总体上看，DCS 就是由各个工作站通过网络通信 系统组网而成的。你可以把他现象成“因特网”。根据生产需求，你可以 随时加入或者撤去工作站。
系统组态很灵活。2、操作管理便捷。DCS 的人机反馈都是通过CRT 跟键盘、鼠标等实现的。你可以想象成在因特网冲浪一样，你可以监视生产装置乃至整个工厂的运行情况。3、控制功能丰富。原先用模拟控制回路实现的复杂运算，通过高精度的微处理器来实现。4、信息资源共享。你可以把工作站想象成因特网上的各个网站，只要你在DCS 系统中，并且权限够大，你就能了解到你要的任何参数。5、安装、调试方便。相比原先的模拟控制系统，那么多的飞线头，一大堆类似头发丝的电线。DCS 系统算是很方便了。6、安全可靠性高。
5-3 与计算机直接控制相比较，集散系统有哪些共同点？有哪些不同点？
与计算机直接控制相比较，集散系统有控制功能分散、危险分散，而参数显示和操作高度集中的优点。
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。 二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。 三、被控过程是多种多样的、非电量的 现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。 四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制 因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。
2012-2013年现代控制系统试题
2012-2013 学年第一学期期末考试试卷 《现代控制系统》研究生课程 2012.12 姓名 学号 班级 成绩 一、 填空（共20分） 1. 非线性系统可能有多个平衡点，是因为 可能存在多个极点 。（2分） 2. 如果一个系统是稳定的，但不是渐近稳定而是临界稳定的，则该系统的最终状态 可能是 在极限环上震荡 。（2分） 3. 系统的鲁棒性是在外界干扰或模型发生变化时系统性能的保持能力 。 （2分） 4. 系统的可观性定义为 对于任一给定的输入u （t ），存在一有限观测时间，使得 此期间测量到的输出y （t ），能唯一地确定系统的初始状态x （t0），则称此状态是可观测的 。线性系统的可观性判据为 可观测性判别矩阵满秩 。用观测器估计的状态进行状态反馈控制而二者又互不影响是基于 分离 原理（4分） 5. 6. 频率响应的输入信号为 正弦信号 。（2分） 7. 线性定常系统的相对稳定性可用 幅值裕度 和 相位裕度 表示。（2分） 8. 已知一个系统开环传递函数为 1) 4)(s 2)(s (s 50 G(s)+++= ,用MATLAB 语言编 程实现该系统的单位负反馈阶跃响应 a=[50]，b=[1,7,14,1]，sys=tf(a,b) sys1=feedback （sys ，1，-1） （4分）
二、分析和计算题（共80分） 2．1 考虑如下的质量弹簧阻尼系统，每个质量块的质量分别为1m 和2m ，1k 、2k 和3k 为弹簧的弹性系数，1b 、2b 和3b 为速度阻尼系数，列出在外力1e f 和 2e f 的 作用下每个质量块的位移分别为1q 和2q ，利用位移和速度作为状态量、位移1q 和 2q 为输出，写出运动学方程并表达为状态空间的形式。（7分） 题2.1图 2．2 给定性定常系统为： 3 1.75 1.2524 0000 1 00u ---???? ????=+???????????? x x 试设计状态反馈控制器u =-Kx ，希望该系统的闭环极点配置为* 1 4λ=-， * 24λ=-和*35λ=-。（7分） 2．3 如下定常非线性系统 ()2 12122 2211122212 2cos 21sin 3x x x x u x x x x x x y x x u u ?=++??=+++??=++-?? 给出该系统关于 =x 0 的线性化表达式。（7分）
过程控制系统习题答案
什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电 桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。 大幅度的零点调整叫零点迁移。实用价值是：有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备的温度总在500～1000度之间 变化。如果仪表测量范围在0 ～1000度之间，则500℃以下测量区域属于浪费。因为变送器的输出范围是一定的。可通过零点迁移，配合量程调整，使仪表的测量范围在500～1000℃之间，可提高测量精度。 热电偶冷端温度补偿电路起什么作用？ 热电偶热电势的大小是热端温度和冷端的函数差，为保证输出热电势是被测温度的单值函数，必须使冷端温度保持恒定；热电偶分度表给出的热电势是以冷端温度0度为依据，否则会产生误差。 5、电容式差压传感器和应变式压力传感器原理 当电容式差压变送器的一个被测压力是大气压时，就成为压力变送器。 电容式压力变送器先将压力的变化转换为电容量的变化，再将电容量转换成标准电流输出。 应变式压力传感器是利用电阻应变原理构成的。电阻应变片有金属应变片（金属丝或金属箔）和半导体应变片两类。R=ρL/S，当应变片产生纵向拉伸变形时，L变大、S变小，其阻值增加；当应变片产生纵向压缩变形时，S 变大、L变小，其阻值
过程控制系统复习题
《过程控制系统》复习题 一、图1为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。试问： ①影响物料出口温度的主要因素有哪些？ 若选择蒸汽流量为操纵变量，设计一温度控制系统，画出控制原理框图。 ②设被控对象传递函数为s e s s G 5.00123 )(-+= ，调节阀为2)(=s G v ，检测变送单元为1)(=s G m ，当要求出口温度准确控制时，选用何种控制规律？为什么？ ③上述单回路控制系统中，当控制器的积分时间常数增大时，对系统的性能指标稳定性、控制精度及调节速度各有什么影响？并解释原理。 ④上述控制系统用PI 控制规律，按4：1衰减曲线整定参数后，改用PID 控制规律，仍然保持整定在4：1衰减曲线上，这时比例增益和积分时间常数如何调整？为什么？ 二、 如图2所示的系统，要求原油出口温度精确控制在设定值上，要求： ①当燃料气压力波动为主要干扰时，应怎样组成串级？将控制方案画在工艺流程图上。 ②确定控制方案后，系统的主要干扰量是哪些？分析副回路能克服的干扰量。 ③选控制阀采用气开阀，确定主副控制器的正反作用。 ④在系统稳定的情况下，如果燃料气压力突然升高，结合控制阀开闭形式及控制器的正反作用，分析该串级控制系统的工作过程。 搅拌器 物料入口 蒸汽 冷凝水 出口 图1
图2 三、图2所示的系统，要求原油出口温度精确控制在设定值上，要求： ①当原油流量是主要干扰量，设计前馈反馈控制系统，将控制方案画在工艺流程图上。 ②设被控对象传递函数为123 )(0+=s s G ，控制阀为2)(=s G v ，温度检测变送单 元2)(=s G m ，干扰通道为1 25 .0)(+=S S G PD ,设控制器为9)(=s G c ，计算前馈控制 器的数学模型。 ③分析串级控制系统和前馈反馈控制系统克服干扰方式的优缺点。 图2 燃烧气 出口温度 炉膛温度 原油 燃烧气 出口温度 炉膛温度 原油
一种简单实用的水位自动控制系统设计
一种简单实用的水位自动控制系统设计 发表时间：2010-03-10T16:21:22.827Z 来源：《中小企业管理与科技》2010年2月上旬刊供稿作者：周玲钟义广[导读] 近年来对城市供水提出了更高的要求，水塔水位控制自动化系统被不断地改造，以适应社会的发展和人民生活水平的提高周玲钟义广（广西机电职业技术学院） 摘要：本文介绍一种简单实用的水箱水位自动控制系统的基本组成及工作原理，通过对该系统组装测试，达到预期效果，正式应用于乡镇供水系统中。实践证明，该水位控制系统设计方案合理，运行效果好，具有低成本、高使用价值的优点。关键词：水位自动控制系统 0 引言 近年来对城市供水提出了更高的要求，水塔水位控制自动化系统被不断地改造，以适应社会的发展和人民生活水平的提高，满足及时、准确、安全和保证充足供水。目前水位自动控制系统有很多成熟的产品，控制手段主要有单片机监控、比较电路监控、利用PLC和传感器构成水塔水位恒定的控制系统等，运行可靠，可实现远程监控和无人值守。在许多偏远地区，特别是居住相对分散的农村地区，供水问题也待解决。如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障。本文针对乡镇和偏远农村家庭供水的特点，设计一款简单实用、符合要求的水位自动控制系统。 1 水箱水位自动控制系统的组成 针对偏远农村分散居住，取水不方便（包括从水井取水）的特点，考虑到农民生活消费水平不高，设计的供水系统必须是既方便农民的生活，又经济实惠等特点的水箱水位自动控制系统。水箱水位自动控制系统的组成。 由图中可知，水位自动控制系统电路主要由主电路和控制电路两大部分组成。主电路是一台抽水水泵，由220V交流电源电压供电。控制电路由包括整流、滤波、稳压电路、感应电路及限流限压电路组成。 2 水箱水位自动控制系统的设备 水位自动控制系统的设备只需选用价格低廉、安全可靠的设备。 由设备表可知，所有的设备都是简单而常用的小型设备，价格低廉，控制和维护简单易于掌握，对远离城市的偏远地区非常适用。传统的水位控制系统通常使用传感器进行上、下限控制，以保证水位在上、下限之间。此设计中只用三根导线来代替传感器放置在上、下限水位之间，利用水的导电特性完成上、下限水位的自动控制，节省了购买传感器的费用，也不必考虑传感器的故障，进一步降低成本，提高系统的可靠性。 常见的生活用水供应系统工作形式是由外来补充水源（一次水源）向一个高位水塔和一个低位水池补水，再由高位水塔和低位水池（二次水源）向各用户供水。此设计主要考虑针对家庭供水系统（或者某些单独取用水之处），因此只需用（储）水箱而非水塔供水。系统供水是由水箱直接供应，不用考虑由位置高度所形成的压力来进行供水，不用气压供水，不必在屋顶上设置水箱，也不用单独建筑水塔，仅在厨房或需用水的地方放置一足够大的（储）水箱即可满足供水要求。 3 水箱水位自动控制系统的控制原理 该水箱水位自动控制系统结构简单，控制原理如下：系统上电后，交流电源经整流、滤波、稳压后，由电位器调节获得12V直流工作电压。当水箱水位低于下限时，接触器线圈失电，其常闭触头使水泵接通工作，抽水到水箱中；当水位上升到上限时，接触器线圈得电，常闭触头断开，常开触头闭合，水泵停止抽水。 V1、V2用来保护LM317输出端电压为安全电压，使其免受短路电流的影响；V3用来保护三极管，同时避免触电事故的发生。水位的上、下限可通过调整三根导线的位置设定。 4 测试应用 该设计经安装调试，结合实验室给排水系统进行测试，效果良好。正式应用于某乡镇几个家庭的日常用水装置中已将近两年，至今未发生故障。该系统在运行期间稳定性高，完全符合预先规定的标准，只需将控制电路稳压输出调整在10V-12V之间，可投入使用。可用交流变压器供电，也可以用直流供电。 5 结束语 设计的水箱水位控制系统因价格便宜，结构简单，使用方便，不易发生故障，可用于要求不高的给排水系统中，特别适用于城镇及偏远山区取水装置。 参考文献： [1]布挺，王帆.基于西门子PLC的水塔水位自动控制系统[J].科技信息，2009年第12期. [2]曹琦.一种节能的变压变频供水系统[J].变频器世界，2006（7）：133-137. [3]朱晓青主编.过程检测控制技术与应用.北京，冶金工业出版社，2002年.
大学几乎所有学科的课本答案
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第七章过程控制系统习题及答案
第七章过程控制控制系统习题及答案 一、填空 1. 单回路控制系统由传感器、调节器、执行器和被控对象组成。 2. 一个包含伺服放大器的电动调节阀，实际上是一个以调节器送来的信号为给定值、阀门位置信号为被控参数的单回路控制系统，该系统所采用的调节规律是位式调节规律。 3. 单回路控制器常见的五种控制规律是位式控制规律、比例控制规律、比例积分控制规律、比例微分控制规律及比例积分微分控制规律。 4. 当对象调节通道和测量元件的时间常数T 0较大，纯滞后τ很小，即τ/ T 很 小时，应用微分作用可以获得相当良好的效果。 5. 当对象调节通道时间常数T 较小，系统负荷变化较大时，为了消除干扰引起的余差，除了比例作用外还应采用积分作用。 6. 串级控制系统有两个控制回路。 7. 串级控制系统的内回路是一个随动控制系统，其给定值为外回路中的主调节器输出。 8. 串级控制系统主要用于控制通道时间常数太大的被控系统。 9. 串级控制系统副调节器一般选择比例调节规律，最好不采用积分调节作用，他会牺牲副回路的快速性，彻底消除偏差也不是副回路的职责，微分调节作用也是不能采用的，否则一旦主调节器的输出稍有变化就会引起执行机构的大幅度动作，加大其磨损。 10. 串级控制系统的主调节器最好包含积分控制作用，以保证干扰被彻底克服。 11. 某个干扰能否用前馈控制系统来克服的前提条件是该干扰信号可测量。 12. 单纯的前馈控制系统能实现良好控制效果的前提是能获得相应干扰通道精确的数学模型。 二、选择 1. 串级控制系统的副回路一般采用的调节规律是（A）。 （A）比例调节规律（B）比例积分微分（C）比例微分（D）比例积分2. 对串级控制系统副回路的要求是（B）。 （A）消除稳态误差（B）快速克服主要干扰（C）消除所有干扰（D）消除主干扰3. 单回路控制系统由（A）组成。 （A）控制器、执行器、变送器和被控对象（B）控制器、执行器和变送器（C）输入、反馈、控制器和执行器（D）PID调节器、变送器和电动调节阀 三、判断 1. 串级控制系统有内外两个控制回路，主副两个调节器、两个执行器和两个被控对象。（×） 只有一个执行器，一个被控对象被分为了主对象和副对象。 2. 采用一步整定法对串级控制系统进行参数整定是考虑到对副变量控制的要求不高，允许它在一定范围内变化这一前提，根据经验先将副调节器一次放好，不再变动，然后按一般单回路控制系统的整定方法直接整定主调节器参数。（√） 3. 由于串级控制系统副回路具有快速性的特点，所以应将所有干扰包含在副回路中，以使干扰被快速克服。（×） 如果要将副回路包含所有的干扰，则副回路必然变得冗长而失去其快速性的优点，违背了串级控制系统设计的原则。 4. 串级控制系统中，副回路的控制目的就是稳定副变量。（×）
电工学概论习题答案_第四章
4-1. 怎样从三相异步电动机的结构特征来区别笼型和绕线型？ 答：转子绕组的作用是产生感应电动势、流过电流和产生电磁转矩，其结构型式有笼型和绕线型两种，笼型转子的每个转子槽中插入一根铜导条，在伸出铁心两端的槽口处，用两个短路铜环分别把所有导条的两端都焊接起来。如果去掉铁心，整个绕组的外形就像一个笼子，所以称为笼型转子。绕线型转子的绕组和定子相似，是用绝缘导线嵌放在转子槽内，联结成星形的三相对称绕组，绕组的三个出线端分别接到转子轴上的三个滑环（环与环，环与转轴都互相绝缘），在通过碳质电刷把电流引出来。 4-2. 怎样使三相异步电动机改变转向？ 答：将同三相电源相联接的三个导线中的任意两根的对调一下，三相异步电动机改变转向。 4-3. 已知一台三相笼型异步电动机的额定功率N P ＝3kW ，额定转速N n ＝2880r/min 。试求 (1)磁极对数；(2)额定时的转差率N s ；(3)额定转矩N T 。 解：(1) 同步转速03000/min n r =，因此电动机磁极对数p 为1； (2) 00300028804%3000 N n n s n --=== (3) 9.55 N N N P T n ==9.95N m ? 4-4. 已知Y112M-4型异步电动机的技术数据为N P ＝4kW ，△接法，额定电压N U ＝380V ，N n ＝1440r/min ，额定电流N I ＝8.8A ，功率因数cos N ?=0.82，效率N η＝84.5%。试求(1)磁极对数; (2)额定运行时的输入功率1N P ; (3)额定时的转差率N s ; (4)额定转矩N T 。 解：(1) 同步转速01500/min n r =，因此电动机磁极对数p 为2； (2) 1 4.73N N N P P kW η== (3) 00150014404%1500 N n n s n --=== (4) 9.55 N N N P T n ==26.5N m ? 4-5. 已知Y132M-4型异步电动机的额定功率N P 为7.5kW ，额定电流N I ＝15.4A ，额定转速
过程控制系统与仪表习题答案
过程控制系统与仪表习题与思考题 解答
第1章思考题与习题 1-1 过程控制有哪些主要特点为什么说过程控制多属慢过程参数控制 解答： 1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富 3．控制多属慢过程参数控制 4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式 5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统典型过程控制系统由哪几部分组成 解答： 过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：参照图1-1。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类 解答： 分类方法说明： 按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类： 1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统 （2）前馈控制系统 （3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统 解答： 在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
(完整版)过程控制系统与仪表习题答案第三章
第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？ 解答： 1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？ 解答： 1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。 3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差？ 解答： 产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： e K y p = 为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？ 解答： 1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：?=edt T y 1 1
2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的影响。 解答： 1）? =edt T y 11 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。 2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i =1／K i 。显然，T i 越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA ，若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ，某时刻，输入阶跃增加0.2mA ，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化为多少？ 解答： 由比例积分公式：??? ? ??+=?edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==p K p ，即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋0.2； 稳态时：y 0＝5mA ， 5min 后：mA edt T e P y y )7.05()52.02 12.0(151110±=??±±?+=???? ??++ =? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？ 解答：P74 1）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p K 就越大，它将偏差放大的能力越
《现代控制系统理论》第3版课后习题问题详解96894
《现代控制理论参考答案》 第一章答案 1-1 试求图1-27系统的模拟结构图，并建立其状态空间表达式。 图1-27系统方块结构图 解：系统的模拟结构图如下： 图1-30双输入--双输出系统模拟结构图 系统的状态方程如下： u K K x K K x K K x X K x K x x x x J K x J x J K x J K x x J K x x x p p p p n p b 161116613153 46 1 5141313322211 +-- =+-==++--== =??? ?? ? 令y s =)(θ，则1x y =
所以，系统的状态空间表达式及输出方程表达式为 []????? ? ??? ? ??????????=??????? ???????????????+?????? ?????????????????????????? ????????????? ?----- =????????????????????????????? ?65432116543211111111 2654321000001000000 0000 0001001000000 000001 0x x x x x x y u K K x x x x x x K K K K K K J K J J K J K J K x x x x x x p p p p n p b 1-2有电路如图1-28所示。以电压)(t u 为输入量，求以电感中的电流和电容上的电压作为状态变量的状态方程，和以电阻2R 上的电压作为输出量的输出方程。 U 图1-28 电路图 解：由图，令32211,,x u x i x i c ===，输出量22x R y = 有电路原理可知：? ? ? +==+=++3 213 222231111x C x x x x R x L u x x L x R 既得 2 221332 2222131111111111x R y x C x C x x L x L R x u L x L x L R x =+- =+-=+--=?? ? 写成矢量矩阵形式为：
过程控制系统试卷及答案
过程控制系统试卷C卷 一、填空题（每空1.5分）（本题33分） 1、过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送等环组成。 2、过程控制系统由工程仪表和被控过程两部分组成。 3、压力检测的类型有三种，分别为：弹性式压力检测、应变式压力检测、压阻式压力检测。 4、气动执行结构主要有薄膜式和活塞式两大类。 5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀三大类。 6、过程数学模型的求取方法一般有机理建模、试验建模和混合建模。 7、积分作用的优点是可消除稳态误差(余差)，但引入积分作用会使系统稳定性下降。 8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为单闭环比值控制、双闭 环比值控制和变比值控制三种。 9、造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分控制作用，外因是控制器长 期存在偏差。 二、名词解释题（每小题5分）（本题15分） 1、过程控制：指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 2、串级控制系统：值采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输入去操纵调节阀，从而对住被控变量具有更好的控制效果。 3、现场总线：是指将现场设备与工业控制单元、现场操作站等互联而成的计算机网络，具有全数字化、分散、双向传输和多分枝的特点，是工业控制网络向现场级发展的产物。 三、简答题（每小题8分）（本题32分） 1、什么是PID，它有哪三个参数，各有什么作用?怎样控制？ 答：PID是比例-积分-微分的简称。其三个参数及作用分别为：（1）比例参数KC，作用是加快调节，减小稳态误差。（2）积分参数Ki，作用是减小稳态误差，提高无差度（3）微分参数Kd，作用是能遇见偏差变化趋势，产生超前控制作用，减少超调量，减少调节时间。 2、前馈与反馈的区别有哪些？ 答：（1）控制依据：反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”，前馈控制是“基于扰动消除扰动对被控量的影响”。
简单控制系统的设计教案
简单控制系统的设计 【教材分析】 普通高中通用技术课程《技术与设计2》第4章，控制与设计的内容。通过学习控制系统中的控制目标，控制的过程，和控制的机理，控制与设计的知识，有助于我们运用简单的控制方法解决现实生活中遇到的相关问题，发展学生良好的逻辑思维品质。 【教学目标】 1.知识与技能：理解控制的含义及其在生产和生活中的应用，了解手动控制，自动控制，熟悉简单的开环闭环控制系统的基本组成，和简单的工作过程，并能够分析典型的案例。了解控制系统的设计，对整个设计产生的重要影响，了解简单的被控制对象的基本特征，能确定被控量控制量，画出控制系统的方框图，并形成初步的控制设计方案。 2.过程与方法：通过案例分析，学会多角度的思考问题，发展辩证思维能力。 3.情感态度与价值观：培养对控制系统设计的兴趣和想象力，理解控制系统技术设计在艺术中的魅力，提高审美情趣。 【教学重难点】 能根据开环控制系统的设计方案，制作一个控制装置，或者能根据简单闭环控制系统的设计方案，进行实施或模拟实施，学会调试运行，提出改进方案。 【教学课时及地点】
两课时。一课时在教室学习理论，一课时在实验室实践活动。【教学过程】 引入。通过上一节的学习，我们知道，任何一种控制的实现，都要通过若干个环节，这些环节就构成了一个系统，称为控制系统，控制系统通常又分为开环控制系统和闭环控制系统，其中闭环控制系统在日常生活和生产中，有着广泛的应用。 新课讲授。 简单控制系统设计概论。控制系统是一项大而专业的工程，光概论都是一本厚厚的书，今天我们只作为入门了解一下简单控制系统的涵义和设计步骤。简单控制系统其实就是单回路反馈控制系统，仅对一个被控变量进行控制，特点是结构简单、投资少、易于调整、易于运行，因此适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓、控制质量要求不太高的场合。 控制系统设计的一般步骤如下： 一、确定控制的目的。 二、确定系统的被控量，即控制系统要控制什么。一般情况下，系统的控制目的就是系统的被控量，但有些控制系统的控制目的与系统的被控量就可能不同。 三、明确系统被控量应达到的精度指标。 四、选定控制系统的结构。 五、建立系统各环节的模型。 六、确定待调参数。
过程控制系统与仪表习题答案汇总 (1)
第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统 解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。 1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动态特性？ 解：稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。
高等代数与解析几何同济答案
高等代数与解析几何同济答案 【篇一：大学所有课程课后答案】 资料打开方法：按住 ctrl键，在你需要的资料上用鼠标左键单击 资料搜索方法：ctrl+f 输入关键词查找你要的资料 【数学】 o o o o o o o o o o o o o o o o o
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【篇二：各门课程课后答案】 式]《会计学原理》同步练习题答案 [word格式]《成本会计》习题及答案（自学推荐，23页） [word格式]《成本会计》配套习题集参考答案 [word格式]《实用成本会计》习题答案 [word格式]《会计电算化》教材习题答案（09年） [jpg格式]会计从业《基础会计》课后答案 [word格式]《现代西方经济学（微观经济学）》笔记与课后习题详解（第3版，宋承先） [word格式]《宏观经济学》习题答案（第七版，多恩布什） [word格式]《国际贸易》课后习题答案（海闻 p.林德特王新奎） [pdf格式]《西方经济学》习题答案（第三版，高鸿业）可直接打印 [word格式]《金融工程》课后题答案（郑振龙版） [word格式]《宏观经济学》课后答案（布兰查德版） [jpg格式]《投资学》课后习题答案（英文版，牛逼版） [pdf格式]《投资学》课后习题答案（博迪，第四版） [word格式]《微观经济学》课后答案（高鸿业版） [word格式]《公司理财》课后答案（英文版，第六版） [word格式]《国际经济学》教师手册及课后习题答案（克鲁格曼，第六版）
《过程控制系统》复习题
过程控制系统复习题 一.选择题（每题2分，共10题，共20分） 1.过程控制系统由几大部分组成，它们是：( C ) A.传感器、变送器、执行器 B.控制器、检测装置、执行机构、调节阀门 C. 控制器、检测装置、执行器、被控对象 D. 控制器、检测装置、执行器 2. 在简单控制系统中，接受偏差信号的环节是( B )。 A .变送器 B. 控制器, C. 控制阀 D. 被控对象 3. 串级控制系统主、副对象的时间常数之比，T01/T02＝( )为好，主、副回路恰能发挥其优越性，确保系统高质量的运行。 A. 3～10 B. 2～8 C. 1～4 D. 1～2 4. 过渡过程品质指标中，余差表示( )。 A.新稳态值与给定值之差 B.测量值与给定值之差 C.调节参数与被调参数之差 D.超调量与给定值之差 5.PID调节器变为纯比例作用，则( )。 A. 积分时间置∞、微分时间置∞ B. 积分时间置0、微分时间置∞ C. 积分时间置∞，微分时间置0 D. 积分时间置0，微分时间置0 6.( )在阀芯行程比较小时，流量就比较大，随着行程的增加，流量很快地达到最大。 A. 快开流量特性 B. 线性流量特性 C. 抛物线流量特性 D. 等百分比流量特性 7.闭环控制系统是根据( )信号进行控制的。 A.被控量 B.偏差 C.扰动 D.给定值 8.衡量控制准确性的质量指标是( )。 A.衰减比 B.过渡过程时间 C.最大偏差 D.余差 9.对象特性的实验测取常用的方法是( )。 A.阶跃响应曲线法 B.频率特性法 C.比例积分法 D．最小二乘法 10.用于迅速启闭的切断阀或两位式调节阀应选择( )的调节阀。 A.快开特性 B．等百分比特性 C．线性 D.抛物线特性 11.调节具有腐蚀性流体，可选用( )阀。 A.单座阀 B.双座阀 C.蝶阀 D．隔膜阀 12.调节阀接受调节器发出的控制信号，把( )控制在所要求的围，从而达到生产过程的自动控制。 A. 操纵变量 B.被控变量 C. 扰动量 D. 偏差 13.串级调节系统主调节输出信号送给( )。 A．调节阀 B．副调节器 C. 变送器 D. 主对象 14.在阶跃扰动作用下，过程控制系统的过渡过程出现的形式如下，( )是一种稳定控制系统 A.发散振荡过程 B.等幅振荡过程 C.衰减振荡过程 D.非振荡发散过程 15. 串级控制系统参数整定步骤应为( )。 A. 先主环，后副环 B.先副环后主环 C.只整定副环 D.没有先后顺序 16. 引起被调参数偏离给定值的各种因素称( )。 A.调节 B.扰动 C.反馈 D.给定
简单控制系统
简单控制系统 §5.1 简单控制系统设计原则 简单控制系统（单回路控制系统）是指由一个受控对象、一个测量变送器、一个控制器和一个执行机构（控制阀）所组成的闭环控制系统。 一、被控变量的选择 被控变量选择方法 方法一：选择能直接反映生产过程中产品产量和质量又易于测量的参数作为被控变量，称为直接参数法。 方法二：选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数有单值对应关系、易于测量的参数作为被控变量，称为间接参数法。 选择被控变量的原则 1. 选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用的、可直接测量的工艺参数为被控变量。 2. 当不能用直接参数作为被控变量时，可选择一个与直接参数有单值函数关系并满足如下条件的间接参数为被控变量。 ⑴满足工艺的合理性 ⑵具有尽可能大的灵敏度且线形好 ⑶测量变送装置的滞后小。 二、操纵变量的选择 选择操纵变量，就是从诸多影响被控变量的输入参数中选择一个对被控变量影响显著而且可控性良好的输入参数，作为操纵变量，而其余未被选中的所有输入量则视为系统的干扰。 1. 对象静态特性对控制质量的影响 ＫＯ应适当大些。 扰动通道放大倍数K f越小越好。Ｋf小表示扰动对被控变量的影响小，系统可控性好。 小结：选择操纵变量构成控制系统时，从静态角度考虑，在工艺合理性的前提下，扰动通道的放大倍数Ｋf越小越好，控制通道放大倍数ＫＯ希望适当大些，以使控制通道灵敏些。 2. 对象动态特性的影响 对象的动态特性一般可由时间常数Ｔ和纯滞后τ来描述。 设扰动通道时间常数为Ｔf，纯滞后为τf；控制通道的时间常数为Ｔo，纯滞后为τo。下面我们分别进行讨论。 ⑴对扰动通道特性的影响 Ｔf对控制质量的影响
过程控制系统与仪表习题答案
第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律控制器有哪些基本控制规律 解答： 1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的有何优缺点 解答： 1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。 3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差 解答： 产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： 为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差 解答： 1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：? =edt T y 11 2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间试述积分时间对控制过程的影响。 解答：
1）?=edt T y 1 1 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。 2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i =1／K i 。显然，T i 越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA ，若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ，某时刻，输入阶跃增加，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化为多少 解答： 由比例积分公式：??? ? ??+=?edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==p K p ，即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋； 稳态时：y 0＝5mA ， 5min 后：mA edt T e P y y )7.05()52.02 12.0(151110±=??±±?+=???? ??++ =? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响调整比例度时要注意什么问题 解答：P74 1）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p K 就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现。 2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的，超出这个量程的比例输出是不可能的。 所以，偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程（16mA ），避免控制器处于饱和状态。 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么为什么常用实际为分控制规律 解答：