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过程控制作业答案2014

过程控制作业答案2014
过程控制作业答案2014

第一章 概述

1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成?画出其基本框图。

控制器、执行机构、被控过程、检测与传动装置、报警,保护,连锁等部件

1.2 按设定值的不同情况,自动控制系统有哪三类? 定值控制系统、随机控制系统、程序控制系统

1.3 简述控制系统的过渡过程单项品质指标,它们分别表征过程控制系统的什么性能?

a.衰减比和衰减率:稳定性指标;

b.最大动态偏差和超调量:动态准确性指标;

c.余差:稳态准确性指标;

d.调节时间和振荡频率:反应控制快速性指标。

第二章 过程控制系统建模方法

习题2.10

某水槽如图所示。其中F 为槽的截面积,R1,R2和R3均为线性水阻,Q1为流入量,Q2和Q3为流出量。要求:

(1) 写出以水位H 为输出量,Q1为输入量的对象动态方程;

(2) 写出对象的传递函数G(s),并指出其增益K 和时间常数T 的数值。

(1)物料平衡方程为123d ()d H

Q Q Q F

t

-+= 增量关系式为 123d d H

Q Q Q F

t

??-?-?= 而22h Q R ??=

, 33

h Q R ??=, 代入增量关系式,则有23123

()d d R R h

h F Q t R R +??+=? (2)两边拉氏变换有:

23

123

()()()R R FsH s H s Q s R R ++

=

故传函为:

23232

3123

()()()11R R R R H s K

G s R R Q s Ts F s R R +===

+++ K=2323

R R R R +, T=23

23R R F R R +

第三章 过程控制系统设计

1. 有一蒸汽加热设备利用蒸汽将物料加热,并用搅拌器不停地搅拌物料,到物料达到所需温度后排出。试问:

(1) 影响物料出口温度的主要因素有哪些?

(2) 如果要设计一温度控制系统,你认为被控变量与操纵变量应选谁?为什么?

(3) 如果物料在温度过低时会凝结,据此情况应如何选择控制阀的开、闭形式及控制器

的正反作用?

解:(1)物料进料量,搅拌器的搅拌速度,蒸汽流量

(2)被控变量:物料出口温度。因为其直观易控制,是加热系统的控制目标。

操作变量:蒸汽流量。因为其容易通过控制阀开闭进行调整,变化范围较大且对被

控变量有主要影响。

(3)由于温度低物料凝结所以要保持控制阀的常开状态,所以控制阀选择气关式。控制

器选择正作用。

2. 如下图所示为一锅炉锅筒液位控制系统,要求锅炉不能烧干。试画出该系统的框图,判断控制阀的气开、气关型式,确定控制器的正、反作用,并简述当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时,该控制系统是如何克服干扰的?

解:系统框图如下:

由于锅炉不能烧干故选择气关式,增益为负控制器选择正作用。

克服干扰过程:当加热室温度升高导致蒸汽蒸发量增加时,锅筒液位下降,具有正作用后调节器输出信号减小,使气关型的阀门开度增大,从而使给水流量增大,进而使锅筒液位升高,克服蒸汽流量干扰的影响。

3. 如下图所示为精馏塔温度控制系统,它通过调节进入再沸器的蒸汽量实现被控变量的稳定。试画出该控制系统的框图,确定控制阀的气开、气关型式和控制器的正、反作用,并简述由于外界干扰使精馏塔温度升高时该系统的控制过程(此处假定精馏塔的温度不能太高)。

解:系统框图如下:

控制器 阀门

蒸汽流量

检测元件

温度设定值

温度

扰动通道

-

扰动

过控对象 控制器 阀门

给水流量

检测元件

液位设定值

液位

扰动通道

-

扰动

过控对象

根据题意阀门选择气开型,增益为正控制器为反作用。 克服干扰过程:

当外界干扰使蒸馏塔温度升高时,具有反作用的调节器输出信号减小,使得气开型的阀门开度减小,蒸汽流量随之减小,使精馏塔温度降低,克服干扰的影响。

第四章 PID 调节原理

习题4.2 试总结调节器P, PI, PD 动作规律对系统控制质量的影响。

习题4.7 某电动比例调节器的测量范围为100~200o C ,其输出为0~10mA 。当温度从140o C 变化到160o C 时,测得调节器的输出从3mA 变化到7mA 。试求出该调节器比例带。 解: max min max

min /()(160140)/(200100)

100%100%50%

/()(73)/(100)e e e u u u δ---=

?=?=---

习题4.9某水槽液位控制系统如图所示。已知,F=1000cm 2,R=0.03s/cm 2,调节阀为气

关式,其静态增益|K v |=28cm 3/s·mA,K m =1mA/cm 。 (1) 画出系统的传递方框图;

(2) 调节器为比例调节器,其比例带δ=40%,试分别求出扰动ΔQd=56cm 3/s 以及定值扰

动Δr=0.5mA 时,被调量h 的残差;

(3) 若δ改为120%,其他条件不变,h 的残差又是多少?比较(2)(3)的计算结果,

总结δ值对系统残差的影响;

(4) 液位调节器改用PI 调节器后,h 的残差又是多少?

解:(1)

(2)系统动态方程

增量关系式为 又

所以有

液位控制器控制阀

液位对象

液位检测

设定值

-

对上式进行拉氏变换,得到

从而得到单容液位过程的具体传递函数为

由系统方框图可得液位输出对于扰动输入和设定值输入的传递函数分别为:

扰动为时,余差(这部分用到终值定理):

扰动为时,余差:

若,则有{过程的增益为正,气关式阀门增益为负,检测器增益为正,由负反馈系统全部各个环节(包括比较环节)增益乘积为负可判断控制器增益为负}。

{过程的增益为正,气关式阀门增益为负,检测器增益为正,由负反馈系统全部各个环节(包括比较环节)增益乘积为负可判断控制器增益为负。}将,,以及其它条件代入上式,可得

(3) ,此时有

结论:比例度变大,残差变大。

(4)若改为PI调节,则

对于扰动,余差:

对于设定值扰动,余差:

第五章串级控制

1.对于如图所示的加热器串级控制系统,要求:

(1)画出该控制系统的框图,并说明主被控变量、副被控变量分别是什么?

(2)试确定控制阀的气开、气关型式;(气开型)

(3)确定主、副控制器的正、反作用;(副控制器:反作用。主控制器:反作用)(4)温度变送器量程由原来的0~500℃改变为200~300℃,控制系统会出现什么现象?应如何解决?(Km1增大,控制作用减弱,余差增大,则应增大Kc1)

(5)流量变送器量程由原来的0~250kg/h改变为0~400kg/h,控制系统会出现什么现象?

应如何解决?(Km2减小,副回路等效时间常数增大,控制变慢,响应速度减慢,则应增大Kc2)

2.对于如图所示加热炉出口温度简单控制系统,要求:

(1)在进料流量或燃料成分扰动下,设计合理串级控制系统,画出框图,确定控制器的正、反作用;

(2)在燃料油压力扰动下,设计合理串级控制系统。

解:(1)进料流量扰动

控制阀:气开

副控制器:反作用

副被控量:加热炉内部温度主控制器:反作用

主被控量:物料出口温度

(2)燃料油压力扰动

主控制器:反作用

主被控量:物料出口温度副控制器:反作用

福被控量:燃料油管内压力控制阀:气开

第六章特殊控制方法

1. 比值控制系统有哪些类型?各有什么特点?

开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。

2. 某化学反应过程要求参与反应的A、B 两物料保持的比例,两物料的最大流量=625,=290.通过观察发现A、B两物料流量因管线压力波动而经常变化。根据上述情况,要求:

1)设计一个比较合适的比值控制系统;

2)计算该比值系统的比值系数;

3)在该比值系统中,比值系数应设置于何处?设置值应该是多少(假定采用DDZ-Ⅲ型仪表)?

4)选择该比值控制系统控制阀的开闭形式及控制器的正反作用。

解:(1)

(2)将A物件作为主动量,B物件作为从动量。

若采用开方器

A B

若不采用开方器

(3)该系统若采用比值器方案实施,将比值系数直接设置即可,

(若采用乘法器实现,因,则将乘法器放置在从动量一侧,设定。)

(4)A 、B 阀门均选用气开型阀门,控制器选反作用。

3. 管式加热炉原油出口温度分程控制

(1)调节阀开关型式:瓦斯气调节阀(A )气开

燃料油调节阀(B )气开

工作新号段: A 低信号4~12mA 0.02~0.06MPa B 高信号12~20mA 0.06-0.1MPa (2)调节器正反作用:反作用 (3)系统框图

工作原理:

当原油出口温度较低时,反作用控制器输出信号较高,天然气阀门全开后,燃油阀门打开到一定开度,随着燃料量的增加,出口温度上升,控制器输出逐渐减小,使燃料油阀门开度变慢,变小。(温度上升速度放缓)。温度高至苯一点时,反作用控制器输出为低信号,燃油阀完全关闭,天然气阀开度随温度升高逐渐变小,温度有所降低,控制器信号再次增大,使天然气阀门开大,使出口温度再次回升,如此循环。直至温度达到苯设定值。

4. 如图所示高位槽向用户供水,为保证供水流量的平稳,要求对高位槽出口流量进行控制。但为了防止高位槽过高而造成溢水事故,需对液位采取保护性措施。根据上述情况,要求设计一连续型选择性控制系统。试画出该系统的框图,确定调节阀的气开、气关形式和调节器的正、反作用形式以及选择器的类型,并简述该系统的工作原理。

控制器 天然气调节阀

温度对象

温度变送器

出口温度

-

燃油调节阀

调节阀为气关型,液位控制器反作用,流量控制器正作用,选择器选低选器。 工作原理:

流量 控制器

出口流量对象

温度变送器

出口 温度 -

阀门 液位对象

低选器

设 定值

流量 控制器

出口 温度

设 定值

-

温度变送器

出口 流量

LT

LC

LS

FC

FT

自动控制元件及线路课后答案

自动控制元件部分课后题答案 第一章直流伺服电动机 1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定? 答:a :由T em =C m ΦI a 知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。b :由T em =T 0+T 2=CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)大小决 定。 1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时,控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化?为什么? 答:a :电磁转矩T em =T 0+T 2可见电磁转矩也不变。由T em =C m ΦI a 知控制电流I a 也不变b :KeKt RaTem Ke Ua n -=知T em 不变可见U a 转速升高理想空载转速变大导致转速n 升高。 1-3已知一台直流电动机,其电枢额定电压Ua=110V ,额定运行时电枢电流Ia=0.4A ,转速n=3600rpm ,它的电枢电阻Ra=50欧姆,负载阻转矩To=15mN.m 。试问该电动机额定负载转矩是多少? 答:Ea=Ua-IaRa=110-0.4×50=90V Ea=CeΦn,Ce=0.105Cm CmΦ=0.2383600 0.10590n 105.0=?=?Ea T em =T 0+T 2=CmΦIa→T 2=CmΦIa-T 0=0.40.238=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时,如将负载转矩减少,试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化?并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。 答:磁转矩T em =T 0+T 2可见T 2↓电磁转矩也↓。由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓Ea=Ua-IaRa 可见I a ↓知Ea↑,由Ea=CeΦn 知Ea↑知n↑ 第二章直流测速发电机 2-4某直流测速发电机,其电枢电压U=50V ,负载电阻R L =3000Ω,电枢电阻Ra=180Ω,转速n=3000rpm ,求该转速下的空载输出电压Uo 和输出电流Ia 。Ea =Ua IaRa Ia=300050=0.0167A Ea=50Ea =50+3000 50×180=53空载Uo =Ea =53第三章步进电动机 3-8某五相反应式步进电动机转子有48个齿,试分析其有哪几种运行方式及对应的步距角,并画出它们的矩角特性曲线族。 答:5相单5拍A→B→C→D→E→A Θb ==?=48 5360NZr 360 1.5°T emA =-T jmax sin(Θe )T emB =-T jmax sin(Θe -52π)T emC =-T jmax sin(Θe -5 4π)

过程控制工程课后作业 答案

第一章纸质作业答案 一、调节阀的流量特性是指通过调节阀的流量与阀杆行程之间的关系。 调节阀的流量特性有线性型,等百分比型,快开型,抛物线型 调节阀流量特性选择的目的主要是从非线性补偿的角度来考虑,利用调节阀的非线性来补偿广义对象中其它环节的非线性,从而使整个广义对象的特性近似为线性。 二、简单控制系统是由一个被控对象、一个测量元件及变送器、一个控制器和一个执行器所构成的单闭环控制系统,也成为单回路控制系统。 简单控制系统的典型方块图为 三.按照已定的控制方案,确定使控制质量最好的控制器参数值。 经验凑试法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法 四、解: (1) 选择流出量 Q为操纵变量,控制阀安装在流出管线上, o 贮槽液位控制系统的控制流程图为 (2) 被控对象:液体贮槽

被控变量:贮槽液位 操纵变量:贮槽出口流量 主要扰动变量:贮槽进口流量 五、解: (1) 选择流入量 Q为操纵变量,控制阀安装在流入管线上, i 贮槽液位控制系统的控制流程图为 为了防止液体溢出,在控制阀气源突然中断时,控制阀应处于关闭状态,所以应选用气开形式控制阀,为“+”作为方向。 操纵变量即流入量 Q增加时,被控变量液位是上升的,故对象为“+”作用方向。由于 i 控制阀与被控对象都是“+”作用方向,为使控制系统具有负反馈作用,控制器应选择反作用。 (2) 选择流出量 Q为操纵变量,控制阀安装在流出管线上, o 贮槽液位控制系统的控制流程图为

为了防止液体溢出,在控制阀气源突然中断时,控制阀应处于全开状态,所以应选用气关形式控制阀,为“-”作为方向。 操纵变量即流出量 Q增加时,被控变量液位是下降的,故对象为“-”作用方向。由于 o 控制阀与被控对象都是“-”作用方向,为使控制系统具有负反馈作用,控制器应选择反作用。 六、(1)加入积分作用后,系统的稳定性变差,最大动态偏差增大、余差减小 加入适当的微分作用后,系统的稳定性编号,最大动态偏差减小,余差不变。 (2)为了得到相同的系统稳定性,加入积分作用后应增大比例度,加入微分作用后应适当的减小比例度。 第二章纸质作业答案 一.由两个控制器组成,分别接受来自被控对象不同部位的测量信号。一个控制器的输出作为下一个控制器的给定值,后者的输出去控制执行器以改变操纵变量。从系统的结构来看,两个控制器是串级工作的,称为串级控制系统。 方框图如下 二.答: 前馈控制系统方块图

控制工程作业答案

1-6 试说明如题图1-6(a)所示液面自动控制系统的工作原理。若将系统的结构改为如题图1-6(b)所示,将对系统工作有何影响? 答:(a )图所示系统,当出水阀门关闭时,浮子处于平衡状态,当出水阀门开启,有水流出时,水槽中的水位下降,浮子也会下降,通过杠杆作用,进水阀门开启,水流进水槽,浮子上升。 (b )图所示系统,假设当前出水阀门关闭时,浮子处于平衡状态,当出水阀门开启,有水流出时,水槽中的水位下降,浮子也会下降,通过杠杆作用,进水阀门会随着水的流出而逐渐关闭,直至水槽中的水全部流出。 2-7 用拉氏变换的方法解下列微分方程 (2)220,(0)0,(0)1x x x x x ''''++=== 2222 "2'20(0)0,'(0)1 ()(0)'(0)2()2(0)2()0(22)()1 11 ()22(1)1()sin t x x x x x s x s sx x sx s x x s s s x s x s s s s x t e t -++===--+-+=++=== ++++=解: 3-1求题图3-1(a)、(b)所示系统的微分方程。 (a) (b) 题图1-6 液面自动控制系统 (b) 题图 3-1

(b )解:(1) 输入f(t),输出y(t) (2)引入中间变量x(t)为12,k k 连接点向右的位移,(y>x ) (3)12()=-k x k y x ① ()"2f k y x my --= ② (4)由①、②消去中间变量得:"12 12 k k my y f k k +=+ 3-2 求题图3-2(a)、(b)、(c)所示三个机械系统的传递函数。图中,x 表示输入位移,y 表示输出位移。假设输出端的负载效应可以忽略。 (b )解:(1)输入,r x 输出c x (2)引入中间变量x 为1k 与c 之间连接点的位移 ()>>r c x x x (3)'' 1()()-=-r c k x x c x x ① '' 2()-=c c c x x k x ② (4)消去中间变量x,整理得: ' '1221 ()++=c c r c k k x k x cx k (5)两边拉氏变换: 1221 () ()()()++=c c r c k k sX s k X s csX s k (6)传递函数:12 2 1 ()()()()= =++c r X s cs G s c k k X s s k k 题图3-2

过程控制工程课后习题参考答案-前三章

过程控制工程课后习题参考答案-前三章

过程控制工程 第一章单回路控制系统 1.1 何谓控制通道?何谓干扰通道?它们的特性对控制系统质量有什么影响? 控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系; 干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。 (1)控制通道特性对系统控制质量的影响:(从K、T、τ三方面) 控制通道静态放大倍数越大,系统灵敏度越高,余差越小。但随着静态放大倍数的增大,系统的稳定性变差。 控制通道时间常数越大,经过的容量数越多,系统的工作频率越低,控制越不及时,过渡过程时间越长,系统的质量越低,但也不是越小越好,太小会使系统的稳定性下降,因此应该适当小一些。 控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时,使动态偏差增大,而且还还会使系统的稳定性降低。 (2)干扰通道特性对系统控制质量的影响:

(从K、T、τ三方面) 干扰通道放大倍数越大,系统的余差也越大,即控制质量越差。 干扰通道时间常数越大,阶数越高,或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀,干扰对被控变量的影响越小,系统的质量则越高。 干扰通道有无纯滞后对质量无影响,不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个 。 纯滞后时间τ 1.2 如何选择操纵变量? 1)考虑工艺的合理性和可实现性; 2)控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数; 3)控制通道时间常数应适当小一些为好,但不易过小,一般要求小于干扰通道 时间常数。干扰动通道时间常数越大 越好,阶数越高越好。 4)控制通道纯滞后越小越好。 1.3 控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响?对控制系统的动态质量有何影响? 比例度δ越小,系统灵敏度越高,余差越小。

控制工程2习题解答

二 题目:已知()t t f 5.0=,则其()[]=t f L 【 】 A. 25.0s s + B. 25.0s C. 2 21s D. s 21 分析与提示:由拉氏变换的定义计算,可得()[]2 1 5 .0s t f L = 答案:C 题目:函数f (t )的拉氏变换L[f(t)]= 。 分析与提示:拉氏变换定义式。 答案:dt e t f st ? ∞ -0 )( 题目:函数()at e t f -=的拉氏变换L[f(t)]= 。 分析与提示:拉氏变换定义式可得,且f(t)为基本函数。 答案:a s +1 题目:若t e t t f 22 )(-=,则( )=)]([t f L 【 】 A. 22+s B. 3 )2(2 +s C.2 2-s D. 3 ) 2(2 -s 分析与提示:拉氏变换定义式可得,即常用函数的拉氏变换对,3 )2(2 )]([+=s t f L 答案:B 题目:拉氏变换存在条件是,原函数f(t)必须满足 条件。 分析与提示:拉氏变换存在条件是,原函数f(t)必须满足狄里赫利条件。 答案:狄里赫利 题目:已知()15.0+=t t f ,则其()[]=t f L 【 】 A. 25.0s s + B. 25.0s

C. s s 1212+ D. s 21 分析与提示:由拉氏变换的定义计算,这是两个基本信号的和,由拉氏变换的线性性质,其拉氏变换为两个信号拉氏变换的和。()[]s s t f L 1 15 .02 += 答案:C 题目:若()s s s s F ++= 21 4,则()t f t ∞→lim )=( )。 【 】 A. 1 B. 4 C. ∞ D. 0 分析与提示:根据拉氏变换的终值定理)(lim )(lim )(0 s sF t f f s t →∞ →==∞。即有 41 4lim )(lim 20 =++=→∞ →s s s s t f s t 答案:B 题目:函数()t e t f at ωcos -=的拉氏变换L[f(t)]= 。 分析与提示:基本函数t ωcos 的拉氏变换为 2 2ω+s s ,由拉氏变换的平移性质可知 ()[]() 2 2 ω +++= a s a s t f L 。 答案:()2 2ω +++a s a s 题目:若()a s s F += 1 ,则()0f )=()。 分析与提示:根据拉氏变换的初值定理)(lim )(lim )0(0 s sF t f f s t ∞ →→==。即有 111lim 1 lim )(lim )0(0 =+ =+==→→→s a a s s t f f s s t 答案:1 题目:函数()t t f =的拉氏变换L[f(t)]= 。 分析与提示:此为基本函数,拉氏变换为 2 1s 。

(完整word版)自动控制元件及线路试题及答案,推荐文档

自动控制元件 2.输入信号是电枢电压a u ,输出信号是电机转角θ。绘出直流电动机动态框图,标出)(s I a , ),(),(s T s E em a 及扰动力矩)(s T c 。 3.绘出直流电动机电枢控制的调节特性和机械特性曲线,标出始动电压、理想空载转速和堵转转矩,标出电动机、发电机和反接制动状态。 4.直流电动机的主要优点和缺点是什么? 优点:力矩大,控制容易。 缺点:有机械换向器,有火花,摩擦大,维护较复杂,价高,结构复杂。 5.电机铁心多用硅钢片叠压而成。采用片状材料的目的是什么? 减小涡流损耗 6.性能优良的永磁直流力矩电动机现在一般采用什么永磁材料? 钕铁硼 e t K K 、大,电枢扁平状。 7.与直流伺服电动机相比,直流力矩电动机的e K 、t K 有什么特点?电枢的几何形状有什么特点? 二.(20分) 1.异步电动机等效电路图中s s r 1'2上的热损耗表示什么?

2.简述两相对称绕组产生椭圆形旋转磁场的条件。 3画出两相电机幅相控制时的电路图。 3.磁场) F- =ω表示什么磁场?为什么? A sin(x t 4.绘出圆形旋转磁场时异 步电动机的两条典型机械 特性曲线(转子电阻大和小)。 5.推导两相伺服电动机传递函数) s s GΩ =,并说明其中的参数与静态特性曲线 ( U /) (s ( ) 的关系。

6.绘出三相异步电动机 从基频向下变频调速时 的机械特性。 7.异步电动机从基频向下变频调速时,若电压保持不变将产生什么现象?用公式说 明。 8.一台三相异步电动机空载转速是1450 r/min,电源频率50 Hz。这是几极电机? 为什么? 三、(7分) 1.简述永磁同步电机同步运行时的工作原理,画出必要的图形,写出电磁转矩公式。 2.写出磁阻同步电动机电磁转矩表达式并说明参数的含义。 3.哪种同步电动机不加鼠笼绕组就能 自行起动并具有较大的起动转矩? () 绘出它的机械特性曲线。

(完整版)过程控制系统与仪表课后习题答案完整版汇总

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。

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? 解答: 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。 二者之间的关系: 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? 解答: 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。 在实际的生产过程中,被控过程常常受到各种振动的影响,不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在各个环节的动态特性,才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些?各自的定义是什么? 解答: 单项性能指标主要有:衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比:等于两个相邻的同向波峰值之比n; 过渡过程的最大动态偏差:对于定值控制系统,是指被控参数偏离设定值的最大值A; y与最终稳态值y(∞)之比的百分数σ; 超调量:第一个波峰值 1

自动控制元件(第四版)习题答案资料

自动控制元件(第四版) 习题答案

部分习题答案,仅供参考! 直流测速发电机 1.为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势? 答:电枢连续旋转,导体ab和cd轮流交替地切割N极和S 极下的磁力线,因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。 由于通过换向器的作用,无论线圈转到什么位置,电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接,如电刷A始终与处在N极下的导体相连接,而处在一定极性下的导体电势方向是不变的,因而电刷两端得到的电势极性不变,为直流电势。 2. 如果图 2 - 1 中的电枢反时针方向旋转,试问元件电势的方向和A、 B电刷的极性如何? 答:在图示瞬时,N极下导体ab中电势的方向由b指向a,S 极下导体cd中电势由d指向c。电刷A通过换向片与线圈的a端相接触,电刷B与线圈的d端相接触,故此时A电刷为正,B电刷为负。 当电枢转过180°以后,导体cd处于N极下,导体ab 处于S极下,这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相

反,于是线圈电势的方向也变为由a到d,此时d为正,a为负,仍然是A刷为正,B刷为负。 4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值? 答:转速越高,负载电阻越小,电枢电流越大,电枢反应的去磁作用越强,磁通被削弱得越多,输出特性偏离直线越远,线性误差越大,为了减少电枢反应对输出特性的影响,直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速,负载电阻不能低于最小负载电阻值,以保证线性误差在限度的范围内。而且换向周期与转速成反比,电机转速越高,元件的换向周期越短;eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。基于上述分析,eL必正比转速的平方,即eL∝n2。同样可以证明ea∝n2。因此,换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比,使输出特性呈现非线性。所以,直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。为了改善线性度,采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用,即规定了最高工作转速。 第三章 1. 直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定? 答;直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本身的内阻,而且还取决于与转速成正比的反电势(当?=常数时)

自动控制元件及线路试题及答案

自动控制元件 一.(20分) 1. 1台永磁直流力矩电机,反电势系数),rad/s V/( 2=e K 摩擦转矩m N 2.0?=f T ,转动惯量3104-?=J kg ?m 2,电感02.0=a L H 。连续堵转时电流A 51=I ,电压V 201=U 。 (1)求机电时间常数m τ,电磁时间常数e τ,连续堵转的电磁转矩1T 。 答案:33e 1410s 510s 10N m m T ττ--=?=?=?,, (2)电枢电压2U =25V ,求起动时的输出转矩20T 和此电压对应的空载转速20ω。 答案:202012.3N m 12.3rad/s T ω=?=, (3)电机转速rad/s 103=ω,电磁转矩m N 23?=T 时,求电枢电压3U 和输出 转矩30T 。 答案:33024V 1.8N m U T ==?, (4)写出该电机的传递函数)(/)(s U s a Ω。 答案: (4) 2()0.50.5()(0.041)(0.0051)0.000020.041 a s U s s s s s Ω=≈++++ 2.输入信号是电枢电压a u ,输出信号是电机转角θ。绘出直流电动机动态框图,标出)(s I a ,),(),(s T s E em a 及扰动力矩)(s T c 。 答案: 3.绘出直流电动机电枢控制的调节特性和机械特性曲线,标出始动电压、理想空载转速和堵转转矩,标出电动机、发电机和反接制动状态。 答案:

4.直流电动机的主要优点和缺点是什么? . 优点:力矩大,控制容易。 缺点:有机械换向器,有火花,摩擦大,维护较复杂,价高,结构复杂。 5.电机铁心多用硅钢片叠压而成。采用片状材料的目的是什么? 5.减小涡流损耗。 6.性能优良的永磁直流力矩电动机现在一般采用什么永磁材料? 6.钕铁硼。 7.与直流伺服电动机相比,直流力矩电动机的e K 、t K 有什么特点?电枢的几何形状有什么特点? 7.e t K K 、大,电枢扁平状。 二.(20分) 1.异步电动机等效电路图中s s r -1' 2上的热损耗表示什么? 答案.电机一相绕组产生的机械功率。 2.简述两相对称绕组产生椭圆形旋转磁场的条件。 答案.两相电流相位差:090θ<< 两相电压相位差90o,幅值不等。 3画出两相电机幅相控制时的电路图。 4.绘出圆形旋转磁场时异步电 动机的两条典型机械特性曲线(转子电阻大和小)。 5.推导两相伺服电动机传递函数)(/)()(s U s s G Ω=,并说明其 中的参数与静态特性曲线的关系。 答案: d (,)d T J U T t ωωω==?,

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:

最新过程控制练习题(带答案)

练习题 一、填空题1.定比值控制系统包括:(开环比值控制系统)、(单闭环比值控制系统)和(双闭环比值控制系统)。 2.控制阀的开闭形式有(气开)和(气关)。3.对于对象容量滞后大和干扰较多时,可引入辅助变量构成(串级)控制系统,使等效对 象时间常数(减少),提高串级控制系统的工作频率。 4.测量滞后包括测量环节的(容量滞后)和信号测量过程的(纯滞后)。5.锅炉汽包水位常用控制方案为:(单冲量水位控制系统)、(双冲量控制系统)、(三冲量控制系统)。 6.泵可分为(容积式)和(离心式)两类,其控制方案主要有:(出口直接节流)、(调节泵的转速)、(调节旁路流量)。 7.精馏塔的控制目标是,在保证产品质量合格的前提下,使塔的总收益最大或总成本最小。具体对一个精馏塔来说,需从四个方面考虑,设置必要的控制系统,分别是:物料平衡控制、(能量平衡控制)、(约束条件控制)和(质量控制)。 1.前馈控制系统的主要结构形式包括:单纯的前馈控制系统、(前馈反馈控制系统)和(多变量前馈控制系统)。 2.反馈控制系统是具有被控变量负反馈的闭环回路,它是按着(偏差)进行控制的;前馈控制系统是按(扰动)进行的开环控制系统。 3.选择性控制系统的类型包括:(开关型)、(连续型)和(混合型)。 4.常用控制阀的特性为(线性)、(快开)、(对数)、和(抛物线)特性。 5.阀位控制系统就是在综合考虑操纵变量的(快速性)、(经济性)、(合理性)、和(有效性)基础上发展起来的一种控制系统。 6.压缩机的控制方案主要有:(调速)、(旁路)和节流。 7.化学反应器在石油、化工生产中占有很重要的地位,对它的控制一般有四个方面,分别是:物料平衡控制、(能量平衡控制)、(质量控制)和(约束条件控制)。 二、简答题1.说明生产过程中软保护措施与硬保护措施的区别。 答:所谓生产的软保护措施,就是当生产短期内处于不正常情况时,无须像硬保护措施那样硬性使设备停车,而是通过一个特定设计的自动选择性控制系统,以适当改变控制方式来达到自动保护生产的目的。这样就可以减少由于停车而带来的巨大经济损失。而硬保护措施将使得生产设备停车。 2.前馈控制主要应用在什么场合?答:前馈控制主要用于下列场合: (1)干扰幅值大而频繁,对被控变量影响剧烈,单纯反馈控制达不到要求时;(2)主要干扰是可测不可控的变量; (3)对象的控制通道滞后大,反馈控制不及时,控制质量差时,可采用前馈一反馈控制系统,以提高控制质量。 3.怎样选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律? 答:串级控制系统的目的是为了高精度地稳定主变量,对主变量要求较高,一般不允许有余差,所以主控制器一般选择比例积分控制规律,当对象滞后较大时,也可引入适当的微分作用。 串级控制系统中对副变量的要求不严。在控制过程中,副变量是不断跟随主控制器的输出变化而变化的,所以副控制器一般采用比例控制规律就行了,必要时引入适当的积分作用,而微分作用一般是不需要的。

控制工程基础习题答案(1章)

第一章 1.试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。 开环控制系统具有一些特点,如系统结构比较简单、成本低、响应速度快、工作稳定,但是,当系统输出量有了误差无法自动调整。因此,如果系统的干扰因素和元件特性变化不大,或可预先估计其变化范围并可预先加以补偿时,采用开环控制系统具有一定的优越性,并能达到相当高的精度。 闭环控制系统的优点是,当系统的元件特性发生变化或出现干扰因素时,引起的输出量的误差可以自动的进行纠正,其控制精度较高。但由于控制系统中总有贮能元件存在,或在传动装置中存在摩擦、间隙等非线性因素的影响,如果参数选择不适当将会引起闭环控制系统振荡,甚至不能工作。因此,控制精度和稳定性之间的矛盾,必须通过合理选择系统参数来解决。另外,一般说来,闭环控制系统的结构复杂,相对于开环系统成本高。 2.试列举几个日常生活中的开环和闭环控制系统,并说明它们的工作原理。

3.图1-15所示是水箱液位控制系统。试说明其工作原理,找出输入量、输出量、扰动量及被控对象,并绘制出职能方框图。 图1-15 解: 图1-15所示是水箱液位控制系统,控制目的是保证液面高度不变。当出水截门打开时,水箱水位下降,通过浮子反馈实际液面高度,并与希望的液面高度比较,得出液面偏差,经过杠杆使阀门(锥塞)开大,液面上升;达到控制水位后,阀门关闭,从而保持液面高度不变。这是一个具有负反馈的闭环控制系统。 输入量(控制量):希望的液面高度 输出量(被控制量):实际液面高度 扰动量:流量的变化(出水截门打开导致的流量的变化) 被控对象:水箱

4. 图1-16所示是仓库大门垂直移动开闭的自动控制系统原理示意 图。试说明系统自动控制大门开闭的工作原理。 解: 当合上开门开关时,电位器桥式测量电路产生偏差电压,经放大器放大后,驱动伺服电动机带动绞盘转动,使大门向上提起。与此同时,与大门连在一起的电位器点刷上移,直到桥式测量电路达到平衡,电动机停止转动,开门开关自动断开。反之,当合上关门开关时,伺服电动机反向转动,带动绞盘使大门关闭。从而实现了远距离自动控制大门开闭的要求。 图1-16 题4图仓库大门垂直移动开闭的自动控制系统职能方框图

自动控制元件部分课后题答案

自动控制元件 部分课后题答案 第一章 直流伺服电动机 1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定? 答:a :由T em =C m ΦI a 知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。 b :由T em =T 0 +T 2 =CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)大小 决定。 1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时,控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化?为什么? 答:a :电磁转矩T em =T 0 +T 2可见电磁转矩也不变。由T em =C m ΦI a 知控制电流 I a 也不变 b :KeKt RaTem Ke Ua n -=知T em 不变可见U a 转速升高理想空载转速变大导致转速n 升高。 1-3已知一台直流电动机,其电枢额定电压Ua=110V ,额定运行时电枢电流Ia=0.4A ,转速n=3600rpm ,它的电枢电阻Ra=50欧姆,负载阻转矩To=15mN.m 。试问该电动机额定负载转矩是多少? 答:Ea= Ua- IaRa=110-0.4×50=90V Ea=Ce Φn, Ce=0.105Cm Cm Φ=0.2383600 0.10590n 105.0=?=?Ea T em =T 0 +T 2=CmΦIa→T 2=CmΦIa -T 0 =0.40.238=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时,如将负载转矩减少,试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化?并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。 答:磁转矩T em =T 0 +T 2可见T 2 ↓电磁转矩也↓。由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓

自动控制元件离线作业-答案

浙江大学远程教育学院 《自动控制元件》课程作业 姓名: 陈阳阳 学 号: 712030202013 年级: 12秋电气工程及其自动化 学习中心: 合肥学习中心 第一章 直流伺服电动机 1-1直流伺服电动机的电磁转矩和控制电流由什么决定? 答:1. 由T em =C m ΦI a 可知电磁转矩由每极磁通量和绕组电流大小决定。 2. 由T em =T 0 +T 2 =CmΦIa 控制电流由负载转矩(T 2)和空载转矩(T 0)决定。 1-2当直流伺服电动机的负载转矩恒定不变时,控制电压升高将使稳态的电磁转矩、控制电流、转速发生怎样的变化?为什么? 答:1. 电磁转矩T em =T 0 +T 2可见电磁转矩不变; 由T em =C m ΦI a 知控制电流I a 也不变; 2. KeKt RaTem Ke Ua n -=可见U a 升高使得理想空载转速变大导致转速n 升高。 1-3已知一台直流电动机,其电枢额定电压Ua=110V ,额定运行时电枢电流Ia=0.4A ,转速n=3600rpm ,它的电枢电阻Ra=50欧姆,负载阻转矩To=15mN.m 。试问该电动机额定负载转矩是多少? 答:Ea= Ua- IaRa=110-0.4×50=90V Ea=Ce Φn, Ce=0.105Cm 所以Cm Φ=90/0.105/3600= 0.238; T em =T 0 +T 2=CmΦIa , 所以T 2=CmΦIa -T 0 =0.4*0.238 – 15*10-3=0.0952-15×10-3=80.2mN.m 1-6当直流伺服电动机电枢电压、励磁电压不变时,如将负载转矩减少,试问此时电动机的电枢电流、电磁转矩、转速将怎样变化?并说明由原来的状态到新的稳态的物理过程。 答:电磁转矩T em =T 0 +T 2可见T 2 ↓电磁转矩也↓; 由T em =C m ΦI a 知控制电流I a ↓;

过程控制 李文涛 课后习题答案

不知道谁弄的 和我们要求的课后作业相似度很大,值得参考,另外答案准确度应该还行。 (1)最大偏差A —被控变量偏离给定值的最大数值 (给定值为800) A=843-800=43 C 超调量B —第一个波峰值与新稳定值之差 B=843-808=35 C 衰减比B1:B2 — 相邻两个波峰值之比 ( 843-808)/(815-808)=5 余差值 被控变量的新稳定值与给定值之偏差C=808-800=8 C 振荡周期 过渡过程同向两个波峰间间隔时间为周期T=20-5=15min 工艺规定的操作温度为800±9)C ,表示给定值为800C ,余差为9C ,由(1)得出的最大偏差A=43C <50C ,余差 C=8C <9C ,所以该系统满足要求。 (1 ) (2)由图可知: ,22030250,30s T s 10%)10*196/()0196(/)]0()([ x y y k (阶跃扰动为稳态值的10%,即k=10) (P36)计算法:阶跃响应表达式 )(/)()(0 y t y t y )(0) (10)2()( t t e t T t y ()

选取t1=140s,t2=250s 对应 )2(),1(0 t t h h ,其中t2>t1> 由式()可得 e h T t t )21(0 1)1( , e h T t t )22(0 1)2( 取自然对数并联立求解,得)] 2(1ln[)]1(1ln[1 200t t t t T h h ; ( )] 2(1ln[)]1(1ln[)]2(1ln[1)]1(1ln[20000t t t t t t h h h h 为计算方便,选取 632.0)2(,39.0)1(0 t t h h 代入式()和()则 T=2(t2-t1)=s 220)140250(2 ; s t t 302501402212 ; 10%)10*196/()0196(/)]0()([ x y y k 。 (1)影响物料出口温度的主要因素有:蒸汽压力、流量,冷物料温度、压力、流量。 (2)被控参数选热物料的出口温度,因为它直接决定着产品的质量;调节参数选蒸汽流量,因为它可以控制。 (3)从工艺安全和经济性的角度考虑,应该保证在系统发生故障时,调节阀处于闭合状态,避免因换热器温度过高而发生损坏和不必要的浪费。所以选择气开式。 (4) 被控参数为热物料的出口温度,因此调节规律选择PID 。温度变送器Km 为"+";调节阀为气开,即Kv 为"+";对于被控对象,当阀门开度增大时,热物料的出口温度升高,即K0为"+"。由于组成系统的各个环节的静态系数相乘为"+",所以调节器的Kp 为"+",即为反作用。 (5) 大修后变送器的量程由500℃变为300-200=100℃,变送器的放大倍数将发生变化,从而导致广义对象特性放大倍数发生变化: 032.005004 200 K ,00516.0200 300420'K K 系统的过渡过程将会发生变化,系统可能不稳定,此时,应该减小PID 调节器的比例放大系数,使p p K K 5 1 ' ,以保

控制工程2习题解答

题目已知f t =0.5t ,则其Lftl-【】 答案:C 题目 函数f (t )的拉氏变换L[f(t)]= _________________ 分析与提示:拉氏变换定义式。 答案: 'f (t )e'tdt 题目:函数f t =e^的拉氏变换 L[f(t)]= ________________ 分析与提示:拉氏变换定义式可得,且 f(t)为基本函数。 1 答案:^^ s +a 题目:若 f(t) =t 2e^t ,则 L[f (t)H 【 】 2 (S 2)3 分析与提示:拉氏变换定义式可得,即常用函数的拉氏变换对, L[f(t)] 3 (S 2)3 答案:B 题目:拉氏变换存在条件是,原函数 f(t)必须满足 _________________ 条件。 分析与提示:拉氏变换存在条件是,原函数 f(t)必须满足狄里赫利条件。 答案:狄里赫利 题目:已知f t =0.5t 1 ,则其L Ifd =【】 2 2 A. S 0.5S B. 0.5S 2 A. S 0.5s B. 0.5s 2 C. 1 2S 2 D. 分析与提示:由拉氏变换的定义计算,可得 1 2S 1 Llf d = 0.5 2 S A. C. 2 S -2 D. 2 (S - 2)3

J 1 J 若 FS=——,则 f 0 )=()。 s + a 1 1 f (t) = lim S lim 1 T s+a ι% 丄 a 1 + S 答案: 1 此为基本函数,拉氏变换为 —2。 S 题目: 函数 f t =t 的拉氏变换L[f(t)]= C. 2S 2 S D. 1 2s 分析与提示:由拉氏变换的定义计算, 这是两个基本信号的和, 由拉氏变换的线性性质, 1 1 Llfd= 0.5 2 S S 其拉氏变换为两个信号拉氏变换的和。 答案:C 4s +1 题目:若 F S A -2—,则 Iim f t )=( S +s t -?? )。 A. 1 C. ∞ B. 4 D. 0 分析与提示: 根据拉氏变换的终值定理 f (::) = lim f (t) = lim SF(S)。即 有 S )0 ! im f (t)τs m o 答案:B s*4 S S 题目:函数f t =e& cos 的拉氏变换L[f(t)]= 分析与提示: 基本函数cos t 的拉氏变换为 S 7 2,由拉氏变换的平移性质可知 S ■ ■ ■ L l -f t I- s +a s ? a 2 ‘2 答案: (s +a f +ω2 题目: 分析与提示: 根据拉氏变换的初值定理 f(0) =Iim f (t) = Iim SF(S)。即有 t 「0 S ]:: f(0) =Iim tτ 分析与提示:

控制工程基础C作业2017答案S

《控制工程基础C》作业和解答 第一章自动控制概论 1-1 解: u(表征液位的希被控对象:水箱。被控量:水箱的实际水位c。给定量:电位器设定点位 r c)。比较元件:电位器。执行元件:电动机。控制任务:保持水箱液面高度不变。 望值 r u)时,电动机静止不动,控制阀门有一定的开工作原理:当电位器电刷位于中点(对应 r c。一旦流入水量或流出水量发度,流入水量与流出水量相等,从而使液面保持给定高度 r c。 生变化,液面高度就会偏离给定高度 r 例如:当液面升高时,浮子也相应升高,通过杠杆作用,是电位器电刷由中点位置下移,从而给电动机提供一定的控制电压,驱动电动机,通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动,从而减少流入的水量,使液面逐渐降低,浮子位置也相应下降,直到电位器电刷回到 c。 中点位置,电动机的控制电压为零,系统重新处于平衡状态,液面恢复给定高度 r 反之,若液面降低,则通过自动控制作用,增大进水阀门开度,加大流入水量,使液面升高c。系统方块图如图所示 到给定高度 r

在上图中,比较环节:电位器(电位比较);控制器:电位器(比例控制器);被控对象:电动机、减速器、控制阀、水箱(输出水位);检测变换:浮子连杆、电位器(位移—>电位)1-2 解: 被控对象:电炉。被控量:炉温。给定量:电位计的给定电压。放大元件:电压放大器和功率放大器。执行机构:电动机和减速器。测量元件:热电偶。 工作原理:热电偶将温度信号转换为电信号,反映炉温,其输出电势与给定电信号之差为偏差信号。偏差信号经电压放大和功率放大后,带动电机旋转,并经减速器使自耦调压器的活动触点移动,从而改变加在电阻丝两端的电压。当炉温达到预定值时,热电偶感应的电压值与电位计输出电压大小相同,相互抵消,放大器零输出,电机不动,变压器输出电刷不动,电阻的端电压恒定,保持炉温等于希望值。当炉温偏离希望值时,放大器输入端的平衡会打破,其输出电压会驱动电机通过减速器调节变压器输出电刷位置,改变电阻丝的端电压,使炉温达到希望值。系统方块图如图所示

自动控制元件(第四版)习题答案

部分习题答案,仅供参考! 直流测速发电机 1.为什么直流发电机电枢绕组元件的电势是交变电势而电刷电势是直流电势? 答:电枢连续旋转,导体ab和cd轮流交替地切割N极和S极下的磁力线,因而ab和cd中的电势及线圈电势是交变的。 由于通过换向器的作用,无论线圈转到什么位置,电刷通过换向片只与处于一定极性下的导体相连接,如电刷A始终与处在N极下的导体相连接,而处在一定极性下的导体电势方向是不变的,因而电刷两端得到的电势极性不变,为直流电势。 2. 如果图2 - 1 中的电枢反时针方向旋转,试问元件电势的方向和 A、B电刷的极性如何? 答:在图示瞬时,N极下导体ab中电势的方向由b指向a,S极下导体cd中电势由d指向c。电刷A通过换向片与线圈的a端相接触,电刷B与线圈的d端相接触,故此时A电刷为正,B电刷为负。 当电枢转过180°以后,导体cd处于N极下,导体ab处于S极下,这时它们的电势与前一时刻大小相等方向相反,于是线圈电势的方向也变为由a到d,此时d为正,a为负,仍然是A刷为正,B刷为负。 4. 为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速? 负载电阻不能小于给定值?

答:转速越高,负载电阻越小,电枢电流越大,电枢反应的去磁作用越强,磁通被削弱得越多,输出特性偏离直线越远,线性误差越大,为了减少电枢反应对输出特性的影响,直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速,负载电阻不能低于最小负载电阻值,以保证线性误差在限度的范围内。而且换向周期与转速成反比,电机转速越高,元件的换向周期越短;eL正比于单位时间内换向元件电流的变化量。基于上述分析,eL必正比转速的平方,即eL∝n2。同样可以证明ea ∝n2。因此,换向元件的附加电流及延迟换向去磁磁通与n2成正比,使输出特性呈现非线性。所以,直流测速发电机的转速上限要受到延迟换向去磁效应的限制。为了改善线性度,采用限制转速的措施来削弱延迟换向去磁作用,即规定了最高工作转速。 第三章 1. 直流电动机的电磁转矩和电枢电流由什么决定? 答;直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本身的内阻,而且还取决于与转速成正比的反电势(当?=常数时) 根据转矩平衡方程式,当负载转矩不变时,电磁转矩不变;加上励磁电流If不变,磁通Φ不变,所以电枢电流Ia也不变,直流电动机的电磁转矩和电枢电流由直流电动机的总阻转矩决定。 3. 一台他励直流电动机,如果励磁电流和被拖动的负载转矩都不变,而仅仅提高电枢端电压,试问电枢电流、转速变化怎样? 答:当直流伺服电动机负载转矩、励磁电流不变时,仅将电枢电压

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