过程控制工程课后习题参考答案-前三章

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《过程控制》课后习题答案

第一章思考题与习题

1.1 下列系统中哪些属于开环控制，哪些属于闭环控制？

①家用电冰箱②家用空调器③家用洗衣机④抽水马桶⑤普通车床⑥电饭煲⑦多速电风扇⑧高楼水箱⑨调光台灯

开环控制：③家用洗衣机⑤普通车床⑦多速电风扇⑨调光台灯

闭环控制：①家用电冰箱②家用空调器④抽水马桶⑥电饭煲⑧高楼水箱

1.2 图1-14所示为一压力自动控制系统，试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么？画出该系统的框图。

图1-14 压力自动控制系统图1-15 加热炉温度自动控制系统被控对象：容器P

被控变量：罐内压力

操纵变量：物料输入流量

扰动变量：出口流量

系统框图如下：

1.3 图1-15所示是一加热炉温度自动控制系统，试分析该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量和扰动变量是什么？画出该系统的框图。

被控对象：加热炉

被控变量：炉内温度

操纵变量：燃料流量

扰动变量：进料量

系统框图如下：

1.4 按设定值的不同情况，过程控制系统分为哪几类？

过程控制系统分为三类：定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

1.5 什么是过程控制系统的过渡过程？有哪几种基本形式？

过程控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程称为过程控制系统的过渡过程。控制系统过渡过程有五种基本形式：发散振荡、单调发散、等幅振荡、衰减振荡和单调衰减。

1.6 某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如图1-16所示。试分别求出最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和调整时间（设定值为200℃）。

图1-16 题1.6图

最大偏差：30℃

余差：5℃

过程控制技术课后作业答案详解

过程控制与自动化仪表课后作业详解

第一章 P15

2-1. （1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。

Q 2

Q A

图1-6 控制系统流程图

答：

1）图为液位控制系统，由储水箱（被控过程）、液位检测器（测量变送器）、液位控制器、调节阀组成的反馈控制系统，为了达到对水箱液位进行控制的目的，对液位进行检测，经过液位控制器来控制调节阀，从而调节Q 1（流量）来实现液位控制的作用。

2）框图如图1-7所示：

控控控LC

控控控

控控控控

控控控控LT

2()

Q t ()

1Q t ()

r t ()

e t ()

u t h

图1-7 控制系统框图

3）控制器输入输出分别为：设定值与反馈值之差e (t )、控制量u (t )；执行器输入输出分别为：控制量u (t )、操作变量Q 1 (t ) ；被控对象的输入输出为：操作变量Q 1 (t ) 、扰动量Q 2 (t ) ，被控量h ；所用仪表为：控制器（例如PID 控制器）、调节阀、液位测量变送器。

2-3某化学反应过程规定操作温度为800℃，最大超调量小于或等于5％，要求设计的定值控制系统，在设定值作最大阶跃干扰时的过渡过程曲线如图所示。要求：

1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间； 2）说明该系统是否满足工艺要求。答：

1）稳态误差：e(∞)=810-800=10

衰减比：n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量：σ=(850-810)/810=4.9%

过程控制课后习题答案解析

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第1章自动控制系统基本概念

~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成？

解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

题1-5图加热器控制流程图

解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；

TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；

FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

~~~~~ 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？

解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；

控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。

~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？

解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。

被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。

给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。

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图书目录：编辑前言.第一章绪论第一节过程控制发展概况第二节过程控制的特点第三节过程控制系统的组成及其分类第四节“过程控制工程”课程的性质和任务思考题与习题第二章过程建模和过程检测控制仪表第一节过程

建模第二节过程变量检测及变送第三节过程控制仪表第四节其它数字式过程控制装置思考题与习题第三章简单过程控制系统--单回路控制系统的工程设计第一节过程控制系统工程设计概述第二节控制方案设计第三节检测

过程控制工程第2版简介

课程内容主要包括过程动态测试和建模、控制器的参数整定、单回路控制系统、复杂控制系统、先进控制系统以及典型的工业过程控制系统。

孙洪程版过程控制课后答案

第一章思考题及习题

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?

答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)U(s)对被控参数Y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，即广义对象上的控制通道)。同理，干扰通道就是干扰作用F(s)对被控参数Y(s)的影响通路。干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。

控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示

1.2如何选择控制变量?

答：① 所选控制变量必须是可控的。

② 所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数。

③ 所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小。

④ 所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。

⑤ 所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。

⑥ 在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量

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?

答：当G c(s)=K c时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比例放大倍数成反比，也就是与比例度δ成正比，即比例度越大，余差也就越大。

K c增大、δ减小，控制精度提高(余差减小)，但是系统的稳定性下降。

1.4 4：1衰减曲线法整定控制器参数的要点是什么?

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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？

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过程控制与自动化仪表课后作业详解

第一章 P15

2-1. （1）简述图1-6所示系统的工作原理，画出控制系统的方框图并写明每一方框图的输入/输出变量名称和所用仪表的名称。

Q 2

Q A

图1-6 控制系统流程图

答：

2）框图如图1-7所示：

控控控LC

控控控

控控控控

控控控控LT

2()

Q t ()

1Q t ()

r t ()

e t ()

u t h

图1-7 控制系统框图

1）计算该系统的稳态误差、衰减比、最大超调量和过渡过程时间； 2）说明该系统是否满足工艺要求。答：

1）稳态误差：e(∞)=810-800=10

衰减比：n=B 1/B 2=(850-810)/(820-810)=4 最大超调量：σ=(850-810)/810=4.9%

过程控制习题与答案

过程控制习题与答案(总10页)

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第1章绪论思考题与习题

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：控制器，被控对象，执行机构，检测变送装置。

1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）量、设定（给定）值和偏差的含义

解答：

被控对象自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。

被控变量被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。

操纵变量受控制器操纵的，用以克服扰动的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。

扰动量除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。

设定值被控变量的预定值。

偏差被控变量的设定值与实际值之差。

1-4按照设定值的不同形式, 过程控制系统可分为哪几类

解答：

按照设定值的不同形式又可分为:

1．定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统.定值控制系统的作用是克服扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其附近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言.

2.随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的.随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟踪设定值的变化而变化

过程控制课后习题答案及解析

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第1章自动控制系统基本概念

~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成？

题1-5图加热器控制流程图

解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；

TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；

FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

~~~~~ 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？

解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；

~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？

解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。

被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。

给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。

过程控制课后习题答案

第1章自动控制系统基本概念

~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成？

题1-5图加热器控制流程图

解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；

TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；

FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

~~~~~ 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？

解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；

~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？

解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。

被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。

给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。

过程控制复习要点和习题答案(3,4)

第三章调节器
1．掌握P、PI、PD，PID调节的特点，各调节规律定义公式,其阶跃响应。积分时间的大小相应的积分作用怎样？微分时间的大小其作用怎样？比例度如何求取？
2．无扰动切换是指什么？
3．了解微分先行的PID算法主要用于解决什么问题？对什么有微分作用？
4．了解比例先行的PID算法有什么特点？
5．掌握PID微分方程及差分方程?
解：ā=1/Kc=100％=〉Kc=1
△U（t)=Kc（e(t）+1/Ti∫e(t)dt)
=e（t)+1/Ti∫e(t）dt
=1+0。5∫1dt
=1+0。5×4=3mA
则4min后调节器的输出为9mA
（5)什么叫无平衡无扰动切换？全刻度指示调节器是这样保证由自动到软手动，由软手动到硬手动，再由硬手动到软手动，由软手动到自动之间的无扰动切换的？
52。6
65。2
75。8
84.5
91。3
96。13
99。03
100
调节阀的相对开度（l/L）（％）和相对流量(Q/Qmax）（%)（R=30）
解:
直线流量特性:
相对开度在10％，50%，80％各变化10％的相对流量变化量为74.6%，18.6％，12％
对数流量特性：
相对开度在10％,50%，80%各变化10%的相对流量变化量为41％，40%，40％

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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。

过程控制课后习题答案与解析

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第1 章自动控制系统基本概念

~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成？

解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。

~~ 1-5 题1-5 图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307 、TRC-303 、

FRC-305 所代表的意义。

题1-5 图加热器控制流程图

解PI-307 表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；

TRC-303 表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；

FRC-305 表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

~~~~~ 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？

解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信

号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；

控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得

出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改

变操纵变量的大小。

~~~1-8 ．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？

解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设

备或机器。

被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来

称呼，如温度控制系统，压力制系统等。

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τ0。

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？

过程控制过程课后习题答案

在学习过程控制过程时，课后习题是巩固知识和提高理解能力的重要方式。然而，有时候我们可能会遇到一些难题，无法得到准确的答案。下面，我将为大家提供一些关于过程控制过程课后习题的答案，希望对大家的学习有所帮助。

1. 什么是过程控制过程？

过程控制过程是指通过监控和调整生产过程中的参数和变量，以实现产品质量和生产效率的控制。它包括了传感器、控制器和执行器等设备，以及相应的控制算法和策略。

2. 过程控制过程的主要目标是什么？

过程控制过程的主要目标是实现稳定的生产过程，以确保产品质量的一致性和生产效率的提高。它可以通过监测关键参数和变量，并根据实时的反馈信息进行调整来实现这一目标。

3. 过程控制过程中常用的传感器有哪些？

常用的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、液位传感器等。它们可以将物理量转换为电信号，并传输给控制器进行处理。

4. 过程控制过程中常用的控制器有哪些？

常用的控制器包括比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器等。它们根据传感器反馈的信号和设定的控制策略，对执行器进行控制，以实现对过程的调节。

5. 什么是反馈控制？

反馈控制是指根据系统的实际输出与期望输出之间的差异，通过调整控制器的

输出信号来实现对过程的控制。它可以实时地对过程进行修正，以达到期望的控制效果。

6. 什么是前馈控制？

前馈控制是指根据预先设定的输入信号，通过控制器直接对执行器进行调节，以实现对过程的控制。它可以提前预测系统的响应，并进行相应的调整，以减小系统的误差。

过程控制课后习题答案解析

第1章自动控制系统基本概念

~~1-3 自动控制系统主要由哪些环节组成

解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。

~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

题1-5图加热器控制流程图

解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；

TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；

FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

~~~~~ 1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；

~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。

被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。

给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。