过程控制部分习题答案
过程控制课后习题-答案
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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。
过程控制作业答案
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）。
（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
原料
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
系统框图如下
扰百度文库扰动
出口温度设定
（2）燃料油压力扰动
原料
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
（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。
《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℃
(完整版)过程控制答案1
1-1试述热电偶的测温原理，工业上常用的测温热电偶有哪几种？什么热电偶的分度号？在什么情况下要使用补偿导线？
答：a、当两种不同的导体或半导体连接成闭合回路时，若两个接点温度不痛，回路中就会出现热电动势，并产生电流。
b、铂极其合金，镍铬-镍硅，镍铬-康铜，铜-康铜。
c、分度号是用来反应温度传感器在测量温度范围内温度变化为传感器电压或电阻值变化的标准数列。
d、在电路中引入一个随冷端温度变化的附加电动势时，自动补偿冷端温度变化，以保证测量精度，为了节约，作为热偶丝在低温区的替代品。
1-2热电阻测温有什么特点？为什么热电阻要用三线接法？
答：a、在-200到+500摄氏度范围内精度高，性能稳定可靠，不需要冷端温度补偿,测温范围比热电偶低，存在非线性。
b、连接导线为铜线，环境温度变化，则阻值变，若采用平衡电桥三线连接，连线R使桥路电阻变化相同，则桥路的输出不变，即确保检流计的输出为被测温度的输出。
1-3说明热电偶温度变送器的基本结构，工作原理以及实现冷端温度补偿的方法。在什么情况下要做零点迁移？
答：a、结构：其核心是一个直流低电平电压-电流变换器，大体上都可分为输入电路、放大电路及反馈电路三部分。
b、工作原理：应用温度传感器进行温度检测其温度传感器通常为热电阻，热敏电阻集成温度传感器、半导体温度传感器等，然后通过转换电路将温度传感器的信号转换为变准电流信号或标准电压信号。
c、由铜丝绕制的电阻Rcu安装在热电偶的冷端接线处，当冷端温度变化时，利用铜丝电阻随温度变化的特性，向热电偶补充一个有冷端温度决定的电动势作为补偿。桥路左臂由稳压电压电源Vz（约5v）和高电阻R1（约10K欧）建立的恒值电流I2流过铜电阻Rcu，在Rcu 上产生一个电压，此电压与热电动势Et串联相接。当温度补偿升高时，热电动势Et下降，但由于Rcu增值，在Rcu两端的电压增加，只要铜电阻的大小选择适当，便可得到满意的补偿。
过程控制部分习题答案分解
第一章思考题与习题
1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?
答：过程控制系统主要分为三类：
1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。
3
)
5．过程过渡时间ts：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％（根据系统要求）范围内所需要的时间。它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，t s越小，过渡过程进行得越快。
6．峰值时间tp: 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。称为峰值时间tp。它反映了系统响应的灵敏程度。
静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率）、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。
第二章思考题与习题
2－1如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求：
（1）列出过程的微分方程组；
（2）求过程的传递函数W0（S）＝H（S）/Q1（S）；
1
（3）过程的方框图：
2－2．如图所示：Q 1为过程的流入量，Q 2为流出流量，h 为液位高度，C 为容量系数，若以Q 1为过程的输入量，h 为输出量（被控量），设R 1、R 2为线性液阻，求过程的传递函数 W 0(S)＝H(S)/Q 1(S)。
2－5 某过程在阶跃扰动量Δu ＝20％，其液位过程阶跃响应数据见下表： （1） 画出液位h 的阶跃响应曲线
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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
过程控制课后习题答案
过程控制课后习题答案
过程控制是一门涉及工程领域的重要学科，它主要研究如何通过控制系统来实
现对工业过程的自动化控制。在学习过程控制的过程中，课后习题是巩固知识
和提高能力的重要途径。下面将为大家提供一些过程控制课后习题的答案，希
望能对大家的学习有所帮助。
1. 什么是过程控制系统？
答案：过程控制系统是指通过传感器采集过程变量的信息，经过控制器进行处理，再通过执行器对过程进行调节，从而实现对过程的自动化控制的一种系统。它由传感器、控制器和执行器组成。
2. 什么是反馈控制？
答案：反馈控制是一种常见的控制方式，它通过比较实际输出与期望输出之间
的差异，将差异信号作为反馈信号输入到控制器中，从而调整控制器的输出信号，使实际输出逐渐趋近于期望输出。
3. 什么是前馈控制？
答案：前馈控制是一种通过提前预测未来的扰动信号，并将其作为控制器的输
入信号进行补偿的控制方式。它可以在扰动进入系统之前对其进行抵消，从而
提高系统的稳定性和响应速度。
4. 什么是PID控制器？
答案：PID控制器是一种常用的控制器类型，它由比例控制、积分控制和微分
控制三个部分组成。比例控制根据误差的大小来调整输出信号，积分控制根据
误差的累积来调整输出信号，微分控制根据误差的变化率来调整输出信号。PID
控制器可以通过调节三个部分的参数来实现对系统的精确控制。
5. 什么是开环控制和闭环控制？
答案：开环控制是指控制器的输出信号不受系统状态的反馈影响，只根据输入
信号进行调节的一种控制方式。闭环控制是指控制器的输出信号受到系统状态
过程控制习题答案
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。随着δ减小，系统的稳定性下降。
过程控制作业答案
第一章 概述
1.1 过程控制系统由哪些根本单元构成？画出其根本框图。
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：反响控制快速性指标。
第二章 过程控制系统建模方法
习题2.10
某水槽如下图。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，那么有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：
232323123
()()()11R R R R H s K
G s R R Q s Ts F s R R +===+++
K=2323R R R R +, T=23
23
R R F R R +
第三章 过程控制系统设计
过程控制主要习题参考答案
第一章思考题与习题
1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体
并释放出热量。当电石加入时，内部温度上升，温度
检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控
制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调
节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：
被控过程：乙炔发生器
被控参数：乙炔发生器内温度
控制参数：冷水流量
1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?
答：过程控制系统主要分为三类：
1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。 2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？
答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。它是一个静态指标，对定值控制系统。希望余差越小越好。
2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第
过程与控制部分课后题答案
2什么是过程控制系统 试用方框图表示其一般组成;
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;
过程控制系统的一般性框图如图1-1所示： 图1-1 过程控制系统的一般性框图 3单元组合式仪表的统一信号是如何规定的 答：各个单元模块之间用统一的标准信号进行联络;
1模拟仪表的信号：气动 ~；电动Ⅲ型：4~20mADC 或1~5V DC; 2数字式仪表的信号：无统一标准; 4试将图1-2加热炉控制系统流程图用方框图表示; 答：加热炉控制系统流程图的方框图如图1-3所示：
图1-2 加热炉过程控制系统流程
5过程控制系统的单项性能指标有哪些各自是如何定义的
控制器
r(t)执行器
被控过程
检测变送装置
y(t)
_
f(t)
e(t)u(t)
q(t)
z(t)
TC
PC
给定值
阀
管道
加热炉
热油出口温
度
PT
燃油压力
_
TT
_
干扰2
干扰1AC
AT
燃油
PT
PC
TC
TT
引风机烟气
冷油入口
热油出口
火嘴
送风机
空气
1
100%()
y y σ=
⨯∞答：1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; 2各自定义为：衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 超调量σ：第一个波峰值
1
y 与最终稳态值y ∞之比的百分数：
最大动态偏差A ：在设定值阶跃响应中,系统过渡过程的第一个峰值超出稳态值的幅度；
静差,也称残余偏差C ： 过渡过程结束后,被控参数所达到的新稳态值y ∞与设定值之间的偏差C 称为残余偏差,简称残差； 调节时间s
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。
过程控制过程课后习题答案
过程控制过程课后习题答案
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。
过程控制主要习题参考答案
第一章思考题与习题
1－2 图1.6为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体
并释放出热量。当电石加入时，内部温度上升，温度
检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控
制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调
节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：
被控过程：乙炔发生器
被控参数：乙炔发生器内温度
控制参数：冷水流量
1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?
答：过程控制系统主要分为三类：
1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。 2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？
答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。它是一个静态指标，对定值控制系统。希望余差越小越好。
2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第
过程控制课后习题答案
T1.6
（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=8
C
<9C ，所以该系统满足要求。
T2.8 （1
）
（2）由图可知：
,22030250,30s T s =-==τ10%)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()(ττt t e t T t y
（1.1）
选取t1=140s,t2=250s 对应
)2(),1(0
t t h h ，其中t2>t1>τ
由式（1.1）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 ----=
； （1.2)
)]
2(1ln[)]1(1ln[)]2(1ln[1)]1(1ln[20000t t t t t t h h h h ----⋅--⋅=
过程控制部分习题答案-完整版
第一章思考题与习题
1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?
答：过程控制系统主要分为三类：
1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，
扰动是控制的依据。
由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定
在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？
答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)
与给定值c 之差。它是一个静态指标，对定值控制系统。希望余差越小越好。
2.
衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：
n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；
n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；
n ＞1,
系统是稳定的，若
n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。
衡量系统稳定性也可以用衰减率
φ
4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，
它衡量被控参数偏离给定值的程度。
5．过程过渡时间
ts ：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的
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第一章 思考题与习题
1－3 常用过程控制系统可分为哪几类? 答：过程控制系统主要分为三类：
1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。它是最常用、最基本的过程控制系统。 2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？
答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。它是一个静态指标，对定值控制系统。希望余差越小越好。
2. 衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第
一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：
n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。 衡量系统稳定性也可以用衰减率φ
4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。
5． 过程过渡时间：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％ （根据系统要求）范围内所需要的时间。它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，越小，过渡过程进行得越快。
6．峰值时间: 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。称为峰值时间。它反映了系统响应的灵敏程度。
静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率）、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。
B B
n '
=
B
B B '-=
ϕ
第二章 思考题与习题
2－1 如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h 为被控参数，C 为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求：
（1） 列出过程的微分方程组；
（2） 求过程的传递函数W 0（S ）＝H （S ）1（S ）； （3） 画出过程的方框图。
解：（1）根据动态物料平衡关系，流入量＝流出量：
过程的微分方程的增量形式：
中间变量：
消除中间变量：
同除 (R23) 得到：
令：
上式可写为：
（2）变换得到：
传递函数:
（3） 过程的方框图：
2－2．如图所示：Q 1为过程的流入量，Q 2为流出流量，h 为液位高度，C 为容量系数，若以Q 1为过程的输入量，h 为输出量（被控量），设R 1、R 2为线性液阻，求过程的传递函数
dt
dh )Q Q (Q 321=+-dt
h d C
)Q Q (Q 321∆∆∆∆=+-2
2R h
Q ∆∆=
3
3R h
Q ∆∆=
h )R R (dt
h
d R CR Q R R 233
2132∆∆∆++=h
dt
h
d R R R CR Q R R R R 323213232∆∆∆++=+3
23
2R R R R R +=
h dt
h
d CR
Q R 1∆∆∆+=)S (H )S (CRSH )S (RQ 1+=1
RCS R
)s (Q )s (H )s (W 10+=
=
W 0(S)＝H(S)1(S)。
解：根据动态物料平衡关系，流入量＝流出量：
过程的微分方程的增量形式：
中间变量：
传递函数：
如果考虑管道长度l ，即出现纯时延，由于管道流量恒定，所以l
Q =
τ
其传递函数为：
2－5 某过程在阶跃扰动量Δu ＝20％，其液位过程阶跃响应数据见下表：
10
20
40
60
80 10
140
180
260
300
400
500
0．2 0．8 2．0 3．6 5．4 8．8 11．8 14．4 16．6 18．4 19．2
（1） 画出液位h 的阶跃响应曲线 （2） 求液位过程的数学模型 解：方法一：图解法
dt
h
d C Q Q 2
1∆∆∆=-2
2R h Q ∆∆=h dt
h
d CR Q R 2
12∆∆∆+=)
S (H )S (SH CR )S (Q R 212+=1
S CR R )s (Q )
s (H )s (W 2210+=
=τ
S
2210e
1
S CR R )s (Q )
s (H )s (W -+==
由图可以看出：过程应该用一阶加延时系统。
1002
.020
x )0(y )(y K 00==-∞=
从图中得到：τ＝40s ， T ＝260－40＝220s
S 40S
00e 1
S 220100
e 1
TS K )s (W --+=
+=
τ
方法二：计算法：
在图中取y (t 1)＝0.33 y (∞) y (t 2)＝0.39y (∞) y (t 3)＝0.632 y(∞) y (t 4)＝0.7 y (∞) 得t 1＝125s t 2 ＝140s t 3 ＝225s t 4 ＝260s
s 150)t t (2T 231=-≈s 55t t 2321=-≈τ
s 1688.0t t T 142=-≈
s 572
t
t 3412=-≈τ 可见数据很接近，于是：
s 1592T T T 210=+=
s 562
2
10=+=τττ 过程数学模型：