中文版教材习题一参考答案 浙江大学控制学院

中文版教材习题一参考答案

1-1 精确的光信号源可以将功率输出精度控制在1%以内。激光器由输入电流控制并产生输

出功率，作用在激光器上的输入电流由一个微处理器控制，微处理器将期望的功率值与传感器测得的激光器的输出功率值作比较。这个闭环控制系统的框图如图1-12所示。试指明该系统的输出变量、输入变量、被测变量和控制变量。

1-1 参考答案 输出变量、输入变量、被测变量和控制变量分别是：

输出功率、期望功率、输出功率和电流。

1-2 画出由驾驶员驾驶汽车时的汽车速度控制系统的框图。如果采用目前很多车辆上已经安

装了的速度保持控制系统(只要按下按钮，它就会自动地保持一个设定的速度。由此，司机驾车就可以限定的速度或较为经济的速度行驶，而不需要经常查看速度表，也不需要长时间控制油门)。试画出汽车速度保持控制系统的反馈控制系统框图。

1-2 参考答案 （1）由驾驶员驾驶汽车时的汽车速度控制系统的框图如图所示。 （2）汽车速度保持控制系统的反馈控制系统框图如下图示。

＋ 电流i (t ) 输出功率 期望功率

图1-12 信号光源的部分框图 微处理器 激光器

传感器 偏差 输出功率检测值

传感器

过程 执行机构 习题一1-2（

2）汽车速度控制系统组成方块

驾驶机构

控制器

测速仪

偏差

＋ 汽车

实际速度

测得的汽车速度

习题一1-2（1）汽车驾驶员速度控制系统组成方块图

驾驶机构

驾驶员

驾驶员的视觉+速度表

偏差 汽车

实际行车速度

1-5 图1-13是水槽液位系统的两种不同控制方案

（1）分别画出两个控制系统的方块图；

（2）分别指出两个控制系统的被控对象、被控变量和操纵(或称控制)变量；

（3）结合这两个系统的方块图，说明方块图中的信号流与工艺流程中的物料流。

1-5

LT

LC

h1

Q0

Q in

图1-13水槽的液位控制

h1

Q0

Q in

LC

LT

实际液位

给定液位h1

习题一1-5（1）方案一图液位自动控制系统原理方框图

液位控制器LC 水槽

调节阀

液位测量LT

实际液位h

出口流量Q0

入口流量Q in（作为干扰量）

实际液位h

给定液位h1

习题一1-5（1）方案二图液位自动控制系统原理方框图

液位控制器LC 水槽

调节阀

液位测量LT

实际液位h

入口流量Q in

出口流量Q0（作为干扰量）

（2）两个方案的被控对象均为水槽，被控变量均为液位。不同之处在于：方案一的控制（操纵）变量是水的出口流量，但从控制系统的信号关系来说，它是影响液位变化的因素；由于信号线是指向水槽对象，所以在此方案中，物料流的指向不同于信号流的方向。方案二的控制（操纵）变量是水的入口流量，从控制系统的信号关系来说，入口流量是影响液位变化的因素；物料流的指向与信号流的方向相同。

（3）略。

1-6 在石油化工生产过程中，常常利用液态丙烯汽化吸收裂解气体的热量，使裂解气体的温

度下降到规定的数值上。图1-14是一个简化的丙烯冷却器温度控制系统。被冷却的物料是乙烯裂解气，其温度要求控制在(15±1.5)︒C 。如果太高，冷却后的气体会包含过多的水分，对生产造成有害影响；如果温度太低，乙烯裂解气会产生结晶析出，堵塞管道。 （1） 指出该系统的被控对象、被控变量、操纵变量各是什么？设定值是多少？ （2） 画出该系统的方块图。 （3） 可能的扰动有哪些？ （4） 该系统是属于定值还是随动控制系统？为什么？

1-6 参考答案

（1）该系统的被控对象、被控变量、操纵变量分别是丙烯冷却器、乙烯裂解气的温度、液

态丙烯。设定值为15︒C 。 （2）系统方块图略。

（3）可能的扰动有：液态丙烯的温度与流量、环境的温度、乙烯裂解气的温度与流量等。 （4）该系统属于定值控制系统，因为温度要求控制在(15±1.5)︒C 。

1-7 图1-15为水温控制系统示意图。

冷水在热交换器中由通入管道的蒸汽加热，从而得到具有一定温度的热水。冷水流量变化用流量计测量。试绘制系统方块图，并说明为了保持热水温度维持在期望值，系统是如何工作的？系统的被控对象和控制装置各是什么？

图1-15

乙烯裂解气

气态丙烯 TC TT 液态丙烯 丙烯冷却器 图1-14 丙烯冷却器温度控制系统示意图

经冷却后的乙烯裂解气 冷凝水

1-7 参考答案（1）系统方块图如下。

（2）略

（3）系统的被控对象是热交换器，被控变量是热水温度；控制装置是蒸汽调节阀。

1-8 图1-16为谷物的湿度控制系统示意

图。在谷物磨粉的生产过程中，有一个出粉最多的湿度值。因此，磨粉之前要给谷物加水以得到合适的给定湿度。图中，谷物用传送装置按一定流量通过加水处，加水量由自动阀门控制。加水过程中，谷物流量、加水前谷物湿度以及水压都是对谷物湿度控制的扰动作用。为了提高控制精度，系统中采用了谷物湿度的前馈控制，试画出系统方块图。

1-8 参考答案 系统图中的传送装置为被控对象，输出谷物湿度为被控变量，期望的谷物湿度为给定值。系统的方块图如图所示。这是一个按干扰补偿的复合控制系统。

1-9 反馈系统不一定都是负反馈的。以物价持续上涨为标志的经济膨胀就是一个正反馈系统。

该正反馈系统如图1-17所示。它将反馈信号与输入信号相加，并将合成的信号作为过程的输入。这是一个以价格、工资描述通货的简单模型。增加其他的反馈回路，比如立法控制或税率控制，可以使该系统稳定。如果工人工资有所增加，经过一段时间的延迟

图1-16 冷凝水 实际热水温度 给定热水温度

习题一1-7 水温自动控制系统原理方框图 温度控制器

蒸汽调节阀 热交换器 温度检测 流量检测

温度反馈控制

温度的冷水流量前馈控制 冷水 输出谷物湿度 期望湿度

习题一1-8 谷物湿度复合控制系统原理方块图 控制器 调节阀 传送装置 湿度检测 湿度检测 湿度反馈控制

湿度的前馈控制 输入谷物湿度