复杂控制系统习题课
计算机控制系统课后习题答案1
第一章课后参考答案1-1简述计算机控制系统的控制过程。
计算机控制系统的控制过程可以归纳为以下三个步骤：1)实时数据采集：对被控量进行采样测量，形成反馈信号；2)实时控制计算：根据反馈信号和给定信号，按一定的控制规律，计算出控制量；3）实时控制输出，向执行机构发出控制信号，实现控制作用。
1-2什么是实时性？有哪些因素影响系统的实时性？硬件：1）控制器计算速度2）传感器采集速度3）执行器反应时间4）A/D、D/A转换速度软件：1）操作系统调度2）中断响应处理方式（包括定时器）3）延时函数的设置实时性：即信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内即时完成的，超出这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
1-3计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分作用是什么？计算机的硬件主要包括主机、输入输出通道和外部设备。
主机：主机是计算系统的核心，通过接口向系统的各个部分发出各种指令，对被控对象进行检测和控制。
输入输出通道：输入输出通道是计算机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成计算机可以接收的数字信号，过程输出通道把计算机输出的控制命令和数据，转化成可以对生产对象进行控制的的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
外部设备：外部设备是实现计算机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备（操作台）、输入输出设备（磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等）和外存贮器，其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容，还应有按键或开关，完成系统的启、停等功；操作台还要保证操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。
1-4计算机控制系统的软件由哪几部分组成？各部分作用是什么？计算机控制系统软件分为系统软件、应用软件及数据库。
系统软件是有计算机生产厂家提供的专门用来使用和管理计算机的程序。
对用户来说，系统软件只是用来开发应用软件的工具，不需要自己设计。
控制工程基础习题课
按输出量的变化规律：
恒值控制系统（自动调节系统）： 系统的输出为恒定值。如恒温箱、液面控制等 此类系统同时也是闭环系统 程序控制系统： 系统的输出按规定程序变化。如数控加工系统 此类系统同时也是闭环系统
随动系统：
系统的输出相应于输入按任意规律变化。如炮瞄雷达系统 此类系统可以是开环系统，也可以是闭环系统
脉冲信号
等速和等加速信号
自动控制系统方框图的绘制步骤
• 分析控制系统的工作原理，找出被控对象； • 分清系统的输入量、输出量； • 按照控制系统各环节的定义，找出相应的 各个环节； • 按信息流动方向将各个环节用原件方框和 连线连接起来。
试说明如题图 (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 (b)所示，将对系统 工作有何影响？
线性化的定义：
将一些非线性方程在一定的工作范围内用近似的线性方程来 代替，使之成为线性定常微分方程
2.2 系统的传递函数
传递函数：复数域中描述系统特性的数学模型
2.2 系统的传递函数
传递函数：复数域中描述系统特性的数学模型
E.g. 3 机械系统传递函数的建立：求图式所示系统的传递函数
1 确定系统的输入和输出：输入为f，输出为y。
1.4 自动控制系统的研究方法
基本问题：建立数学模型 、系统性能分析、控制器设计
分析： 在给定系统的条件下，将物理系统抽象成数学模型， 然后用已经成熟的数学方法和先进的计算工具来定性或 定量地对系统进行动、静态的性能分析。 综合： 在已知被控对象和给定性能指标的前提下，寻求控 制规律，建立一个能使被控对象满足性能要求的系统。 典型控制信号： 正弦信号 阶跃信号
1.2 反馈控制系统及其组成
闭环控制系统的组成：给定环节、测量环节、比较环节、放大及运算环 节、执行环节 给定环节：
(完整版)自控原理第三章习题课
解
开环增益应取K≥50。现取K=60。因
故有
，
于是 取 %，计算得
此时
(S)
满足指标要求。最后得所选参数为：
K=60T=0.02(s)
例4控制系统的结构图如图3-37所示。假设输入信号为r(t)=at( 为任意常数)。
闭环特征方程为
易知，在题设条件下，不等式
成立。由劳斯稳定判据，闭环系统稳定，且与待求参数 、 无关。此时，讨论稳态误差是有意义的。而
若
则有
系统的稳态误差为
因此可求出待定参数为
解毕。
为使系统特征根的实部不大于-1，试确定开环增益的取值范围。
解系统开环增益 。特征方程为：
做代换 有：
Routh ：S312
S25K-8
S
S0K-8
使系统稳定的开环增益范围为：
例3单位反馈控制系统的开环传递函数为
输入信号为r（t）=A+ωt，A为常量，ω=0.5弧度/秒。试求系统的稳态误差。
解实际系统的输入信号，往往是阶跃函数、斜坡函数和抛物线函数等典型信号的组合。此时，输入信号的一般形式可表示为
证明：通过适当地调节Ki的值，该系统对斜坡输入的响应的稳态误差能达到零。（e=r-c)
解系统的闭环传递函数为
即
因此
当输入信号为r(t)=at时，系统的稳态误差为
要使系统对斜坡输入的响应的稳态误差为零，即ess=0，必须满足
所以
3-24系统结构图如题3-24图所示。已知 ，试分别计算 作用时的稳态误差，并说明积分环节设置位置对减小输入和干扰作用下的稳态误差的影响。
解
计算机控制系统总习题(及答案)ppt课件
03H
AD2
06H
AD3
05H
三相六拍工作方式下的控制字表
存贮地址编号 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6
A口输出字 01H 03H 02H 06H 04H 05H .
2求
F(s)
的5Z变换
s2(s5)
F(z)
解：
F(s)cs121cs12sc25 c11s2F(s)s0s55s01
c12[s2F(s)]s0[s 55]s01 5,
4 用Z变换求 y ( k 2 ) 1 .5 y ( k 1 的) 解0 .5 ，y ( k 已) 知0 初始条
件为
y( T)0.5 ,y( 2 T)0.75
解：对上述差分方程两边Z变换，利用延迟性质
n
Z[f(kn) ]zn[F(z) f(i)zi] i1 .
得 Z [y (k 2 ) 1 .5 y (k 1 ) 0 .5 y (k ) 0 ]
U E((z z))((T T 2 2 T T 2 1)) ((T T 2 2T T 1 2))zz 1 1
U ( z )T [ 2 ( T 2 ) ( T 2 T 2 ) z 1 ] [T ( 2 T 1 ) ( T 2 T 1 ) z 1 ] E ( z )
u ( k ) T 2 T 2 T 2 T 2 u ( k 1 )
F(z) 20 2 9
G (z) z
z2(z1)2z1
F(z)z2z02(z2z1)2z9z1
查表 Z1[ z ]ak
za
Z1[ z ] 1 z 1
Z1[ z ]t kTk (z1)2 T T.
F(z)z2z02(z2z1)2z9z1
所以 Z 1 [F (z) ]f(k ) 2 2 0 k 2 k 9
过程控制习题课
测量变送器和执行器与控制器（续）
题1：定值控制系统的过渡过程有几种形式？工程上一般要求为哪种过渡过程形式？ 随动系统一般要求为哪种过渡过程形式？ 答：五种，分别是：非周期发散过程、非周期衰减过程、发散振荡过程、等幅振荡 过程、衰减振荡过程等。 工程上一般要求为衰减振荡的过渡过程形式。随动系统一般要求为单调过程。 题2：一生产过程，被控对象为一阶特性，控制器为纯比例控制器，控制中还是发 生了衰减振荡过程？为什么？
Q2
R3
dh Q1 Q2 Q3 A dt R2 R3 h H s Wo ( s ) Q2 R2 Q1 s AR2 R3 s R2 R3 h Q3 R3
过程动态特性及建模（续）
R1 Q1
题2： (1) 列写过程微分方 程组;
h1 h2 Q12 R12
Q2
R2
将流量方程代入物料平衡方程, 即得到过程状态方程
过程动态特性及建模（续）
dh1 C1 Q1 Q2 Q12 , dt dh2 C2 Q12 Q3 dt h h Q2 1 , Q3 2 , R2 R3
h1 h2 Q12 R12
H1 ( s ) 1 Q1 (s) Q2 (s) Q12 (s), C1s
1 Q12 (s) Q3 (s) H 2 ( s) C2 s
H1 ( s ) H 2 ( s) Q2 ( s) , Q3 ( s) , R2 R3 H1 ( s ) H 2 ( s ) Q12 ( s) R12
5 如图所示为蒸汽加热器控制系统，若被控对象控制通道的传递函数为 Go s 7s 4 调节阀的传递函数为 GV s 1 控制器TC的传递函数为 GC s 1
(完整版)自动控制原理课后习题及答案
第一章绪论1-1 试比较开环控制系统和闭环控制系统的优弊端.解答： 1 开环系统(1)长处 :构造简单，成本低，工作稳固。
用于系统输入信号及扰动作用能早先知道时，可获得满意的成效。
(2)弊端：不可以自动调理被控量的偏差。
所以系统元器件参数变化，外来未知扰动存在时，控制精度差。
2闭环系统⑴长处：不论因为扰乱或因为系统自己构造参数变化所惹起的被控量偏离给定值，都会产生控制作用去消除此偏差，所以控制精度较高。
它是一种按偏差调理的控制系统。
在实质中应用宽泛。
⑵弊端：主要弊端是被控量可能出现颠簸，严重时系统没法工作。
1-2什么叫反应？为何闭环控制系统常采纳负反应？试举例说明之。
解答：将系统输出信号引回输入端并对系统产生控制作用的控制方式叫反应。
闭环控制系统常采纳负反应。
由1-1 中的描绘的闭环系统的长处所证明。
比如，一个温度控制系统经过热电阻（或热电偶）检测出目前炉子的温度，再与温度值对比较，去控制加热系统，以达到设定值。
1-3试判断以下微分方程所描绘的系统属于何种种类（线性，非线性，定常，时变）？2 d 2 y(t)3 dy(t ) 4y(t ) 5 du (t ) 6u(t )（1）dt 2 dt dt（2） y(t ) 2 u(t)（3）t dy(t) 2 y(t) 4 du(t) u(t ) dt dtdy (t )u(t )sin t2 y(t )（4）dtd 2 y(t)y(t )dy (t ) （5）dt 2 2 y(t ) 3u(t )dt（6）dy (t ) y 2 (t) 2u(t ) dty(t ) 2u(t ) 3du (t )5 u(t) dt（7）dt解答： （1）线性定常（2）非线性定常 （3）线性时变（4）线性时变（5）非线性定常（6）非线性定常（7）线性定常1-4 如图 1-4 是水位自动控制系统的表示图， 图中 Q1，Q2 分别为进水流量和出水流量。
控制的目的是保持水位为必定的高度。
过控习题课
1. 某温度控制系统的给定值为300°C ，在单位阶跃干扰下的过渡过程曲线如图所示，试分别求出该系统最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时间。
2、某PID 控制器，当比例度P ＝80%,TI=2min,TD=0,若在t=t0时刻输入一幅值为1mA 的阶跃信号，设控制器的起始工作点为6mA ，试计算控制器的输出，并绘制其输出波形图。
16 13 51. PI 调节器输入在0时刻输入一系列的信号，其[0 2)时刻的输出如下图所示（其中调节器的初始输出为0。
1）PI 调节器的比例度和积分时间常数分别是多少？(注意单位)2）试绘制完整[0 5]时刻的u(t)输出曲线？(在每个不连续间断点处注明坐标)某水槽液位控制系统如下图所示。
已知（横截面积）1000A =cm 2，（出水阀的阻力系数）0.03R =s/cm 3,调节阀为气关式，其（控制阀）静态增益28v K =cm 3.mA,液体变送器静态增益1m K =mA/cm.1) 画出该系统基于稳态工作点的传递方框图?2）控制器为比例控制器，比例带40δ=%，试分别求出扰动56d Q ∆=cm 3/s 以及定值阶跃变化r ∆=0.5mA 时，被控量h 的残差?3) 当控制器比例带120δ=%，其他条件不变，被控量h 的残差又是多少？比较（2）和（3）计算结果，总结δ值对系统残差又是多少？4）液位控制器改用PI 控制器后，被控量h 的残差又是多少？有两个串联在一起的双容水槽如下图所示，其间的连通管具有阻力，因此两者的水位是不同的。
来水首先进入水槽1，然后再通过水槽2流出。
水流入量i Q 由调节阀控制，流出量o Q 由用户根据需要改变，被调节量是水槽2的水位2H 。
其中1F 、2F 为两个水槽的截面积，1R 、2R 为线性化水阻，Q 、H 均以各个量的稳态值为起算点。
1）列出该串联双容过程的微分方程组（6分）2）求传递函数()()2i H s Q s （5分）。
《控制系统建模与仿真》课后习题-2021版
《控制系统建模与仿真》课程习题（1）一、“投针实验”的历史价值在人类数学文化史中，对圆周率 精确值的追求吸引了许多学者的研究兴趣。
在众多的圆周率计算方法中，最为奇妙的是法国物理学家布丰（Boffon）在1777年提出的“投针实验”。
试回答下列问题：1、试对“投针实验”的机理给出一种直观形象的物理解释？2、有人说“布丰/ Boffon（投针实验）是仿真技术的奠基者”，为什么？3、试用MATLAB语言编制“投针实验”的仿真程序，仿真证明之。
二、自平衡式两轮电动车的安全问题近年来，自平衡式两轮电动车产品成为“抢眼”的代步工具，但也出现很多问题（如上图所示）；试根据你所了解的情况就“平衡车产品是否可以合法上路？”问题，给出你的意见与建议。
提示：可从“技术、安全、法律、可持续”等方面，有理有据地展开讨论。
参考书：张晓华《控制系统数字仿真与CAD》 (第4版) 机械工业出版社 2020张晓华《系统建模与仿真》（第2版）清华大学出版社 2016《控制系统建模与仿真》课程习题（2）一、一阶直线倒立摆系统的建模问题对于教材中图2-7所示的一阶直线倒立摆系统，基于牛顿定律所建立的数学模型（如教材的图2-8所示），试问：这个数学模型是否正确，给出你的分析与证明。
提示：（1）基于MATLAB仿真进行模型验证（参见教材第四章第三节）；（2）应用“拉格朗日方程”方法建模，进行结果对比。
二、一阶直线双倒立摆系统的可实现问题如下图所示的一阶直线双倒立摆系统，试问：能否通过控制力F实现“在保持两杆不倒的条件下，使小车在直线X方向的位置任意移动”？提示：（1）建立系统数学模型；（2）应用现代控制理论的“能控性定理”进行分析。
参考书：张晓华《控制系统数字仿真与CAD》 (第4版) 机械工业出版社 2020张晓华《系统建模与仿真》（第2版）清华大学出版社 2016《控制系统建模与仿真》课程习题（3）一、水箱液位控制系统设计问题如下图所示的“水箱液位系统”，试回答下列问题：1、试给出含有（控制器+传感器）的“水箱液位控制系统”方案；2、试依据“流体力学”的基本概念，建立系统的数学模型；3、若使系统液位控制实现稳态无静差，试给出PID控制器设计方案；二、水箱液位控制的拓展问题试回答下述问题：1、某人在上述“水箱液位控制系统”中，采用单片机作控制器，程序设计为“增量式PI控制算法”，如果控制系统在“阶跃给定”下存在稳态误差，试问这种情况是否合理？为什么？2、对于上图所示的“水箱液位系统”，在下排水出口处流体呈“紊流”状态,试证明：其流量与液位高度的关系为Q=K∙√H。
自动控制理论习题课
例1已知系统旳构造图如图所示。求
R(s)
1.a>0和a<0时，K : 0 变化系统旳根轨迹；
2.为确保系统单位阶跃响应稳态值为2，拟定
系统稳定且为欠阻尼状态旳a和K值。
3.证明根轨迹在复平面上为一圆。
1 s
C(s)
K
s(1 s 1)
3
a
系统旳闭环传递函数：
K (1 s)
(s)
s(
1 3
s
1)
1)
系统旳稳态终值：
c()
lim s0
s(
s)
R(s)
lim s0
s
(s
2)(
K（s s 3)
1) K（s
1)
4 s
4K 6K
4 7
系统旳稳态误差：
lim K p
s0
G(s) K 6
ess
1 1 Kp
1 1 K
/6
0.02
K
294
例6控制系统构造图如图所示, r 2t, n(t:) 1(t)
G(s)
K
s(s 1)(s 5)
试求当输入为单位斜坡函数时，系统旳最小稳态误差。
系统旳特征方程为： D(s) s3 6s2 5s K 0
劳氏判据判稳得系统稳定 0 K 30
lim 当输入为单位斜坡函数时，系统旳稳态误差
Kv
s0
sG(s) K 5
15 ess Kv K
5 K越大，系统旳稳态误差越小，但同步考虑稳定性，最小误差 ess 30
2.构造图化简求等效传递函数 简化应遵照旳原则：
（1）变换前后通道中旳传递函数旳乘积必须保持不变； （2）变换前后回路中旳传递函数旳乘积必须保持不变。 能够经过串联、并联、反馈、比较点和引出点旳移动进行 简化。 3.梅逊公式求传递函数 能够绘出系统旳信号流图，或直接由构造图应用梅逊公式 求取，注意： （1）输入节点到输出节点为前向通道； （2）同一系统 不变； （3） k 余子式。
自动控制原理习题课
s4 0.5 2
K
b31=
1.5*2-0,5(1+0.5K) 1.5
s3 1.5 1+0.5K
=1.67-0.167K
s2 b31 s1 b41
K
b41=
(1.67-0.167K)(1+0.5K)-1.5K 1.67-0.167K
பைடு நூலகம்
0.25K<2.5 3-05-0.25K>0
第三章习题课 3-13
3-13 已知系统结构如图试确定系统稳定
单位斜坡输入的稳态误差ess=0.25
确定 K 和τ值 R(s)
K C(s)
解:
G(s)= s2+2sK+Kτs
=
2+KKτ s(2+1Kτs+1)
- - s(s+2)
τs
Φ(s)=
K
s2+(2+Kτ)s+K
2ζ ω n=2+Kτ=2*0.7 K ess= 2+KKτ=0.25
ω n2 =K
K=31.6 τ=0.186
时τ值范围
解:
R(s)
-
1+１s
G(s)=s12+0s(1++10τ1s )s
10 C(s)
- s(s+1)
τs
=s(s21+0s(+s+101τ) s)
Φ(s)=
s3
10(s+1)
+s2+10τs2+10s+10
s3 1 10
s2 (1+10τ) 10
s1 b31
b31= 10(11++1100ττ)-10 >0
计算机控制系统课后习题答案
1-1 什么是计算机控制系统？画出一个实际计算机控制系统原理结构图，并说明一个计算机控制系统由哪些部分组成及各部分的作用。
利用计算机参与控制的系统称为计算机控制系统。
1-2 简述计算机控制系统的控制过程。
实时数据采样实时计算控制量实时控制实时管理1-3 实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间围完成的，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：生产过程和计算机系统直接连接，并接受计算机直接控制的方式称为在线或联机方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制的方式叫做“脱机”方式或“离线”方式。
1-4 计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。
(4)生产过程装置a.测量变送单元：为了测量各种参数而采用的相应检测元件及变送器。
b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构。
1.5 计算机控制系统的软件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？就功能来分，软件可分为系统软件、应用软件及数据库。
系统软件：它是由计算机设计者提供的专门用来使用和管理计算机的程序。
系统软件包括：a.操作系统：即为管理程序、磁盘操作系统程序、监控程序等；b.诊断系统：指的是调节程序及故障诊断程序；c.开发系统：包括各种程序设计语言、语言处理程序(编译程序)、服务程序(装配程序和编辑程序)、模拟主系统(系统模拟、仿真、移植软件)、数据管理系统等；d.信息处理：指文字翻译、企业管理等。
《过程控制系统》习题解答课件
《过程控制系统》习题解答课件《过程控制系统》习题解答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。
控制工程基础课后习题答案
详细描述
通过调整系统的传递函数，可以改变系统的 频率响应特性。在设计控制系统时，我们需 要根据实际需求，调整传递函数，使得系统 的频率响应满足要求。例如，如果需要提高 系统的动态性能，可以减小传递函数在高频 段的增益。
06 第五章 控制系统的稳定性 分析
习题答案5-
习题答案
• 习题1答案：该题考查了控制系统的基本概念和组成。控制系统的基本组成包 括被控对象、传感器、控制器和执行器等部分。被控对象是实际需要控制的物 理系统或设备；传感器用于检测被控对象的输出状态，并将检测到的信号转换 为可处理的电信号；控制器根据输入的指令信号和传感器的输出信号，按照一 定的控制规律进行运算处理，并输出控制信号给执行器；执行器根据控制信号 对被控对象进行控制操作，使其达到预定的状态或性能要求。
控制工程基础课后习题答案
目 录
• 引言 • 第一章 控制系统概述 • 第二章 控制系统的数学模型 • 第三章 控制系统的时域分析 • 第四章 控制系统的频域分析 • 第五章 控制系统的稳定性分析 • 第六章 控制系统的校正与设计
01 引言
课程简介
01
控制工程基础是自动化和电气工 程学科中的一门重要课程，主要 涉及控制系统的基本原理、分析 和设计方法。
总结词
控制系统校正的概念
详细描述
控制系统校正是指在系统原有基础上，通过加入适当的 装置或元件，改变系统的传递函数或动态特性，以满足 性能指标的要求。常见的校正方法有串联校正、并联校 正和反馈校正等。校正装置通常安装在系统的某一环节 ，以减小对系统其他部分的影响。
习题答案6-
总结词
控制系统设计的一般步骤
习题答案5-
总结词
过程控制系统课后习题
过程控制系统课后习题(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第二章1什么是对象特性为什么要研究对象特性答：研究对象特性是设计控制系统的基础；为了能使控制系统能安全投运并进行必要的调试；优化操作。
2什么是对象的数学模型静态数学模型与动态数学模型有什么区别答：对对象特性的数学描述就叫数学模型。
静态：在输入变量和输出变量达到平稳状态下的情况。
动态：输出变量和状态变量在输入变量影响下的变化情况。
3建立对象的数学模型有什么意义答：1,控制系统的方案设计；2控制系统的调试和调节器参数的确定；3制定工业过程操作优化方案；4新型控制方案及控制策略的确定；5计算机仿真与过程培训系统；6设计工业过程的故障检测与诊断系统。
4建立对象的数学模型有哪两种方法答：机理建模和实验建模。
机理建模：由一般到特殊的推理演绎方法，对已知结构、参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，根据对象或生产过程的内部机理，经过合理的分析简化而建立起描述系统各物理量动静态性能的数学模型。
实验建模步骤：1确定输入变量与输出变量信号；2测试；3对数据进行回归分析。
5反应对象特性的参数有哪些各有什么物理意义他们对自动控制系统有什么影响答：K—放大系数。
对象从新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
T—时间参数。
时间参数表示对象受到输入作用后，被控变量的变化快慢。
桃—停滞时间。
输入发生变化到输出发生变化之间的时间间隔。
6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；超调量：第一个波峰值y与最终稳态值y之比的百分数；残余偏差C：过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态Y与设定值之间的偏差。
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图所示为聚合釜温度控制系统。试问：
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（1）这是一个什么类型的控制系统?试画出它的方块图 ； • （2）如果聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故 ，试确定控制阀的气开、气关型式； • （3）确定主、副控制器的正、反作用； • （4）简述当冷却水压力变化时的控制过程； •
• （5）如果冷却水的温度是经常波动的，上述系统应如何 改进? • （6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系 统，试画出它的方块图，并确定主、副控制器的正、反作 用。
由于液氨冷却器中液位不允许过高，则信号中断时液氨管 道上的阀门必须关闭， 因此阀门应选择气开阀。液氨的流 量越大，则冷却器中的温度越低，对象为反作用，要构成负 反馈系统，则温度调节器应该选为正作用。 当被冷却物料的出口温度升高时，温度变送器输出增加， 调节器为正作用，则调节器输出信号增大，而控制阀为气开 ，则控制阀开度增大，从而液氨流量增加。这样就有更多的 液氨气化吸收热量，使被冷却物料的出口温度下降。 在控制过程中如果液氨的液面淹没了换热器的全部列管而 出口温度仍偏高，此时若继续增大液氨量，一方面传热面 积已达极限，氨的蒸发量已无从增加，使出口温度降不下 来，另一方面会使得气氨带液从而损坏后面的氨压缩机， 因此当液位高于某个数值后，应采用氨的液位控制取代温 度控制。试设计该选择控制系统。
• （5）如果冷却水温度经常波动，则应选择冷却水温度作 为副变量，构成温度-温度串级控制系统。
聚合釜温度-冷却水温度串级控制系统
聚合釜温度-夹套水温度串级控制系统
• （6）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系 统，其原理图如下图所示。方块图如前所示，但其中的副 对象是聚合釜夹套，副变量是夹套内的水温，副控制器是 温度控制器T2C。副控制器T2C为“反”作用，主控制器 T1C也为“反”作用。
• 7-29：选择控制有两类，注意例子与定义 应相符 • 7-30 FC FT
TC
LS Q
裂解气
TT
T
热交换器
FT
流量给 定
FC 选 择 器 TC 釜液调 节阀 换热器 出口裂解 气温度 釜液流量
温度给 定
TT
• （1）由于裂解气冷却后的出口温度不能低于15℃，否则 裂解气中的水分会产生水合物堵塞管道，因此信号中断时， 釜液流量应关断，故调节阀选气开式； • （2）对于FC来讲，由于调节阀为气开，而阀门开度越大， 流入换热器的釜液越多，因此对于釜液流量调节对象其特 性为正作用，因此为构成负反馈系统，FC选反作用；对 于TC来讲，进入换热器的釜液越多，则出口温度越低， 因此这部分控制通道为反作用，为构成负反馈系统，TC 选正作用。 • • （3）由于裂解气冷却后的出口温度不能低于15℃，如果 一旦温度低于15℃，TC输出减小，此时则应该放弃正常 流量控制，而改由温度调节器输出信号去进一步关小阀门， 使温度回调，因此选择器应该选用低选器。
• 7-23：概念参考课本。目的是解决前后工序的矛 盾，要求时前后互相联系又互相矛盾的两个变量 应保持在所允许的范围内波动；两个被控变量在 控制过程中都是缓慢变化的 • 7-24：注意是参数整定的特点，不是控制规律选 取的特点 • 7-25：分程控制的特点，一定要注意一点就是调 节器的信号要分段去控制不同的调节阀，若多个 调节阀同时动作则不叫分程控制。 • 应用范围： （1）扩大调节阀的调节范围 • （2）用于工艺上要求控制两种不同的介质流量， 以满足不同的工艺目的。
第七章 复杂控制系统
• 7-1：不只是串级控制系统的结构特点，串级控制 系统与单回路相比特点或优势有三点（1） 改造 副对象特性，。。。（2）提高了抗干扰能力（3） 提高了对负荷变化的适应能力 • 7-2串级系统的工作原理，从原理框图入手分析 • 7-3,提高了控制通道的工作频率，带宽增大，响 应速度变快 • 7-4 参见课本，注意副参数必须与主参数有一定 关系，是为提高主参数调节质量而引进的
【 例】氨冷器物料出口温度与液氨液位选择性控制系统。 在正常情况下根据物料出口温度控制液氨的进入量， 正常情况下根据物料出口温度控制液氨的流量，但液氨冷 却器中液位不允许过高，否则会使气氨中带液，以至于损 坏后续设备（压缩机）。
温度给定值
-
调节器 TC
液氨流 量阀 温度测量变送 TT
液氨冷 却器
温度
假定工艺要求液氨阀为气开形式，主流量控制器为反作用， 磷酸流量调节阀为气关形式，副流量控制器为正作用形式。 工作原理： （1）对主回路干扰的克服：假设由于外界干扰或其它原因导 致液氨流量减小，而主流量给定值不变，此时主控制器的输 入减小，主控制器为反作用，输出增大；液氨调节阀为气开 阀，则液氨阀的开度增加，液氨流量增加，使其慢慢达到给 定的流量。在液氨流量减小的同时，比值器输出减小，从控 制器的给定值将减小（相当于测量值增大），从控制器为正 作用，输出增大； 磷酸调节阀选择气关阀，则阀的开度减小 ，磷酸流量按比例减小，以适应液氨流量减小的需要；可见 由于主流量控制回路的存在，双闭环比值控制系统实现了对 主流量的定值控制，增强了主流量的抗干扰能力，使主流量 变得平稳。 （2）对副回路干扰的克服：由于干扰使磷酸流量减小时，从 控制器的测量值减小，从控制器为正作用，输出减小，磷酸 阀的开度增加，磷酸流量增加。
蒸汽流量 前馈补偿控 制器
水位给定值
蒸汽流量 测量
-
调节器 LC
给水阀
汽包
水位
液位测量变送 LT
• • • •
7-17框图参考P230图7-18 注意图7-19是一个等效图，不是实现 7-19，明确比值系数的概念 7-22 该题目所涉及方案为单闭环比值控制系统， 总流量不能保持恒定，如果要使得总流量保持恒 定，需要用双闭环比值控制系统，即
• 7-9，见课本及讲义 • 7-10：注意到前馈控制是开环控制 • 7-12 稳定性不变，注意不变性原理跟稳定 性不变无关 • 7-13：物理上无法实现超前环节 • 7-14：注意题目要求：1设计前馈反馈系统 • 2蒸汽用量波动 • 注意框图必须有反馈
蒸汽流量D
汽包
FT LT FC LC
+
给水G
Q1
F 1T F 1C
K’
F 2C F 1T
Q2
给定
Q1 主流量控制器 执行器 主流量对象
主测量、变送
K Q2
副流量控制器
执行器
副流量对象
副测量、变送
比值控制在磷酸二铵生产中的应用 液氨与磷酸在中和槽发生中和反应生成磷铵料浆，经造粒、干燥、冷 却，形成合格的产品。该反应中起主导作用的参数是氨流量，称为主 流量，用G1表示；随氨流量进行配比的另一个参数是磷酸流量，称为副 流量，用G2表示。为使磷酸流量与液氨流量保持一定比例，即满足关系 式：G2/G1= K ，选择比值控制方式，如果仅仅为了克服磷酸流量的波 动，可以采用单闭环比值控制。 生产中氨流量和磷酸流量均有可能受到干扰而发生变化，当要求生产 负荷比较稳定时，氨流量和磷酸流量都应控制，选择双闭环比值控制实 现控制要求。
pHC 反
酸液
气关 pHT
碱液 废液
气开
中和液
100%
酸阀 0 0.02 碱阀
0.06
0.10 MPa
• pH值大时，控制器输出减小，酸液阀开度增加，加入酸 ，使pH值减小。 • pH值小时，控制器输出增大，碱液7时，对应调节器输出为0.02MPa～0.06 MPa • pH值为7～1时，对应调节器输出为0.06MPa～0.1 MPa
为了防止气氨带液进入后续设备（氨压缩机），以致损 坏设备，所以控制阀应选择气开型。 这样一旦气源中断，控制阀就会自动关阀，停止液氨进 入氨冷器，使液位不致过高。 温度控制器TC，与液位控制器LC的正、反作用可以分 别按两个单回路控制系统来考虑
由于控制阀均为“＋”，温度对象特性为“－”（因为 液氨进入量增加，会使物料出口温度下降），所以TC应 选为“正”作用。液位对象特性为“十”（因为液氨进 入量增加，会使液位升高），所以LC 应为“反”作用。 由于LC是异常工况下工作的控制器，且是“反”作用的， 故在正常工况下，液位低于安全极限（实际上就是给定 值），所以LC的输出较高。当温度过高时，液氨液面可 能会超限，液位调节器反作用，输出信号为低值。为了 在正常工况下，LC不被选中，而当温度过高时液氨液面 超限时LC则被选中，故选择器应为低值选择器。
• 【例】 一热交换器，使用热水与 蒸汽对物料进行加热。工艺要求出 口物料的温度保 持恒定。为节省 能源，尽量利用工艺过程中的废热， 所以只是在热水不足以使物料温度 达到规定值时，才利用蒸汽予以补 充。
信号分段的特点 注意该例子的目的是扩大控制范围，这时要注意流量特性 的平滑衔接问题（1）直线阀流量特性尽可能一致，（2） 两阀的分成信号部分重叠。
• 7-28 框图：注意有两条控制通道 • 阀的气开气关方式的选择，对A、B阀要分 别进行 • 调节器正反作用形式则仅按一条控制通道 判断即可
阀门定位 器A 阀门定位 器B
A
调节器PC
调节阀A
反应器
B
调节阀B
• 在工业废液中和处理工艺中，需要根据废 液的酸碱性即pH值，分别控制加酸量或加 碱量。分析当pH值大时和pH值小时阀门的 动作。
• 【例】一个间歇反应器的温度控制系统，其 控制方案如右图所示，图中所采用了（ ）控 制方案完成控制。
TT TC
A.串级 B.选择性 C.分程 D.均匀
冷却水
A B 蒸汽
• 7-8温度压力串级控制系统 • 1）系统框图：注意被控参数与被控对象的区别
给定温度 温度 调节 器TC 压力调 节器FC 出口温度 加热炉
-
燃料调 节阀
燃料油 管道
压力测量变 送FT
温度测量变 送TT
• • • • •
2）气开阀 3）调节器正反作用的判断： 先判副调节器，再判主调节器 可按照主通道放大系数的积为正来判断 副回路为负反馈，等效为主通道上一个环 节，放大系数为正，主对象控制通道，燃 料越多，温度越高，放大系数为正，因此 TC的放大系数为正才能构成负反馈，故选 TC为反作用形式。