过程控制第一到三章作业
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 P152-1. （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。
LTLC1Q 2Q 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A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%假设以系统输出稳定值的2%为标准，则810*2%=16.2，则 过渡过程时间：ts=17min2）由于规定操作温度为800︒C ，而系统稳态值为810︒C 所以不满足工艺要求。
第二章P711-3 某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃，它的最大绝对误差为±2℃，试确定该仪表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃则精度等级%4.0%1005002±=⨯±=δ 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃，工艺要求该仪表指示值的误差不得超过±2℃，应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答：由题可得：%22.0%10010010002±=⨯-±=δ仪表精度等级至少0.2以上。
过程控制作业(部分)
第一章绪论1)什么是过程控制系统？试用框图表示其一般组成？常用的过程控制系统可以分为哪几类？2）衡量过程控制系统过度过程的好坏，通过静态质量指标和动态质量指标，他们分别是什么？3）两个流量控制系统如下图所示。
试说明它们分别属于哪个过程控制系统？并画出各自的系统方框图。
4）某发酵过程工艺规定操作温度为（40±2）℃。
考虑到发酵效果，控制过程中温度偏离给定值最大不能超过6℃。
现设计一定值控制系统，在阶跃扰动作用下发酵罐及反应曲线如下图所示。
试①绘制系统方框图；②确定该系统的最大动态偏差、衰减比、余差、过度时间（按进入新稳态值±2%范围内）和振荡周期等过度过程指标，并回答是否满足工艺要求。
第二章检测及变送1）衡量一块仪表的性能指标有哪些？其中仪表精度和那个误差有关系？2）已知某S型热电偶在工作时冷端温度t0=30℃，现测得热电偶的热电动势为7.5mV，求被测介质的实际温度。
（已知E（30,0）=0.173mV）3）某台测温仪表的测温范围为200~700℃，校验该表时得到的最大绝对误差为+4℃，试确定该仪表的精度等级。
4）试简述热电偶工作原理及热电偶冷端温度补偿的几种主要方法和补偿原理。
5）试简述静压式液位计及电容式液位计测量原理？用电容式液位计在测量导电介质与非导电介质的液位时有何不同？6）某测温仪表的测量范围为0-500℃，输出信号为4-20mA，欲将该仪表用于测量200-1000℃的某信号，试问应该做如何调整迁移？7）某台测温仪表的测温范围为0~1000℃。
根据工艺要求，温度指示值的误差不允许超过±7℃，试问应该如何选择仪表的精度等级才能满足要求？8）某台往复式压缩机的出口压力范围为25~28MPa，测量误差不得大于1MPa。
工艺上要求就地观察，并能高低限报警，试正确选择一台压力表，指出其测量范围及精度等级要求。
9）利用弹簧管压力表测量某容器中的压力，工艺要求其压力为1.3±0.06MPa，现可提供选择压力表的量程有0~1.6MPa、0~2.5MPa及0~4MPa，其精度为1.0,1.5,2.0,2.5及4.0级，试合理选用压力表的量程和精度等级。
过程控制系统-第3章-简单系统-习题与解答
第3章习题与思考题3-1.简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？解答：简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。
检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。
控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。
执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。
被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置。
3-2.什么叫直接参数和间接参数？各使用在什么场合？解答：如果被控变量本身就是需要控制的工艺指标，则称为直接参数；如果被控变量本身不是需要控制的工艺指标，但与其有一定的间接对应关系时，称为间接参数。
在控制系统设计时，尽量采用直接参数控制，只有当被控变量无法直接检测，或虽能检测，但信号很微弱或滞后很大，才考虑采用间接参数控制。
3-3.被控变量的选择应遵循哪些原则？解答：被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素，它选择的一般原则是：（1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态重要变量；（2）被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量；（3）被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标；（4）被控变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量；（5）被控变量应是独立可控的；（6）应考虑工艺的合理性与经济性。
3-4.操纵变量的选择应遵循哪些原则？解答：（1）操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量；（2）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小；（3）操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。
3-5.简述选择调节器正、反作用的目的，如何选择?解答：其目的是使控制器、执行器、对象三个环节组合起来，能在控制系统中起负反馈作用。
操作系统一至三章练习题目(student)
一、填空题1、操作系统通过来管理和控制进程。
2、代表进程生命周期的三种状态是、、。
3、操作系统把用户作业的空间划分成若干个大小相等的块，称为。
4、操作系统向用户提供了两类接口，一类是，另一类是。
5、多道程序设计的特点是多道、和。
6、进程调度的算法主要有四种：、、、。
7、目前认为逻辑文件有两种类型，即有结构的与无结构的。
8、把内存空间划分成与页大小相同的若干块，称为。
9、死锁的原因主要是、、。
10、一个进程要等待其合作伙伴发来消息，或者建立某个条件后再向前执行，这种制约合作关系称为进程的。
11、程序的顺序执行有两个重要的特点，即程序的和。
12、进程具有和两个重要属性。
13、为了实现多道程序设计，计算机系统在硬件方面必须提供两种支持，它们是和。
14、响应比高者优先算法综合考虑了作业的和。
15、虚拟存储器通常由和两级存储系统组成。
为了在一台特定的机器上执行程序，必须把映射到这台机器主存储器的空间上，这个过程称为。
16、进程的最基本的特征是和。
在UNIX系统中，可通过系统调用来创建进程，系统调用来实现进程的自我终止。
17、使用共享文件进行进程通信的方式被称为；而发送进程利用OS提供的发送命令，直接将格式化的信息发送给目标进程的通信方式则称为。
18、在用信号量实现对临界资源的互斥访问时，若信号量的初值为2，当前值为-1，表示有个进程等待使用该资源。
19、在段页式系统中，作业的地址空间是维的；如果没有快表，则每次从内存中获取数据都需要三次访问内存。
第一次从内存中取得，第二次从内存中取得，第三次从内存中取得。
20、、、，这三个部分组成了进程的实体。
21、可变分区管理的分配策略通常有、和。
22、多道程序设计是利用了和的并行工作能力来提高系统效率的。
23、批处理系统的基本特征是“批量”，它把提高作业的作为主要设计目标，同时也兼顾作业的。
24、在P，V操作中，信号量S的物理意义是当信号量S值大于零时表示；当信号量S值小于零时，其绝对值为。
PLC第三版课后答案
第一章作业参考答案2、何谓电磁机构的吸力特性与反力特性？吸力特性与反力特性之间应满足怎样的配合关系？答：电磁机构使衔铁吸合的力与气隙长度的关系曲线称作吸力特性；电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙长度的关系曲线称作反力特性。
电磁机构欲使衔铁吸合，在整个吸合过程中，吸力都必须大于反力。
反映在特性图上就是要保持吸力特性在反力特性的上方且彼此靠近。
3、单相交流电磁铁的短路环断裂或脱落后，在工作中会出现什么现象？为什么？答：在工作中会出现衔铁产生强烈的振动并发出噪声，甚至使铁芯松散得到现象。
原因是：电磁机构在工作中，衔铁始终受到反力Fr的作用。
由于交流磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反力Fr 作用下被拉开。
磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时衔铁又被吸合。
这样，在交流电每周期内衔铁吸力要两次过零，如此周而复始，使衔铁产生强烈的振动并发出噪声，甚至使铁芯松散。
5、接触器的作用是什么？根据结构特征如何区分交、直流接触器？答：接触器的作用是控制电动机的启停、正反转、制动和调速等。
交流接触器的铁芯用硅钢片叠铆而成，而且它的激磁线圈设有骨架，使铁芯与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，这样有利于铁芯和线圈的散热。
直流接触器的铁芯通常使用整块钢材或工程纯铁制成，而且它的激磁线圈制成高而薄的瘦高型，且不设线圈骨架，使线圈与铁芯直接接触，易于散热。
8、热继电器在电路中的作用是什么？带断相保护和不带断相保护的三相式热继电器各用在什么场合？答：热继电器利用电流的热效应原理以及发热元件热膨胀原理设计，可以实现三相电动机的过载保护。
三角形接法的电动机必须用带断相保护的三相式热继电器；Y形接法的电动机可用不带断相保护的三相式热继电器。
9、说明热继电器和熔断器保护功能的不同之处。
答：热继电器在电路中起过载保护的作用，它利用的是双金属片的热膨胀原理，并且它的动作有一定的延迟性；熔断器在电路中起短路保护的作用，它利用的是熔丝的热熔断原理，它的动作具有瞬时性。
操作系统一至三章练习题目(student)
一、填空题1、操作系统通过来管理和控制进程。
2、代表进程生命周期的三种状态是、、。
3、操作系统把用户作业的空间划分成若干个大小相等的块，称为。
4、操作系统向用户提供了两类接口，一类是，另一类是。
5、多道程序设计的特点是多道、和。
6、进程调度的算法主要有四种：、、、。
7、目前认为逻辑文件有两种类型，即有结构的与无结构的。
8、把内存空间划分成与页大小相同的若干块，称为。
9、死锁的原因主要是、、。
10、一个进程要等待其合作伙伴发来消息，或者建立某个条件后再向前执行，这种制约合作关系称为进程的。
11、程序的顺序执行有两个重要的特点，即程序的和。
12、进程具有和两个重要属性。
13、为了实现多道程序设计，计算机系统在硬件方面必须提供两种支持，它们是和。
14、响应比高者优先算法综合考虑了作业的和。
15、虚拟存储器通常由和两级存储系统组成。
为了在一台特定的机器上执行程序，必须把映射到这台机器主存储器的空间上，这个过程称为。
16、进程的最基本的特征是和。
在UNIX系统中，可通过系统调用来创建进程，系统调用来实现进程的自我终止。
17、使用共享文件进行进程通信的方式被称为；而发送进程利用OS提供的发送命令，直接将格式化的信息发送给目标进程的通信方式则称为。
18、在用信号量实现对临界资源的互斥访问时，若信号量的初值为2，当前值为-1，表示有个进程等待使用该资源。
19、在段页式系统中，作业的地址空间是维的；如果没有快表，则每次从内存中获取数据都需要三次访问内存。
第一次从内存中取得，第二次从内存中取得，第三次从内存中取得。
20、、、，这三个部分组成了进程的实体。
21、可变分区管理的分配策略通常有、和。
22、多道程序设计是利用了和的并行工作能力来提高系统效率的。
23、批处理系统的基本特征是“批量”，它把提高作业的作为主要设计目标，同时也兼顾作业的。
24、在P，V操作中，信号量S的物理意义是当信号量S值大于零时表示；当信号量S值小于零时，其绝对值为。
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P152-1. (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。
答：1)图为液位控制系统，由储水箱(被控过程X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：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Q2 (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(8)=810-800=10衰减比：n=B1/B2=(850-810)/(820-810)=4最大超调量：。
=(850-810)/810=4.9%假设以系统输出稳定值的2%为标准，则810*2%=16.2,则过渡过程时间：ts=17min2）由于规定操作温度为800 °C,而系统稳态值为810 ℃所以不满足工艺要求。
第二章P711-3某台测温仪表测量的上下限为500℃~1000℃,它的最大绝对误差为±2℃,试确定该仪 表的精度等级；答：根据题意可知：最大绝对误差为±2℃ 则精度等级5 =±烹义100% = ±0.4% 所以仪表精度等级为0.4级1-4某台测温仪表测量的上下限为100℃~1000℃,工艺要求该仪表指示值的误差不得超过土 2℃,应选精度等级为多少的仪表才能满足工艺要求？答： 由题可得：5=± ——2—— x 100% = ±0.22%1000 -100仪表精度等级至少0.2以上。
过程控制 习题与答案
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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？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3.程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。
特殊过程控制管理规定(3篇)
第1篇第一章总则第一条为确保产品质量，加强特殊过程的管理，根据《中华人民共和国产品质量法》及相关法律法规，结合本单位的实际情况，特制定本规定。
第二条本规定适用于本单位所有涉及特殊过程的生产、加工、检验等环节。
第三条特殊过程是指那些对产品质量有显著影响，难以通过常规检验手段进行控制的过程。
主要包括：1. 高精度加工过程；2. 特种合金熔炼过程；3. 高温、高压、高真空等特殊环境下的加工过程；4. 高分子材料成型过程；5. 精密计量过程；6. 特种表面处理过程；7. 其他对产品质量有重大影响的过程。
第四条特殊过程控制管理的目标是：1. 确保产品质量符合国家标准和客户要求；2. 提高生产效率和产品质量稳定性；3. 保障员工安全和环境保护。
第二章组织机构与职责第五条本单位成立特殊过程控制管理小组，负责特殊过程控制的全面管理工作。
第六条特殊过程控制管理小组的职责：1. 制定特殊过程控制管理制度和操作规程；2. 组织特殊过程能力验证；3. 监督特殊过程执行情况；4. 对特殊过程进行定期评审；5. 处理特殊过程发生的质量问题。
第七条各部门负责人对本部门特殊过程控制工作负直接责任，应确保本部门特殊过程控制工作的有效实施。
第八条各岗位操作人员应按照特殊过程控制管理制度和操作规程进行操作，确保产品质量。
第三章特殊过程识别与评审第九条各部门应识别本部门涉及的特殊过程，并填写《特殊过程识别表》。
第十条特殊过程控制管理小组对各部门提交的特殊过程进行评审，确认其特殊性质和风险等级。
第十一条评审内容包括：1. 特殊过程对产品质量的影响程度；2. 特殊过程的操作难度；3. 特殊过程的设备、材料、环境要求；4. 特殊过程的检验方法和手段；5. 特殊过程的控制措施。
第十二条评审结果分为“必须控制”、“需要控制”和“可接受”三个等级。
第四章特殊过程控制措施第十三条对必须控制的特殊过程，应制定详细的操作规程和控制计划。
第十四条操作规程和控制计划应包括以下内容：1. 操作步骤；2. 设备、材料、环境要求；3. 操作人员要求；4. 检验方法和手段；6. 异常情况处理。
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 HQ Q Q Ft-+= 增量关系式为 123d d HQ Q Q Ft∆∆-∆-∆= 而22h Q R ∆∆=， 33h Q R ∆∆=， 代入增量关系式，那么有23123()d d R R hh F Q t R R +∆∆+=∆ 〔2〕两边拉氏变换有：23123()()()R R FsH s H s Q s R R ++=故传函为：232323123()()()11R R R R H s KG s R R Q s Ts F s R R +===+++K=2323R R R R +, T=2323R 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，到物料到达所需温度后排出。
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。
过程控制 第一到三章 作业
第一章作业1.1 常用的评价控制系统动态性能的单项性能指标有哪些？它与误差积分指标各有何特点？答：(1)衰减率ψ、超调量σ、稳态误差e ss、调节时间t s、振荡频率ω；(2)单项指标用若干特征参数评价系统优劣，积分指标用误差积分综合评价系统优劣。
1.2 什么是对象的动态特性？为什么要研究对象的动态特性？答：(1)指被控对象的输入发生变化时，其输出（被调量）随时间变化的规律；(2)实现生产过程自动化时，对象的动态特性可以为控制工程师设计出合理的控制系统满足要求提高主要依据。
1.3 通常描述对象动态特性的方法有哪些？答：微分方程或传递函数。
1.4 过程控制中被控对象动态特性有哪些特点？答：无振荡、稳定或中性稳定、有惯性或迟延、非线性但在工作点附近可线性化。
1.11 某水槽水位阶跃响应实验为：其中阶跃扰动量Δµ=20%。
(1)画出水位的阶跃响应曲线；(2)若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。
解：MATLAB编程如下：%作出标幺后的响应曲线t=[ 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 400 ];h=[ 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 98 ];x=0:0.01:400;y=interp1(t,h,x,'spline'); %三次样条函数据己知的t、h插出x的值yy=y/y(end); %输出标幺plot(x,yy,'k');xlabel('t/s');ylabel('h/mm');title('阶跃响应曲线','fontsize',10);grid;%找出最接近0.39和0.63的点 less1=find(yy<=0.39); more1=find(yy>=0.39); front1=less1(1,end); behind1=more1(1,1);cha11=0.39-yy(1,front1); cha12=yy(1,behind1)-0.39; if cha11<=cha12 t1=x(1,front1) elset1=x(1,behind1) endless2=find(yy<=0.63); more2=find(yy>=0.63); front2=less2(1,end); behind2=more2(1,1);cha21=0.63-yy(1,front2); cha22=yy(1,behind2)-0.63; if cha21<=cha22 t2=x(1,front2) elset2=x(1,behind2) end%求增益K 和时间常数T K=y(end)/20 T=2*(t2-t1)(1)水位的阶跃响应曲线如图：t/sh /m m阶跃响应曲线(2)计算结果如下：>> GK1_11 t1 =48.1700t2 =96.5900K =4.9T =96.8400则该水位对象用一阶惯性环节近似后，得其增益K=4.9，时间常数T≈96.84。
过程控制工程第三版1-3章习题ppt课件
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习题2-10
• 单位阶跃响应： y* y(t) y(0)
y() y(0)
• 取： y* (t1 ) 0 .4 , y* (t2 ) 0 .8
查表得： t123,
t243
因为： t1 0.53 0.46
t2
则说明该阶跃响应需要更高级的函数才能拟全的更好，
查表2-2得，n=3
• 为了绕过非线性系统在数学处理上的困难，对于大部分元件和系统来
说，当信号或变量变化范围不大或非线性不太严重时，都可以近似地
线性化，即用线性化数学模型来代替非线性数学模型。一旦用线性化
数学模型来近似地表示非线性系统，就可以运用线性理论对系统进行
分析和设计。
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习题2-6 测量变送环节如下：
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2-4 什么是线性化？为什么在过程控制中经常 采用近似线性化模型？
• 所谓线性化，就是在一定的条件下作某种近似，或者缩小一些工作范 围，而将非线性微分方程近似地作为线性微分方程来处理。
• 自然界中并不存在真正的线性系统，而所谓的线性系统，也只是在一 定的工作范围内保持其线性关系。实际上，所有元件和系统在不同程 度上，均具有非线性的性质。例如，机械系统中的阻尼器，在低速时 可以看作线性的，但在高速时，粘性阻尼力则与运动速度的平方成正 比，而为非线性函数关系。又例如，电路中的电感，由于磁路中铁心 受饱和的影响，电感值与流过的电流呈非线性函数关系。对于包含有 非线性函数关系的系统来说，非线性数学模型的建立和求解，其过程 是非常复杂的。
习题讲解
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第一章P16页思考与习题
第3章进程并发控制作业题参考答案
第3章进程并发控制作业题参考答案作业题题1进程间的互斥与同步表示了各进程间的______。
A.竞争与协作B. 相互独立与相互制约C .临界区调度原则 D. 动态性与并发性题2 若执行信号量S操作的进程数为3，信号量S初值为2，当前值为-1，表示有____个等待相关临界资源的进程。
A 0B 1C 2D 3题 3 由于并发进程执行的随机性，一个进程对另一个进程的影响是不可预测的，甚至造成结果的不正确，_________。
A.造成不正确的因素与时间有关B. 造成不正确的因素只与进程占用的处理机有关C.造成不正确的因素与执行速度无关D. 造成不正确的因素只与外界的影响有关题4 下列机构中不能用于进程间数据通信的是____________。
A.消息B.共享存储区C. 信号量D.管道题5 下面有关管程的说法，不正确的是________A.管程是种进程同步机制B. 管程是一种编程语言成分C. 管程是一种系统调用D.管程比信号量更容易保证并行编程的正确性题6 什么是临界资源和临界区?一个进程进人临界区的调度原则是什么？题7 进程之间存在哪几种制约关系?各是什么原因引起的?下列活动分别属于哪种制约关系?(1)图书馆借书。
属于互斥关系。
(2)两队举行篮球赛。
既有互斥关系，又有同步关系。
(3)流水生产线。
属于同步关系。
(4)乐队演奏。
属于同步关系。
(5)购买火车票。
属于互斥关系。
题8 在生产者消费者问题中，如果将两个P操作即生产者程序流程中的P(buffers)和P(mutex)互换位置.结果会如何? 形成死锁。
题9 试用P、V操作描述下列理发师和顾客之间的同步问题。
某个理发师当没有顾客时，去睡觉；当有顾客来理发，若理发师正在睡觉时，这个顾客会叫醒他，理发师给该顾客理发，理发期间若还有顾客到达则等待理发师依次理发，直到没有顾客到来，理发师又去睡觉。
wakeup,wait,mutex:semaphore;wakeup:=0;wait:=0;mutex:=1;cobegin顾客进程：{p(mutex);rc=rc+1;if(rc==1) v(wakeup);else p(wait);v(mutex);理发;}理发师进程：{P(wakeup);While(rc!=0){理发；p(mutex);rc=rc-1;if(rc!=0)v(wait);v(mutex);}}coend自测题一、选择题1.并发性是指若干事件在______发生。
PLC第三版课后答案
第一章作业参考答案2、何谓电磁机构的吸力特性与反力特性？吸力特性与反力特性之间应满足怎样的配合关系？答：电磁机构使衔铁吸合的力与气隙长度的关系曲线称作吸力特性；电磁机构使衔铁释放（复位）的力与气隙长度的关系曲线称作反力特性。
电磁机构欲使衔铁吸合，在整个吸合过程中，吸力都必须大于反力。
反映在特性图上就是要保持吸力特性在反力特性的上方且彼此靠近。
3、单相交流电磁铁的短路环断裂或脱落后，在工作中会出现什么现象？为什么？答：在工作中会出现衔铁产生强烈的振动并发出噪声，甚至使铁芯松散得到现象。
原因是：电磁机构在工作中，衔铁始终受到反力Fr的作用。
由于交流磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反力Fr 作用下被拉开。
磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时衔铁又被吸合。
这样，在交流电每周期内衔铁吸力要两次过零，如此周而复始，使衔铁产生强烈的振动并发出噪声，甚至使铁芯松散。
5、接触器的作用是什么？根据结构特征如何区分交、直流接触器？答：接触器的作用是控制电动机的启停、正反转、制动和调速等。
交流接触器的铁芯用硅钢片叠铆而成，而且它的激磁线圈设有骨架，使铁芯与线圈隔离并将线圈制成短而厚的矮胖型，这样有利于铁芯和线圈的散热。
直流接触器的铁芯通常使用整块钢材或工程纯铁制成，而且它的激磁线圈制成高而薄的瘦高型，且不设线圈骨架，使线圈与铁芯直接接触，易于散热。
8、热继电器在电路中的作用是什么？带断相保护和不带断相保护的三相式热继电器各用在什么场合？答：热继电器利用电流的热效应原理以及发热元件热膨胀原理设计，可以实现三相电动机的过载保护。
三角形接法的电动机必须用带断相保护的三相式热继电器；Y形接法的电动机可用不带断相保护的三相式热继电器。
9、说明热继电器和熔断器保护功能的不同之处。
答：热继电器在电路中起过载保护的作用，它利用的是双金属片的热膨胀原理，并且它的动作有一定的延迟性；熔断器在电路中起短路保护的作用，它利用的是熔丝的热熔断原理，它的动作具有瞬时性。
过程控制作业复习正式课件
执行器
执行器作用：它将控制器送来的控制信号转换成执行动作， 执行器作用：它将控制器送来的控制信号转换成执行动作，从 而操纵进入设备的能量（操纵变量） 而操纵进入设备的能量（操纵变量），将被控变量维持在所要求的数 值上或一定的范围内。 值上或一定的范围内。
自动控制系统方框图 + 给定值
干扰f 干扰
e
－
t
过程控制系统与仪表 复习
第 2章
被控过程的数学模型
操纵变量
干扰f 干扰
+ 给定值
e
－
控制器
执行器
被控对象
被控量
实测值
变送器
X r i (s)
被控对象
被控变 量
被控过程的数学模型：指被控对象在各输入量作用下， 被控过程的数学模型：指被控对象在各输入量作用下，其响应输出量变化的 函数关系式。 函数关系式。
过程控制系统与仪表 复习
一般控制系统的组成及框图
控制系统由被控对象、检测变送、控制器和执行器等组成 控制系统由被控对象、检测变送、控制器和执行器等组成 被控对象
通常将执行器、被控对象和检测变送环节合并为广义对象。 通常将执行器、被控对象和检测变送环节合并为广义对象。 广义对象
过程控制系统与仪表 复习
控制器
执行器
被控对象
被控变量
实测值
测量变送器
过程控制系统与仪表 复习
调节阀的流量特性
流量特性的定义： 流量特性的定义： 被控介质流过阀门的相对流量与阀 门的相对开度（相对位移） 门的相对开度（相对位移）间的关系称为 调节阀的流量特性。 调节阀的流量特性。
L
Q l = f( ) Qmax L
Q/Qmax —相对流量 l/L — 相对开度 Q
过程控制作业
目录1 控制对象及目标 (1)2 系统对象描述 (1)2.1 多联机空调系统 (1)2.2 数码涡旋机 (1)3 系统结构 (2)4 软件结构 (3)4.1 制冷剂总量控制 (4)4.2 单个会议室温度控制 (5)5 操作结构 (6)6 通讯结构 (8)7 下一步工作 (10)1 控制对象及目标空调装置是数码涡旋的多联机系统，室外机有定频机3台，功率为25kw，数码涡旋机1台功率为0-30kw。
室内机20台，与室外机进行CAN总线通讯。
设计一个空调多联机系统，并对其进行控制，设计控制系统的目标是室内温度波动小于±1.5度，尽可能节能。
2 系统对象描述2.1 多联机空调系统多联机空调系统也成为家用中央空调VRV系统（或简称为多联机），是户用中央空调的一个类型。
我国标准GB/T18837-2002对多联机作了以下的定义：一台或数台风冷室外机可连接数台不同或相同型式容量的直接蒸发式室内机构成单一制冷循环系统，它可以向一个或数个区域直接提供处理后的空气。
通过对制冷系统的优化设计和控制方式的改善，多联机空调机可以精确地控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内各换热器的制冷剂流量，适时地满足室内冷、热负荷的要求。
与传统中央空调相比，多联机既可单机单独控制、又可群组控制，克服了传统中央空调只能整机运行、调节范围有限、低负荷时运行效率不高的弊病；而与水系统中央空调相比，省去了主机房、冷却塔、水输配系统等设备，没有水管漏水隐患；与空气系统（管道机）相比，则省去了风管的安装。
而且它一改传统中央空调操作复杂的面目，使操作变得十分简单。
2.2 数码涡旋机由于空调系统大部分时间是出于部分负荷下工作的，因此采用变容量调节技术对空调系统的节能效果是比较显著的。
目前多联机采用的变容量调节技术的方式主要有：变频技术、数码涡旋技术及能量控制技术。
本系统采用的是数码涡旋技术，数码涡旋压缩机由美国谷轮公司于1995年成功研制。
数码涡旋压缩机的定涡旋顶部装有一个活塞，活塞顶部有一个容量调节腔。
过程控制作业答案
作 业第二章：2-6某水槽如题图2—1所示。
其中A 1为槽的截面积，R 1、R 2均为线性水阻，Q i 为流入量,Q 1和Q 2为流出量要求： (1）写出以水位h 1为输出量，Q i 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。
解：1）平衡状态： 02010Q Q Q i+=2）当非平衡时： i i iQ Q Q ∆+=0;1011Q Q Q ∆+=；2022Q Q Q ∆+=质量守恒：211Q Q Q dthd A i ∆-∆-∆=∆对应每个阀门,线性水阻：11R h Q ∆=∆；22R h Q ∆=∆ 动态方程:i Q R hR h dt h d A ∆=∆+∆+∆2113） 传递函数：)()()11(211s Q s H R R SA i =++1)11(1)()()(211+=++==Ts KR R S A s Q s H s G i这里：21121212111111R R A T R R R R R R K +=+=+=；2—7建立三容体系统h 3与控制量u 之间的动态方程和传递数,见题图2-2。
解：如图为三个单链单容对像模型。
被控参考△h 3的动态方程： 3233Q Q dth d c ∆-∆=∆；22R h Q ∆=∆；33R hQ ∆=∆; 2122Q Q dth d c ∆-∆=∆;11R h Q ∆=∆ 111Q Q dth d c i ∆-∆=∆ u K Q i ∆=∆2Q11得多容体动态方程：uKR h dth d c R c R c R dt h d c c R R c c R R c c R R dt h d c c c R R R ∆=∆+∆+++∆+++∆333332211232313132322121333321321)()(传递函数：322133)()()(a s a s a s Ks U s H s G +++==;这里：32132133213213321321332211232132131313232212111;c c c R R R kR K c c c R R R a c c c R R R c R c R c R a c c c R R R c c R R c c R R c c R R a ==++=++=2-8已知题图2-3中气罐的容积为V,入口处气体压力，P 1和气罐 内气体温度T 均为常数.假设罐内气体密度在压力变化不大的情况下,可视为常数，并等于入口处气体的密度；R 1在进气量Q 1变化不大时可近似看作线性气阻。
过程控制课后作业答案
由待定系数法可得： A MK
B MK
2 1
1 2
MK
2 2
C
1 2
最后由拉斯反变换可得：
y ( t ) MK (1
方法二：
y ( t ) MK [1 e
1 1 2
t
t
e
1
2 1 2
1
2
t
e
2
)
(cosh
Gc
1 2
2 K p
(1
1 ( 1 2 ) s
1 2
( 1 2 )
s)
K c (1
Is
D s)
所以，这是一个PID控制器，
8. 利用例5.7A得出的参数，仿真例5.7C的时间响应 Matlab程序： alfa=0.1; kc=4.9; taui=2.0; taud=0.31; Gc=tf(kc*[taui*taud,(taui+taud),1],[alfa*taui*taud,taui,0]); td=0.725; Gm=tf([-td/2 1],[td/2,1]); Km=2.6; Gp=tf(0.8,[4 1]); Ga=tf(0.6,[0.2 1]); Gc1=feedback(Km*Gc*Ga*Gp,Gm); step(Gc1); 分别代入下列每组参数： Cohen-Coon Ziegler-Nichols ITAE (Set point) Ciancone-Marlin (Set point)
第三章作业
1.求 y ( t ) / M k p 1 e t / 在 t
p
/
p
过程工程基础作业(1、2章)
2－17在过程辨识中，怎样来确定过程数学模型的阶次n和滞后时间 0 ？
答：在过程辨识中，可通过如下的辨识过程来实现确定过程数学模型的阶次n和 滞后时间。
数据
设定模型阶次n
设定纯滞后时间 0
对设定的n和 0 应用最小二乘法求
^
n＋ 1
0＋1
计算残差e和误差函数J
求最小误差函数J
0 是否最佳？
2－3从阶跃响应曲线看，大多数被控过程有何特点？ 答：从阶跃响应曲线来看，大多数被控过程的特点是：被控量的变化往往是不振 荡的、单调的、有滞后和惯性的。
2－2什么是过程通道？什么是过程的控制通道和扰动通道？它的数学模型是否 相同？
问题一：被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道。 问题二：过程的控制通道：控制作用与被控量之间的信号联系。 过程的扰动通道：扰动作用与被控量之间的信号联系。 问题三：他们的数学模型不一样，因为过程通道、控制通道和扰动通道所表示的 环节不是同一个。
2－7什么是过程的滞后特性？过程滞后包含哪几种？有何特点？ 问题一：当被控过程受到扰动作用，被控量没有马上随着扰动的变化而变化，而 是经过一段滞后时间之后，才以较大的速率发生变化称过程的滞后特性。 问题二：过程滞后包含容量滞后和纯滞后。 问题三：容量滞后所引起的被控量在容量滞后时间内是有变化速率的，而纯滞后 所引起的被控量在纯滞后时间内的变化速率等于零。
2－1何谓被控过程及其数学模型？模型一般分为哪几类？它与过程控制有 何关系？ 1：被控过程是指正在运行中的多种多样的被控制的生产工艺设备。 被控过程的数学模型是指过程在各输入量（包括控制量与扰动量）作用下，其 相应的输出量（被控量）变化函数关系的数学表达式。 2：过程的数学模型有两种，一是参数模型，如阶跃响应曲线等用曲线表示的； 二是参数模型，如微分方程等用数学方程式或函数表示的。 3： 过程控制系统的品质是由组成系统的各个环节的结构及其特性所决定的。 过程数学模型是过程控制系统设计和应用的重要资料。
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第一章作业常用的评价控制系统动态性能的单项性能指标有哪些它与误差积分指标各有何特点答：(1)衰减率ψ、超调量σ、稳态误差e ss、调节时间t s、振荡频率ω；(2)单项指标用若干特征参数评价系统优劣，积分指标用误差积分综合评价系统优劣。
什么是对象的动态特性为什么要研究对象的动态特性答：(1)指被控对象的输入发生变化时，其输出（被调量）随时间变化的规律；(2)实现生产过程自动化时，对象的动态特性可以为控制工程师设计出合理的控制系统满足要求提高主要依据。
通常描述对象动态特性的方法有哪些答：微分方程或传递函数。
过程控制中被控对象动态特性有哪些特点答：无振荡、稳定或中性稳定、有惯性或迟延、非线性但在工作点附近可线性化。
某水槽水位阶跃响应实验为：其中阶跃扰动量Δμ=20%。
(1)画出水位的阶跃响应曲线；(2)若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。
解：MATLAB编程如下：%作出标幺后的响应曲线t=[ 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 400 ];h=[ 0 18 33 45 55 63 78 86 95 98 ];x=0::400;y=interp1(t,h,x,'spline'); %三次样条函数据己知的t、h插出x的值yy=y/y(end); %输出标幺plot(x,yy,'k');xlabel('t/s');ylabel('h/mm');title('阶跃响应曲线','fontsize',10);grid;%找出最接近和的点less1=find(yy<=;more1=find(yy>=;front1=less1(1,end);behind1=more1(1,1);cha11=(1,front1);cha12=yy(1,behind1);if cha11<=cha12t1=x(1,front1)elset1=x(1,behind1)endless2=find(yy<=;more2=find(yy>=;front2=less2(1,end);behind2=more2(1,1);cha21=(1,front2);cha22=yy(1,behind2);if cha21<=cha22 t2=x(1,front2) elset2=x(1,behind2) end%求增益K 和时间常数T K=y(end)/20 T=2*(t2-t1)(1)水位的阶跃响应曲线如图：t/sh /m m阶跃响应曲线(2)计算结果如下：>> GK1_11 t1 = t2 = K = T =则该水位对象用一阶惯性环节近似后，得其增益K=，时间常数T≈。
已知温度对象阶跃响应实验结果如下表：其中阶跃扰动量Δq=1t/h。
试用二阶或n阶惯性环节写出它的传递函数。
解：由表可知，t =30 s时θ=℃，显然存在粗大误差，故将此数据剔除。
MATLAB编程如下：%作出标幺后的响应曲线t=[ 0 10 20 40 50 60 70 80 90 100 150 ];theta=[ 0 ];x=0::150;y=interp1(t,theta,x,'pchip'); %三次函数据己知的t,theta插出x的值yy=y/y(end); %输出标幺plot(x,yy,'k'); xlabel('t/s'); ylabel('θ/℃');title('阶跃响应曲线','fontsize',10); grid on;%找出最接近和的点less1=find(yy<=; more1=find(yy>=;front1=less1(1,end); behind1=more1(1,1);cha11=(1,front1); cha12=yy(1,behind1);if cha11<=cha12t1=x(1,front1)elset1=x(1,behind1)endless2=find(yy<=; more2=find(yy>=; front2=less2(1,end); behind2=more2(1,1); cha21=(1,front2); cha22=yy(1,behind2); if cha21<=cha22 t2=x(1,front2) elset2=x(1,behind2) end%求增益K 和时间常数T tt=t1/t2 K=y(end)/1 T=(t2+t1)/4温度的阶跃响应曲线如图：t/sθ/℃阶跃响应曲线计算结果如下：>> GK1_14 t1 = t2 =tt = K = 2 T =因为tt=t 1/ t 2≈，据表1-1取n =4。
则该温度对象用四阶惯性环节近似后，得其增益K =2，时间常数T ≈，传递函数为4)1s 648.7(1)s (G +=第二章作业试确定题图中各系统调节器的正、反作用方式。
答：(a )加热炉温度控制系统：燃料调节阀是气开式，则K v >0；燃料增加时温度上升，则G p (s )的K >0；前两者为正，则G c (s )的K c >0,即调节器为反作用方式。
(b )锅炉汽包液位控制系统：给水调节阀是气关式，则K v <0；给水增加时液位上升，则G p (s )的K >0；前两者一负一正，则G c (s )的K c <0,即调节器为正作用方式。
什么是调节器的动作规律P 、I 、D 控制规律各有何特点答：(1)指调节器在动态中输入变化量e 与输出变化量u 之间的关系； (2)P 控制规律：调节作用及时，偏差一旦产生，调节器立即使被控参数朝着减小偏差的方向变化，K c 增大则控制作用增强；有差调节，K c 增大则静差减小；但K c 过大会引起振荡，导致系统不稳定；I 控制规律：调节作用不及时，T I 减小则控制作用增强；无差调节，只要偏差存在，调节器就一直调整输出直至偏差为零；积分作用使系统稳定性变差；D 控制规律：输出量与输入量的变化速度成正比，调节过程结束后偏差的变化速度为零，无论偏差多大调节器都不作用。
某电动比例调节器的测量范围为100-200℃，其输出为0-10mA 。
当温度从140℃变化到160℃时，测得调节器的输出从3mA 变化到7mA 。
求该调节器比例带。
解：50%0.50-103-7100-200140-1601212====min max minmax u -u u -u y -y y -y δ 某水槽液位控制系统如题图。
已知：F =1000cm 2，R =cm 2，调节阀为气关式，其静态增益|K v |=28cm 3/s·mA，液位变送器静态增益K m =1mA/cm 。
(1)画出该系统的传递方框图；(2)调节器为比例调节器，其比例带δ=40%，分别求出扰动ΔQ d =56cm3/s 以及定值扰动Δr =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)的结果，总结对系统残差的影响；(4)液位调节系统改用PI 调节器后，h 的残差又是多少 解：(1)其中，T =CR =FR =1000*=30s ，K =R =cm 2G p (s )=K/(Ts+1)=(30s +1)(2)调节阀是气关式，则K v <0；G p (s )的K >0且K m >0，则G c (s )的K c <0cm 0.160.03%))(-1/40(-2810.5)()()(1/1)()()()()(11)()(cm -0.540.03%))(-1/40(-2810.0356-)()()(1/1)()()()()(1)()()(≈⋅+=∞=∞+=⋅⋅=∞⇒+=≈⋅+⋅=∞=∞+=⋅⋅=∞⇒+=→→m r r v m r 0s r p c v m r m Q Q v m dm d d Q 0s Q p c v m p m d Q K e h K K K r s r s r s e s lim e s G s G K K s r s e K e h K K K Q K -K s Q s Q s e s lim e s G s G K K s G -K s Q s e ΔδΔΔΔδΔΔ(3)类似(2)的计算cm0.2940.03%))(-1/120(-2810.5)()(cm -0.9880.03%))(-1/120(-2810.03-56)()(≈⋅+=∞=∞≈⋅+⋅=∞=∞m r r m Q Q K e h K e h ΔΔ 总结：比例带增大会导致残差增大。
(4)h 的残差为零，因为PI 调节器的积分作用为无差调节。
被控对象传递函数为G (s )=K/s (Ts+1),如采用积分调节器，证明：积分速度S o 无论为何值，系统均不能稳定。
证：令1+G c (s )G (s )=1+[S o /s ][K/s (Ts+1)]=0 Ts 3+s 2+KS o =0 劳斯判据表：s 3T 0s 21 KS os 1 -TKS o s 0KS o根的分布：左半平面1个，右半平面2个 所以可知，S o 无论为何值，系统均不能稳定。
一个自动控制系统，在比例控制的基础上分别增加:适当的积分作用；?适当的微分作用。
试问：(1)这两种情况对系统的稳定性、最大动态偏差、残差分别有什么影响(2)为了得到相同的系统稳定性，应如何调整调节器的比例带δ并说明理由。
答：(1)I：稳定性变差，最大动态偏差变大，消除残差；D：稳定性变好，最大动态偏差减小，不能消除残差。
(2)I：因积分调节使系统稳定性变差，故可适当增大比例带，减弱比例调节作用；D：因为微分调节使系统稳定性变好，故可适当减小比例带，增强比例调节作用。
比例微分控制系统的残差为什么比纯比例控制系统的小答：微分调节总是试图抑制被调量振荡，可以提高系统的稳定性。
在保持衰减率不变的情况下，适度引入微分作用后，可以允许减小比例带。
而比例带减小，静差则减小。
微分动作规律对克服被控对象的纯迟延和容积迟延的效果如何答：纯迟延对象：在延迟时间段由于对象不发生变化，故微分作用在此阶段不起作用。
此段时间过后对象的变化速率一定，故微分作用起作用，且强度保持不变；容积迟延对象：对象从一开始便一直变化，且变化速率不定，故此阶段内微分作用存在且随时间变化。
最后对象不再变化时，微分作用消失，不再起作用。
第三章作业为什么要对控制系统进行整定整定的实质是什么答：(1)不同的被控对象对调节器的特性要求不同，系统能否在最佳状态下工作，主要取决于控制器各参数的设置是否得当；(2)通过调整控制器的这些参数，使其特性与被控对象特性相匹配，以达到最佳的控制效果。