《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℃

衰减比：5：1

振荡周期：15min

调整时间：22min

第二章思考题与习题

2.1 求取图2-55所示电路的传递函数，图中物理量角标i代表输入，o代表输出。

a）b）

图2-55 习题2.1图

a）（由分压公式求取）

上式中，，。

b）

上式中，，

2.2 惯性环节在什么条件下可近似为比例环节？又在什么条件下可近似为积分环节？惯性环节在T很小的时候可近似为比例环节；T很大的时候条可近似为积分环节。

2.3 一个比例积分环节和一个比例微分环节相连接能否简化为一个比例环节？

一个比例积分环节和一个比例微分环节相连接不能简化为一个比例环节。

2.4 化简图2-56a、b、c所示系统的框图，并求取系统的闭环传递函数。

习题2.4图a）

a）

习题2.4图b ）

b ）

R

习题2.4图c ）

c ）

2.5 已知系统的零极点形式的传递函数如下，试将其输入到MATLAB 的工作空间中，并转换成有理函数形式。

)

4)(

3)(2()

1(10)(++++=

s s s s s s G

有理函数式：s

s s s s s G 2426910

10)(234++++=

2.6 求下列两个传递函数在串联、并联和负反馈连接时的等效传递函数。

321

)(2

1+++=

s s s s G 11

)(2+=s s G

（1）串联时的等效传递函数

（2）并联时的等效传递函数

()3

534422

32+++++=s s s s s s G （3）负反馈连接时的等效传递函数

或

2.7已知系统的开环传递函数如下所示，判别各闭环系统的稳定性。 ①)

11.0(40

)(+=

s s s G

闭环传递函数：40

1.040

)(2

++=

Φs s s 特征方程：4010)(2

++=s s s N

特征根：j j s 4.19515552,1±-=-±-= 根的实部为负，系统稳定。 ②2100

)(s

s G =

闭环传递函数：100

100

)(2

+=

Φs s 特征方程：100)(2

+=s s N 特征根：j s 102,1±= 根的实部为0，系统不稳定。 ③)

11.0()

101.0(10)(2

++=

s s s s G 闭环传递函数：10

1.01.010

1.0)(2

3++++=

Φs s s s s 特征方程：10010)(2

3

+++=s s s s N 特征根：j s 338.02,1±=，s 3=-10.8

实根为负，但两个虚根的实部为正，系统不稳定。

）（321

)(2

++=s s s G 421)(2

+++=s s s s G ()

()14232)(22+++++=s s s s s s G

④)

11.0()

14.0(10)(2

++=

s s s s G 闭环传递函数：10

41.010

4)(2

3++++=

Φs s s s s 特征方程：1004010)(2

3

+++=s s s s N 特征根：j s 5.39.12,1±-=，s 3=-6.1 实根为负，两个虚根的实部为负，系统稳定。 ⑤)

16.0)(15.0)(14.0()

145.0(10)(++++=

s s s s s G

闭环传递函数：67

.9150167.633

.835.37)(23++++=

Φs s s s s

特征方程：67.9150167.6)(2

3

+++=s s s s N 特征根：j s 1.697.12,1±-=，s 3=-2.2 实根为负，两个虚根的实部为负，系统稳定。

2.8 试绘制下列系统的对数频率特性曲线。 ①1

25

)(+=

s s G 由一个比例环节和一个惯性环节组成。 （1）对数幅频特性的绘制

低频段：K=5，()dB K L 14lg 201===ωω，斜率为0dB/dec 。

中高频段：T=2s ，则交接频率ω=0.5rad/s 。

在低频段为0dB/dec 的直线，经ω=0.5rad/s 处，遇一惯性环节，降低20dB/dec ，成为-20dB/dec 的斜线。

（2）对数相频特性的绘制

交接频率ω=0.5rad/s 处绘制惯性环节的-45︒位置。