过程控制与自动化仪表-第四章-解析法建模

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电子教案与课件：《过程控制及自动化仪表》电子课件第四章 4.2

角行程电动执行机构的输出轴输出角位移，转动角度范围小于360o, 通常用来推动蝶阀、球阀、偏心旋转阀等转角式控制阀。
多转式电动执行机构的输出轴输出各种大小不等的有效圈数，通常用于推动闸阀或由执行电动机带动旋转式的调节机构，如各种泵等。
控制阀
1 控制阀（调节阀）结构
控制阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。
(f) 蝶阀
又名翻板（挡板）阀，如图411(f) 所示。它是通过杠杆带动挡板轴使挡板偏转，改变流通面积，达到改变流量的目的。蝶阀具有结构简单、重量轻、价格便宜、流阻极小的优点，但泄漏量大。适用于大口径、大流量、低压差的场合，也可以用于浓浊浆状或悬浮颗粒状介质的调节。
(g) 隔膜控制阀
执行机构气动执行器的执行机构和机构主要分为薄膜式和活塞式。
薄膜式
活塞式
正作用形式: 信号压力增大, 推杆向下。反作用形式: 信号压力增大, 推杆向上。
这种执行机构的输出位移与输入气压信号成比例关系。当压力与弹簧的反作用力平衡时,推杆稳定在某一位置,信号压力越大,推杆的位移量也越大。(推杆的位移即为执行机构的直线输出位移,也称行程。)
气动：
气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，其执行机构有薄膜式和活塞式两类。活塞式行程长，适用于要求有较大推力的场合，而薄膜式行程较小，只能直接带动阀杆。化工厂一般均采用薄膜式。（习惯称为气动调节阀)是用压缩空气为能源，结构简单、动作可靠、平稳、输出推动力大、维修方便、防火防爆、价格较低、广泛应用于化工、炼油生产。
正作用：阀芯向下，阀杆向下，流通面积减少。

过程控制与自动化仪表说课PPT课件

工业过程的控制。
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师资队伍
自动化专业现有专职教师5名，兼职教师3名。其中副教授2名，高级工程师1名，讲师3名，工程师1名，完全满足理论与实践教学需要。
教学条件
过程控制与仪表现有检测实验室，化工仪表实训室，仿真机房，以及多媒体教室，完全满足教学需要。
与新疆金特，广汇等企业进行合作，建立各种实训基地，满足学生实习需求。
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教学资源
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教材
高职高专“十一五”规划教材
作者：武平丽主编出版社：化学工业出版社出版时间：2007-6-1
本书以控制系统为体系，将过程参数检测变送、显示记录及控制仪表作为组成系统的相应环节，力求完整体现过程控制的整体内容。在参数检测方面，深入浅出地介绍了检测原理及方法；依据其代表性及发展趋势，介绍了目前生产中广泛应用的检测仪表。在控制仪表方面，根据生产实际情况，介绍了模拟、数字控制器和电动、气动执行器。在控制系统方面，着重介绍简单控制系统和几种常用复杂控制系统的设计，以及分布式控制系统（DCS）的硬件和软件体系构成与目前国内常见的几种分布式控制系统（DCS）。此外，还简要介绍了显示记录仪表。最后介绍了典型
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课时分配
学习项目一预计参考学时为4学时，学习项目二预计参考学时为12学时，学习项目三预计参考学时为4学时，学习项目四预计参考学时为14学时。学习项目五预计参考学时为12学时，学习项目六预计参考学时为8学时。
共计48学时，其中理论学时44学时，实践学时4 学时。
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前导与后续课程
生产实训
过程控制与自动化仪表
高等数学

《自动化仪表与过程控制》课程教案

大学教案(首页)院(系)：电子工程教研室(系)：自动化大学教案学时：2学时：4学时：4大学教案学时：2本章思考题和习题习题：1-5思考题：哪一种形式的仪表是根据压电效应实现压力测量的思考题：电容式差压变送器测量部分如图所示，问其中哪部分是作为测量膜片的电容动极片？主要参考资料范玉久.《化工测量及仪表》.化学工业出版社吴九辅.《现代工程检测及仪表》.石油工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编.《注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2本章思考题和习题某流量自动控制系统，用纯比例控制器进行控制。

图示为采用不同比例度时系统的过渡过程（其中曲线b、c为比较满意的控制结果）。

试判断四条过渡过程曲线中哪一条对应的比例度最大？A 曲线aB 曲线bC 曲线cD 曲线d主要参考资料历玉鸣，《化工仪表及自动化》，化学工业出版社赵玉珠，《测量仪表与自动化》，石油大学出版社张宝芬，《自动检测技术及仪表控制系统》，化学工业出版社周泽魁，《控制仪表与计算机控制装置》，化学工业出版社康光华，《电子技术基础》，高等教育出版社备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2本章思考题和习题习题：4-3，4-5思考题：图为贮罐液位控制系统，为安全起见，贮罐内液体严禁溢出。

当选择流出量Q 为操纵变量时，其控制阀和控制器分别应如何选择作用方向？（A）气关式、正作用（B）气开式、正作用（C）气关式、反作用（D）气开式、反作用主要参考资料历玉鸣.《化工仪表自动化》.第三版. 化学工业出版社吴九辅.《仪表控制系统》.石油工业出版社刘巨良.《过程控制仪表》.化学工业出版社侯志林.《过程控制及自动化仪表》.机械工业出版社天津大学化工学院主编《.注册化工工程师执业资格考试基础考试(下)复习教程与模拟试题》. 天津大学出版社.备注大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：2大学教案学时：241。

培训课件过程控制第四章复杂过程控制系统-比值控制4.ppt

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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
3、工作过程 • 稳定状态下…… • 主动量变化时…… • 从动量由于干扰而变化时……
4、优缺点优点：不但能实现从动量跟随主动量变化，而且能
克服从动量本身干扰对比值的影响等。缺点：主动量不受控。
• 在有些生产过程中，要求两种物料流量的比值随第三个变量的变化而变化。
•为了满足上述生产工艺要求，开发并应用变比值控制。 2、系统结构：如下图所示 3、变比值控制的含义
变比值控制系统是一个以第三个变量为主变量(质量指标)、以两个流量比为副变量的串级控制系统。
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自动化仪表与过程控制
§4-4-2 比值控制系统的结构类型
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§4-4-3 比值控制系统设计
自动化仪表与过程控制
② 将对生产负荷起关键作用的物料流量作为主动量。 ③ 从安全角度出发，分析两种物料流量分别在失控情况下，看哪一种情况必须保持比值一定，就将这种情况下的那种物料流量作为主动量较为合适。
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§4-4-3 比值控制系统设计
自动化仪表与过程控制
自动化仪表与过程控制
第四章复杂过程控制系统
§4-4 比值控制 §4-4-1 比值控制原理 §4-4-2 比值控制系统的结构类型 §4-4-3 比值控制系统设计 §4-4-4 比值控制系统整定 §4-4-5 应用举例
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§4-4-1 比值控制原理
自动化仪表与过程控制
一、方法的产生
在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成

过程控制系统教学大纲精选全文完整版

可编辑修改精选全文完整版教学大纲英文课程名称：Process Control课程编号：0201508总学时：48 （其中理论课学时：44 实验学时：4）总学分：3先修课程：微机原理与接口技术、自动控制理论Ⅰ、检测仪表及检测技术适用专业：自动化开课单位：电子信息与控制工程学院自动化教研室执笔人：张新荣审校人：刘星萍一、课程教学内容第一章绪论第一节过程控制系统的组成及其分类简单控制系统的组成；控制系统按照给定信号分类；按照控制结构分类。

第二节过程控制系统的特点第三节过程控制系统的质量指标第四节过程控制系统的发展概况自动化控制系统的几个发展时期的时间。

第二章被控过程的数学模型第一节概述建立被控过程数学模型的目的；被控过程数学模型的类型。

第二节解析法建立过程的数学模型单容水槽过程、双容水槽过程数学模型机理建模方法；液阻、液容的概念；阶跃响应曲线特点；有时延单容水槽过程、有时延双容水槽过程数学模型；多容过程数学模型。

第三节响应曲线辨识过程的数学模型由对象阶跃响应曲线用作图法及两点法确定对象的传递函数。

第三章变送单元第一节概述变送的基本概念。

各种差压变送器结构、原理、特点。

第三节温度变送器温度变送器组成、工作原理及线性化原理。

第七节微型化、数字化和智能化变送器变送器的发展趋势；各种微型化、数字化和智能化变送器的结构、原理。

第四章调节单元概述调节器基本概念；PID控制规律；各控制规律的特点；参数改变对控制质量的影响。

第一节 DDZ—Ⅲ型调节器DDZ-Ⅲ型调节器输入部分；PI部分；PD部分；硬手动；软手动电路；输出部分工作原理。

第二节改进型调节器抗积分饱和调节器；微分先行PID调节器；比例微分先行PID调节器。

第三节数字式调节器数字式调节器组成、特点、应用。

第五章执行单元第一节概述执行器的作用；执行器的分类。

第二节电动执行机构电动执行机构结构、工作原理。

第三节气动执行机构气动执行机构结构、工作原理、作用形式。

第四节气动薄膜调节阀调节阀的工作原理；调节阀的分类；调节阀的选择。

厉玉鸣第四版本科化工仪表及自动化第4章最终版

化工仪表及自动化
5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
化工仪表及自动化
5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响三、积分控制
①积分调节规律(I) ②比例积分控制规律(PI) ③积分时间对系统过渡过程的影响
化工仪表及自动化
5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
值过小
系统反应过于灵敏，容易造成过度调节，产生大幅振荡。
值过大
系统反应过于迟钝，调节时间长，余差大。
值适中
经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，有一定的余差。
图4-8 比例度对过渡过程的影响
化工仪表及自动化
5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
② 比例度是指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。
e p / 100 % x x p p max min max min
（4-5）
具体意义：使控制器输出变化满刻度时，输入偏差变
化对应于指示刻度的百分数。
化工仪表及自动化
5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
KP:输出量与被控量的差值的比例系数。它是一个重要 ① 的
系数，它决定了比例控制作用的强弱。改变杠杆支点O的位置即可改变原调节器的放大倍数。
①比例放大倍数(Kp) ②比例度
化工仪表及自动化
5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响
化工仪表及自动化
5.自动控制仪表 4.
4.2 基本控制规律及其对系统过渡过程的影响

过程控制与自动化仪表第三版课后答案

第1章思考题与习题1．基本练习题（1）简述过程控制的特点。

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（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0.02 ~0.1MPa；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图1-3 加热炉过程控制系统流程方框图（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？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：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数：1100%()y y σ=⨯∞ 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 t ：系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的5%±（2%±）范围内所需要的时间；振荡频率n ω：过渡过程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时间间隔叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；上升时间p t ：系统从干扰开始到被控量达到最大值时所需时间；峰值时间p t ：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。

过程控制及自动化仪表-复习重点知识点

1, 测量温度的方法：接触式，非接触式。

2, 热电偶：当两种不同导体货半导体连接成闭合回路时，若两个节点温度不同，回路中就会出现热电动势并产生电流。

3, 第三导体定律：除热电偶A, B两种导体外，又插入第三种导体C组合成闭合回路，只要插入的第三种导体的两个接点温度相等，它的接入对回路毫无影响。

4, 测量某一点压力及大气压力之差，当这点的压力高于大气压力时，此差值称为表压。

5, 利用弹性元件受压产生变形可以测量压力。

常用的弹性测压元件有：弹簧管（常用）, 水纹管及膜片三类。

6, 流量检测仪表：节流式流量计(在管道中放入肯定的节流元件，依据节流元件的推力或在节流元件前后形成的压差测量)分为：压差, 靶式, 转子流量计。

7, 热导式气体分析仪是一种物理式的气体分析仪。

依据不同气体具有不同的热传导实力这一特性，通过测定混合气体的导热系数，推算出其中某些成分含量。

（0度时H2为7.150，He为7.150）8, 调整器的作用：把测量值和给定值进行比较，依据偏差大小，按肯定的调整规律产生输出信号，推动执行器，对生产过程进行自动调整。

9, 调整规律：他的输出量及输入量（偏差信号）之间具有什么样的函数关系。

10, 比例调整特点：对干扰有及时而有力的抑制作用，但存在静态误差，是一种静差调整。

11, 积分调整特点：能够消退静差，即当有偏差存在时积分输出将随时间变化，当偏差消逝时输出能保持在某一值上不变。

但动作过于缓慢，过渡过程时间长，易造成系统不稳定。

12, 微分调整器：能在偏差信号出现或变化瞬间，马上依据变化趋势，产生调整作用，是偏差尽快的消退于萌芽状态之中。

但对静态片差毫无抑制实力，不能单独运用。

13, 在PID三作用调整器中，微分作用主要爱用来加快系统动作速度，削减超调，克服震荡。

积分作用主要用来消退静态误差。

将比例, 积分, 微分三种调整规律结合在一起，即可达到快速灵敏，又可达到平稳精确，只要协作得当便可得到满足的调整效果。

2024版自动化仪表与过程控制培训教材

01
反馈控制原理
将被控变量的测量值与设定值进行比较，根据偏差进行调节，使
被控变量稳定在设定值附近。
02
前馈控制原理
根据扰动量的大小和方向，提前对系统进行调节，以减小或消除
扰动对被控变量的影响。
03
过程控制方法
包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等，根据被控对象的特点和控制要求选择合适的控制方
制定维护保养计划表
将维护保养内容按照周期进行排列，形成计划表，方便执行和检查。
明确维护保养内容
包括仪表的清洁、润滑、紧固、调整以及防腐等。
常见故障类型及诊断方法
01
仪表无指示或指示异常
检查电源、信号线路、传感器等是否正常，判断是否为仪表
内部故障。
02
仪表控制失灵
检查控制阀门、执行器等是否正常，判断是否为控制系统故
自动化仪表与过程控制培训教材
目录
• 自动化仪表概述 • 过程控制基本原理 • 自动化仪表选型与安装 • 过程控制系统设计与实施 • 自动化仪表维护与故障排除
目录
• 过程控制系统优化与升级 • 培训教材编写与使用方法
01
自动化仪表概述
自动化仪表定义与分类
01
自动化仪表定义
02
自动化仪表分类
自动化仪表是一种能够自动完成测量、控制、显示、记录等功能的设备，广泛应用于各种工业自动化领域。
性能评估模型构建
03
基于数据分析，构建性能评估模型，对系统性能进行量化评估。
优化策略制定及实施效果评估
1 2
瓶颈分析针对系统性能瓶颈，进行深入剖析，找出制约因素。
优化方案制定根据瓶颈分析结果，制定针对性的优化方案。

过程控制及仪表(邵裕森版)答案

系统误差是指测量仪表本身或其他误差是指在测量中所出现的没有规律的误差。疏忽误差是指观察人员误读或不正确使用仪器与测试方案等人为因素所引起的误差。（3）基本误差、附加误差、和允许误差。基本误差是指仪表在规定的正常工作条件下所具有的误差。如通常在正常工作条件下的示值误差就是基本误差。附加误差是指仪表超出规定的正常工作条件时所增加的误差。如仪表的工作温度超过规定的范围时，将引起温度附加误差。允许误差是指仪表的示值或性能不允许超过某个误差范围。它是一个许可的误差界限。 3.什么是检测仪表的精度、变差、灵敏度和灵敏限？答仪表精度=绝对误差的最大值/仪表量程变差=(x1-x2)max/仪表量程×100%
第二个阶段。在 60 年代，随着工业生产的不断发展，对过程控制提出了新的要求；随着电子技术的迅速发展，也为自动化技术工具的完善提供了条件，开始了过程控制的第二个阶段。在仪表方面，开始大量采用单元组合仪表（包括电动和气动）。为了满足定型、灵活、多功能的要求，又出现了组装仪表，它将各个单元划分为更小的功能块，以适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统要求。与此同时，计算机控制系统开始应用于过程控制领域，实现了直接数字控制（DDC）和设定值控制（SPC）。在过程控制系统方面，为了提高控制质量与实现一些特殊的控制要求，相继出现了各种复杂控制系统，例如串级、比值和均匀控制的应用，尤其是前馈和选择性控制系统的应用，是复杂控制系统达到一个新的水平。在过程控制理论方面，除了仍然采用经典控制理论解决实际生产过程遇到的问题外，现代控制理论开始应用，控制系统由单变量系统转向多变量系统，以解决实际生产过程遇到的更为复杂的问题。
灵敏度=
灵敏限：引起仪表示值发生变化的可测参数的最小变化量。 4.什么是一次测量？什么是一次仪表和二次仪表？

过程控制第四章

Process Control System & Instrumentation
第二节
过程特性对控制品质的影响
Process Control System & Instrumentation
数学模型的放大系数K

在数值上等于过程处于稳定状态时输出变化量与输入变化量之比，是描述过程静态特性的参数。放大系数愈大，表示控制作用愈灵敏。但放大系数太大，会使控制作用对被控变量的影响过强，使系统的稳定性下降。选择被控过程的放大系数可适当大一些，但可由控制器的放大系数来补偿。扰动通道的静态放大系统Kf 太大，对控制不利。
Process Control System & Instrumentation
数学模型的时间常数 T

时间常数 T 是被控过程中的一个重要动态参数。时间常数 T 一般是因为物料或能量的传递受到一定的阻力而引起的反映被控变量变化快慢。当被控过程受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。当被控过程受到阶跃输入作用后，被控变量达到新稳态值的 63.2% 所需时间。

干扰作用至被控变量的信号通道可称为干扰通道。过程的数学模型可分为稳态数学模型和动态数学模型。稳态数学模型描述过程在稳态时，其输入量和输出量之间的关系，而动态数学模型描述过程在输入量改变后输出量的变化情况，过程的稳态是过程的动态结束达到平衡时的状态。过程的数学模型按功能可以分为参量模型和非参量模型。
被控过程

被控过程多种多样，如化学反应器、精馏塔、锅炉、液体储罐、加热器、压力容器等等形形色色的生产设备。被控过程是过程控制系统四大基本组成部分中的一部分，占有较重要的地位。被控过程可用数学模型描述其控制特性。被控过程的数学模型是指被控过程在输入（控制量或扰动量）作用下，其输出（被控量）随输入变化的定量数学函数关系表达式，常用传递函数表示。

《过程控制与自动化仪表》课程标准

《过程控制与自动化仪表》课程标准课程编号：0713023504 (统一填写)适用专业：生产过程自动化技术课程类别：专项技能课程修课方式：必修教学时数：80 学时总学分数：4学分（按每周18课时为1分折算）一、课程定位和作用《过程控制与自动化仪表》课程主要适应自动化技能人员工作岗位的职业能力要求。

课程根据自动化系统维护/保障岗位中典型仪表控制系统的维护、技术改造等工作任务及能力要求设计教学项目，以培养学生良好的职业操作规范、较强的自动化技术应用能力，以便较熟练地处理仪表自动化系统的技术问题。

前修课程：电工基础、电子技术、检测仪表与应用等。

后续课程：DCS技术应用等。

二、课程目标本课程教学的总目标是使学生在掌握基本理论、基本分析方法和实际系统的基础上，培养学生具有典型过程控制系统的操作、维护与改造的能力，并具有诚实、守信、善于沟通和合作的品质，树立环保、节能、安全意识，为发展职业能力奠定良好的基础。

1、知识目标4-1熟悉简单/串级控制系统的组成与工作原理4-2熟悉过程控制系统的品质指标4-3掌握控制规律的选择方法4-4熟悉智能仪表的结构原理与性能特点4-5熟悉调节阀的原理、分类、结构与性能特点4-6掌握典型调节阀的选用、安装与维护4-7掌握典型调节阀的校验与调试方法4-8掌握简单/串级控制系统的参数整定/投运方法4-9熟悉典型工艺过程、设备知识4-10了解典型工艺扰动对产品质量的影响特点4-11掌握在线仪表和简单控制系统故障分析/处理方法4-12了解自动化工程设计标准与规范4-13了解常用自控材料/器件的产品标准及选用要求4-14了解系统联锁、紧急停车等基本知识4-15掌握简单控制系统的工程设计方法4-16熟悉控制工程的施工组织与实施4-17了解工业自动化仪表安装工程施工及验收规范知识2、能力目标4-1能识读带控制点的工艺流程图4-2会分析自动化系统的工作过程4-3会自动化系统的调节质量评价4-4会识读智能仪表说明书4-5会智能仪表的数据查询、参数修改等基本操作4-6会识读调节阀的说明书4-7会调节阀的日常维护与简单维修4-8会调节阀的选用、安装与调试4-9能执行自动化工程安全操作规程4-10会自动化系统的日常维护4-11会自动化系统常见故障的判断、分析与处理4-12会自动化系统的硬件集成4-13会调节器参数整定4-14会简单/串级等控制系统的投运、停止操作4-15会查阅自动化工程标准、规范4-16会简单控制系统的设计4-17会自动化工程的基本组织/实施4-18能提出合理化的技术改造措施三、教学内容与学时安排建议整个课程分成三个篇章，分别是基本篇、深入篇和提高篇：基本篇是对单回路控制方法与技术实施进行说明，以使学生掌握过程控制技术的应用技能；深入篇是对控制系统设计进行深入地分析，以使学生较好地掌握控制系统改造与开发技术；提高篇是对串级等复杂控制技术进行讲解，以使学生掌握复杂控制问题的处理能力。

《过程控制与自动化仪表（第3版）》第4章思考题与习题

《过程控制与⾃动化仪表（第3版）》第4章思考题与习题第4章思考题与习题1．基本练习题（1）什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？为什么要研究过程的数学模型？⽬前研究过程数学模型的主要⽅法有哪⼏种？答：1）过程控制特性指被控过程输⼊量发⽣变化时，过程输出量的变化规律。

2）被控过程的数学模型是描述被控过程在输⼊（控制输⼊与扰动输⼊）作⽤下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。

3）⽬的：○1设计过程控制系统及整定控制参数；○2指导⽣产⼯艺及其设备的设计与操作；○3对被控过程进⾏仿真研究；○4培训运⾏操作⼈员；○5⼯业过程的故障检测与诊断。

4）机理演绎法和实验辨识法。

（2）响应曲线法辨识过程数学模型时，⼀般应注意哪些问题？答：1）合理地选择阶跃输⼊信号的幅度，幅值不能过⼤以免对⽣产的正常进⾏产⽣不利影响。

但也不能太⼩，以防其他⼲扰影响的⽐重相对较⼤⽽影响试验结果。

⼀般取正常输⼊信号最⼤幅值的10%；2）试验时被控过程应处于相对稳定的⼯况；3）在相同条件下进⾏多次测试，消除⾮线性；4）分别做正、反⽅向的阶跃输⼊信号试验，并将两次结果进⾏⽐较，以衡量过程的⾮线性程度；5）每完成⼀次试验后，应将被控过程恢复到原来的⼯况并稳定⼀段时间再做第⼆次试验。

（3）怎样⽤最⼩⼆乘法估计模型参数，最⼩⼆乘的⼀次完成算法与递推算法有何区别？答：1）最⼩⼆乘法可以将待辨识过程看作“⿊箱”。

利⽤输⼊输出数据来确定多项式的系数利⽤)hke=θ来确定模型参数。

k T+)((y k()2）区别：⼀次完成要知道所有的输⼊输出数据才能辨识参数，即只能离线辨识。

递推算法可以只知道⼀部分数据即进⾏辨识，可⽤于在线辨识。

（4）图4-1所⽰液位过程的输⼊量为1q ，流出量为2q 、3q ，液位为h 被控参数，C 为容量系数，并设1R 、2R 、3R 均为线性液阻。

要求：1）列写过程的微分⽅程组； 2）画出过程的⽅框图；3）求过程的传递函数01()()/()G s H s Q s =。