过程控制-第一到三章-作业
最新过程控制 第一到三章 作业资料
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<=cha12t1=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<=cha22t2=x(1,front2)elset2=x(1,behind2)end%求增益K和时间常数TK=y(end)/20T=2*(t2-t1)(1)水位的阶跃响应曲线如图：(2)计算结果如下：>> GK1_11t1 =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。
过程控制作业答案（精品）
第一章 概述1.1 过程控制系统由哪些基本单元构成？画出其基本框图。
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：反应控制快速性指标。
第二章 过程控制系统建模方法习题2.10某水槽如图所示。
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 H Q Q Q F t∆∆-∆-∆= 而22h Q R ∆∆=， 33hQ R ∆∆=， 代入增量关系式，则有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，到物料达到所需温度后排出。
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。
过程控制课后答案全
过程控制课后答案全第一章思考题及习题1.1什么是控制通道？什么是干扰通道？它们的特性对控制系统的质量有什么影响？答：所谓“通道”，就是某个参数影响另外一个参数的通路，这里所说的控制通道就是控制作用(一般的理解应当是控制器输出)u(s)对被控参数y(s)的影响通路(一般的理解是控制作用通过执行器影响控制变量，然后控制变量通过被控对象再影响被控参数，即广义对象上的控制通道)。
同理，干扰通道就是干扰作用f(s)对被控参数y(s)的影响通路。
干扰通道的特性对控制系统质量影响如下表所示。
控制通道特性对控制系统质量的影响如下表所示1.2如何选择控制变量?答复:① 所选控制变量必须是可控的。
②所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数。
③所选控制变量应使扰动通道时间常数越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些为好，但不易过小。
④ 所选控制变量的通道纯滞后时间应尽可能小。
⑤所选控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀。
⑥ 在选择控制变量时，还应考虑过程的合理性。
一般来说，生产负荷与产品产量直接相关，不应频繁变动。
在不十分必要的情况下，不应选择生产负荷作为控制变量1.3控制器的比例度δ变化如何影响控制系统的控制精度？对控制系统的动态质量有什么影响？答：当g(s)=k时，即控制器为纯比例控制，则系统的余差与比例放大倍数成反比，也就是与比例度δ成正比，即比例度越大，余差也就越大。
CcK增大δ控制精度提高（残余误差减小），但系统稳定性降低。
c1.44:1使用衰减曲线法调整控制器参数的要点是什么？答：衰减曲线法是在系统闭环情况下，将控制器积分时间t放在最大，微分时间t放在最小，比例度放于适当数值(一般为100%)，然后使δ由大往小逐渐改变，并在每改变一次δ值时，通过改变给定值给系统施加一个阶跃干扰，同时观察过渡过程变化情况。
如果衰减比大于4：1，δ应继续减小，当衰减比小于4：1时δ应增大，直至过渡过程呈现4：1衰减时为止。
过程控制第一章
操纵 变量
给定 值
1.2.2 过程控制系统的分类：
1.按系统的开环和闭环分类 （1）开环控制系统
系统的被控量对系统的控制作用没影响，结构简单，没有 闭合回路，控制精度取决于系统各组成环节的精度。 有干扰时无法自动补偿，精度不能保证。只适用于输入和 输出关系已知，且不存在干扰或干扰很弱的场合。
态值上下振荡的次数；
上升时间tr：该时间是指系统的输出量第一次到达输出稳态 值所对应的时刻。对于无振荡的系统，常把输出量从输出稳 态值的10%到输出稳态值的 90%所对应的时间叫为上升时间；
延迟时间：响应曲线首次达到静态值的一半所需的时间， 记为td;
衰减比N：第一个波峰与第二个波峰之比，是反应过程稳定 性的一个指标。N>1为衰减振荡，N=1为等幅振荡，N<1为 发散振荡。 振荡周期T：从第一个波峰到第二个波峰的时间。 T的倒数为振荡频率，T越短。快速性越好。
被控对象中要求保持 设定值的工艺参数
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 给定值与实际值 蒸汽复合负荷的变化 之差 冷却水温度的变化
扰动 量
偏 差
被控 对象 锅炉汽包
被控变量 锅炉给水量 汽包的期望水位 的预定值 受控制器操纵，用以克服扰 动的影响使被控量保持设定 值的物料量或能量
过程控制
第一章 绪论
课程考核
平时成绩（占40% ）：出勤+课堂提 问+作业；
大作业（占60% ）。
先修课程：自动控制原理
第一章 绪论
人工控制与自动控制：
1.1 概述--过程控制及发展历史
一、什么是过程控制？
过程（工业生产过程）：在生产装置或设备中 进行的物质和能量的相互作用和转换过程。 工业生产过程可分为： 连续生产过程和离散生产过程。 连续生产过程、离散生产过程和间歇生产过程 （批量生产过程）。
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。
过程控制课后习题答案
过程控制课后习题答案第1章自动控制系统基本概念~~1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？求解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节共同组成。
~~1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器掌控流程图。
先行分别表明图中pi-307、trc-303、frc-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图求解pi-307则表示就地加装的压力命令仪表，工段号为3，仪表序号为07；trc-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；frc-305则表示分散仪表盘加装的，具备命令记录功能的流量掌控仪表；工段号为3，仪表序号为05。
~~~~~1-7在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？求解测量变送装置的功能就是测量被控变量的大小并转变为一种特定的、统一的输入信号（例如气压信号或电压、电流信号等）送至控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即为控制阀，它能够自动地根据控制器送去的信号值发生改变阀门的打开度，从而发生改变压低变量的大小。
~~~1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）――自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量――被控对象内建议维持设定值的工艺参数。
控系统通常用该变量的名称去称谓，例如温度控制系统，压力制系统等。
给定值（或设定值或期望值）――人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。
它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。
压低变量（调节变量）――对被控变量具备较强的直接影响且易于调节（压低）的变量。
或同时实现掌控促进作用的变量。
操纵介质(操纵剂)――用来实现控制作用的物料。
~~~1-11题l-11图右图为一反应器温度控制系统示意图。
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。
过程控制部分习题答案-完整版
第一章思考题与习题1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。
它是最常用、最基本的过程控制系统。
2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。
由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。
由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？答：1. 余差(静态偏差）e ：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y(∞)与给定值c 之差。
它是一个静态指标，对定值控制系统。
希望余差越小越好。
2.衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即：n ＜1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n ＞1,系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。
衡量系统稳定性也可以用衰减率φ4．最大偏差A ：对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C 之差，它衡量被控参数偏离给定值的程度。
5．过程过渡时间ts ：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％（根据系统要求）范围内所需要的时间。
它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，t s 越小，过渡过程进行得越快。
6．峰值时间tp: 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。
称为峰值时间tp 。
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
过程控制-习题与答案
第1章绪论思考题与习题1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？解答：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1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？解答：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。
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？解答：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。
1-5 什么是定值控制系统?解答：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。
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。
西安石油大学函授《过程控制设备基础》作业1-4全答案
2024年秋+过程控制设备基础+作业一1 / 30 单选题（5分）正确答案 BA自上而下B自下而上C循环流动D单相流动2 / 30 单选题（5分）正确答案 AA2B3C4D53 / 30 单选题（5分）正确答案 B( )类。
A1B2C3D44 / 30 单选题（5分）正确答案 B计量( )。
A转子流量计B椭圆齿轮流量计C靶式流量计D涡轮流量计5 / 30 单选题（5分）正确答案 BA大B小C相等D与外部条件有关6 / 30 单选题（5分）正确答案 AA交流供电方式B动态供电方式C间接供电方式D直接供电方式7 / 30 单选题（5分）正确答案 C,静压式液位测量读数需要正迁移修正。
下列哪个为正确的修正公式?( )AA. Δp = Hρg + hBΔp = Hρg-hCΔp =(H+h)ρgDΔp =(H-h)ρg8 / 30 单选题（5分）正确答案 D量,大多采用热电偶进行测量。
A100B200C300D5009 / 30 单选题（5分）正确答案 AAProportional Integral DerivativeBProportional Internal DivisionCProcess Input DisplayDProcess Instrumentation Device10 / 30 单选题（5分）正确答案 A用电子电位差计测热电偶温度,如果热端温度升高20℃,室温冷端下降20℃则仪表的指示( ) A升高20℃B下降20℃C不变D升高40℃11 / 30 多选题（3分）正确答案 BCD。
A检测误差B系统误差C随机误差D粗大误差12 / 30 多选题（3分）正确答案 ABCA现场类B控制室类C自动化类D电气类13 / 30 多选题（3分）正确答案 ABCA系统的构成B控制方式C控制规律D控制过程14 / 30 多选题（3分）正确答案 ABA接触电势B温差电势C霍尔电势D感应电势15 / 30 多选题（3分）正确答案 ABCDA高温辐射温度计B低温辐射温度计C光电温度计D力温度计16 / 30 多选题（3分）正确答案 ABCDA确定合理的控制方案B选择正确的参数检测方法C过程控制仪表的选型D调节器的参数整定17 / 30 多选题（3分）正确答案 ABCA被控过程B过程检测C控制仪表D控制对象18 / 30 多选题（3分）正确答案 ABCA液动B气动C电动D固动19 / 30 多选题（3分）正确答案 ABD点选择时,下列各项中的哪几项为正确的注意事项?( )A流动介质测量时,尽量选择安装在直管部分B流动介质测量时,尽量使取压点与流动方向垂直C气体压力测量时,取压点应在管道下方D导压管长度要尽量短20 / 30 多选题（3分）正确答案 BCEAS 型B直线型C等百分比Dx 型E快开型21 / 30 判断题（2分）系统。
过程控制-第一章89页PPT文档
５ 误差积分性能指标
过程控制
（１）误差积分 （２）绝对误差积分 （３）平方误差积分
IE 0 e(t)dt
IAE0 |e(t)|dt ISE e2(t)dt
0
(４)时间与绝对误差乘积积分
ITAE0 t|e(t)|dt
过程控制
4、过程通道 被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道 控制作用与被控量之间的信号联系称为控制通道 扰动作用与被控量之间的信号联系称为扰动通道
5、自衡过程与无自衡过程
过程在输入量作用下，其平衡状态被破坏后，无需人和仪器的 干预，依靠过程自身能力，逐渐恢复达到另一新的平衡状态， 这种特性称为自平衡能力；
被控过程在输入量作用下，其平衡状态被破坏后，没有人和仪 器干预，依靠自身能力，不能恢复其平衡状态，这种特性称为 无自平衡能力。
过程控制 二、建模的目的和要求
设计过程控制系统和整定调节器参数 指导设计生产工艺设备 进行仿真试验研究 培训运行操纵人员 ，等等 要求： 准确可靠；但并不意味着愈准确愈好。 鲁棒性 实时性要求。往往需要做很多近似处理，比如线性化、 模型降阶处理等。
三、建模的基本方法
过程控制
机理分析方法建模
白箱模型
也称数学分析法建模和理论建模
根据过程的内部机理（运动规律），运用一些已知的定律、原 理，如：物料平衡方程，能量平衡方程、传热传质原理等，建 立过程的数学模型。
试验建模方法
黑箱模型
建立输入输出模型，根据输入和输出的实测数据进行某种数 学处理后得到的模型。简单、省力；分经典和现代辨识法。
最大动态偏差是过程控制系统动态准确性的衡量指标。
过程控制系统作业
第一篇过程控制原理第一章过程控制系统的基本知识在生产设备上，配备一些自动化仪表等控制装置来代替人的观察、判断、决策和操纵，使某些工艺变量能准确地按照预期的规律变化，使生产在不同的程度上自动进行，这种系统就是过程控制系统。
第一节过程控制系统的组成及分类一、过程控制系统的组成过程控制系统由被控对象、测量变送器、控制器和控制阀四个基本环节组成。
1．被控对象它是控制系统的主体，在自动控制系统中, 将需要控制其工艺变量的生产设备或机器叫做被控对象，如常压塔、精馏塔、锅炉等。
2．测量变送器通常包括检测元件和变送器两部分。
其作用是将被控制的物理量检测出来并转换成工业仪表间的标准统一信号。
3．控制器其作用是将测量值与目标值比较得出偏差，按一定的规律运算后对控制阀（执行机构）发出相应的控制信号或指令。
4．控制阀通称执行机构。
其作用是依据控制器发出的控制信号或指令，改变控制量，对被控对象产生直接的控制作用。
二、过程控制系统的方框图为了便于分析过程控制系统，采用方框图的形式来表示控制系统的结构、环节之间的相互关系和信号间的联系。
如图1—2所示。
图1—2过程控制系统的方框图名词术语的解释：1．被控变y(t) 被控变量是表征生产设备或过程运行状况,需要加以控制的变量。
也是过程控制系统的输出量。
2．给定值（设定值）x(t) 是一个与控制要求（期望值）被控变量相对应的信号值，也是过程控制系统的输入量。
3．干扰f(t) 在生产过程中，凡是影响被控变量的各种外来因素都叫干扰作用。
它也是过程控制系统的输入量。
4．操纵变量q(t) 用以克服干扰变量的影响，具体实现控制作用使被控变量达到给定值的变量叫做操纵变量。
用来实现控制作用的物料一般称为操纵介质或操纵剂。
5．测量值z 测量值是检测元件与变送器的输出信号值。
6．偏差e(t) 在过程控制系统中，规定偏差是给定值与测量值之差。
即：t e-=。
t x)()()(t z7．反馈把系统的输出信号通过检测元件与变送器又引回到系统输入端的作法称为反馈。
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。
过程控制主要习题参考答案
第一章思考题与习题1－2 图为温度控制系统，试画出系统的框图，简述其工作原理；指出被控过程、被控参数和控制参数。
解：乙炔发生器中电石与冷水相遇产生乙炔气体并释放出热量。
当电石加入时，内部温度上升，温度检测器检测温度变化与给定值比较，偏差信号送到控制器对偏差信号进行运算，将控制作用于调节阀，调节冷水的流量，使乙炔发生器中的温度到达给定值。
系统框图如下：被控过程：乙炔发生器被控参数：乙炔发生器内温度控制参数：冷水流量1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?答：过程控制系统主要分为三类：1.反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。
它是最常用、最基本的过程控制系统。
2 ．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。
由于没有被控量的反馈，所以是一种开环控制系统。
由于是开环系统，无法检查控制效果，故不能单独应用。
3. 前馈－反馈控制系统：前馈控制的主要优点是能够迅速及时的克服主要扰动对被控量的影响，而前馈—反馈控制利用反馈控制克服其他扰动，能够是被控量迅速而准确地稳定在给定值上，提高控制系统的控制质量。
3－4 过程控制系统过渡过程的质量指标包括哪些内容？它们的定义是什么？哪些是静态指标？哪些是动态质量指标？答：1.余差(静态偏差)e：余差是指系统过渡过程结束以后，被控参数新的稳定值y( g)与给定值c之差。
它是一个静态指标，对定值控制系统。
希望余差越小越好。
2.衰减比n:衰减比是衡量过渡过程稳定性的一个动态质量指标，它等于振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比，即： Bn —Bn v 1系统是不稳定的，是发散振荡；n=1,系统也是不稳定的，是等幅振荡；n> 1, 系统是稳定的，若n=4,系统为4：1的衰减振荡，是比较理想的。
衡量系统稳定性也可以用衰减率© B BB4 .最大偏差A:对定值系统，最大偏差是指被控参数第一个波峰值与给定值C之差, 它衡量被控参数偏离给定值的程度。
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
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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)
else
t1=x(1,behind1)
end
less2=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。