过程控制工程第三版1 3章习题讲解
工业过程与过程控制3单元课后习题
工业过程与过程控制第三章 比值控制系统3.1 比值与比值系数的含义有什么不同?它们之间有什么关系？答：①比值指工艺流量之比，既： ；比值系数指主、副流量变送器输出电流信号之比，既：二者之间的关系由下式决定： （变送器输出与流量成线性关系时）（变送器输出与流量成开平方关系时）3.2 用除法器进行比值运算时，对输入信号的安排有什么要求？为什么？答：应使除法器输出小于1。
除法器输出值既仪表比值系数，需要通过副流量调节器的内给定设置，大于1无法设定、等于1无法现场整定。
3.3 什么是比值控制系统？它有哪几种类型?画出它们的结构原理图。
答：比值控制系统就是实现副流量2F 与主流量1F 成一定比值关系，满足关系式：12F F K =的控制系统。
比值控制系统的类型：单闭环、双闭环、变比值系统比值控制系统。
原理图见教材。
3.4 用除法器组成比值系统与用乘法器组成比值系统有何不同之处？答：① 系统结构不同，实现比值控制的设备不同。
② 比值系数的设置方法不同，乘法方案通过在乘法器的一个输入端，输入一个外加电流信号I 0设置；除法方案通过副流量调节器的内给定设置。
3.5 在用除法器构成的比值控制系统中，除法器的非线性对比值控制有什么影响？ 答：除法器环节的静态放大倍数与负荷成反比。
3.6 为什么4：1整定方法不适用于比值控制系统的整定？答：单闭环比值控制系统、双闭环的副流量回路、变比值回路均为随动控制系统，希望副流量跟随主流量变化，始终保持固定的配比关系。
出现4：1振荡时，固定配比关系不能保证。
3.7 当比值控制系统通过计算求得比值系数1K >' 时，能否仍用乘法器组成比值控制？为什么？能否改变一下系统结构，仍用乘法器构成比值控制？12F F K =min1min 2I I I I K --='max 2max1F F K K ='2max 2max 1)(F F K K ='答：当比值控制系统通过计算求得比值系数大于1时，不能用乘法器组成比值控制。
过程控制课后习题答案解析
.WORD完美格式.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？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组成。
~~ 1-5 题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，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表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；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？解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；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）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。
~~~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——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。
控系统通常用该变量的名称来称呼，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。
操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。
或实现控制作用的变量。
操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。
~~~1-11 题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。
A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。
控制工程第3章习题解答
3.5 使用温度计对水温进行测量，若水温为恒定值，该温度计能在1分钟时指示出实际温度值的98%。
假定温度计为一个一阶系统，求该系统的时间常数T 。
解：恒定的水温可以视为一个阶跃输入信号，温度计的测量输出可以视为对该阶跃输入信号的响应。
一阶系统的单位阶跃响应的时间函数为：)0(1)(/>-=-t e t x T t o （P82，3.3.2） 根据题意可知：98.01)(/11=-=-=Tt o e t x→02.0/1=-T e →256.050ln 1==T (min)若测量开始后，实际水温从零度起，以10°C/min 的速度线性升温，求温度计在1分钟时的示值与实际水温的误差是多大？（帮助公式：11111222++-=+⋅Ts T s T sTs s ） 根据题意，实际的温度输入信号为：t t x i ⋅=10)(其拉氏变换为：210)(ss X i =测量误差的时间函数为：]1110[)()]()([)()]([)()()()(2111+⋅⋅-=⋅-=-=-=---s T sL t x s G s X L t x s X L t x t x t x t e i i i o i o i其中：)(10]11[10]111[10]1110[/2212121T t e T T t Ts T s T s L Ts s L s T s L ----⋅+-=++-=+⋅=+⋅⋅所以：)1(56.2)1(10)(1010)(256.0///t T t T t e e T e T T t t t e ----=-=⋅+--=当t=1时，测量误差为：5.2)1(56.2)(256.0/11=-=-=e t e t3.7已知控制系统的微分方程为)(20)()(5.2t x t y t y =+'，试用拉氏变换法求该系统的单位脉冲响应)(t w 和单位阶跃响应)(t x ou ，并讨论二者之间的关系解：由传递函数的定义和系统的微分方程（P34，2.2.2~2.2.3），可得系统的传递函数为4.0815.220)()()(+=+==s s s X s Y s G 系统的单位脉冲响应为（P81）t e s L s X s G L t w 4.0118]14.08[)]()([)(---=⋅+==系统的单位阶跃响应为（P82）：)1(20]4.011[4.08]14.08[)]()([)(4.0111t ou e s s L s s L s X s G L t x -----=+-=⋅+==比较)(t x ou 和)(t w ，有)(t w =)(t x ou' 即系统的单位脉冲响应等于系统的单位阶跃响应的微分。
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。
过程控制系统第三版陈夕松科学出版社课后题答案讲解
1.4 A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。
试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？反应器温度控制系统（1）该温度控制系统的方块图反应器温度控制系统方块图（2）被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；控制变量：冷却水流量。
可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。
1.5 锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。
汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。
水位过高，会使蒸汽带液。
降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。
而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。
因此，必须对汽包水位进行严格的控制。
图1-16是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：(1)画出该控制系统方块图；(2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么?(3)当蒸汽负荷忽然增加，该系统如何实现自动控制？(1)(2)被控对象：锅炉汽包。
被控变量：锅炉汽包水位。
操纵变量：锅炉给水量。
扰动量：冷水温度、压力、蒸汽压力、流量，燃烧状况等。
(3)当蒸汽负荷突然增加，会导致汽包水位下降，液位变送器检测到液位h 下降信号并与设定水位h0进行比较，将偏差信号传给控制器，控制器使执行器动作，增大阀门开度，使冷却水流量增加，从而降低加热室燃烧程度，进一步使得汽包液位升高。
2.4 P17-P18，精度等级为0.22.11 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿的方法有哪几种? 解：（1）热电偶的热电势只有当T0（或t0）恒定是才是被测温度T （或t ）的单值函数。
热电偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。
若T0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。
（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。
控制工程基础第三版习题答案_清华大学出版社
课 后
答
3-22 解：
案
网
ww w.
kh da
w.
- 31 -
co
m
3-23 解：
3-25 解：
课 后
答
案
网
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kh da
3-24
w.
- 32 -
co
m
3-26、3-27 缺 3-28 解：
3-29、3-30 缺 3-31 解：
3-32、3-33 缺
课 后
答
案
网
ww w.
kh da
w.
- 33 -
co
m
第四章
4-1 解：
课 后
答
案
网
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kh da
w.
- 34 -
4-2 解：
co
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4-3 解：
4-4 解：
课 后 答 案 网 ww w. kh da w. co m
- 35 -
4-5 解：
4-6 解： （a）
课 后
答
案
网
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kh da
w.
- 36 -
co
m
(b)
(c)
(d)
(e)
目录
第一章…………………………………………………………………………1 第二章…………………………………………………………………………4 第三章…………………………………………………………………………21
第六章…………………………………………………………………………47 第七章…………………………………………………………………………61
S 2 X ( S ) − Sx(0) − x(0) + 6[ SX ( S ) − x(0)] + 8 X ( S ) =
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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1
第一章P16页思考与习题
控制工程基础第3版课后题答案清华大学出版
控制工程基础-第3版课后题答案-清华大学出版控制工程基础课后习题 清华大学出版社亲 抄而不思则殆奥第一章1-1解：（1）B （2） B （3）B （4）A 1-2解：第二章2-1 解：（1）: )](12[)](1[)](5[)]()4[()(t L t t L t L t t L S F ⋅+⋅++=δδ S SS S 215215022++=+++= （2）: )25(253)(2++=s s S F（3）: 11)(2++=-s e S F sπ（4）:)}(1)6(1)]6(2cos 4{[)(5t e t t L S F t ⋅+-⋅-=-ππ5144512426226+++=+++=--S s Se S s Se s s ππ（5）:Se S e S F ss 226600)(--+=+++=（6）:)]4(1)90453cos(6[)(π-⋅--=t t L S F9636)]4(1)4(3cos 6[24224+=+=-⋅-=--S SeS Se t t L S S ππππ（7）: )](18sin 25.0)(18cos [)(66t t e t t e L S F t t ⋅+⋅=--1001288)6(28)6(622222+++=++++++=S S S S S S（8）: 99)20(52022)(262++++++=-s es s S F s π2-2 解：（1）: )(1)2()3221()(321t e e S S L t f t t ⋅+-=+++-=--- （2）: )(12sin 21)(t t t f ⋅=（3）: )(1)2sin 212(cos )(t t t e t f t ⋅+=（4）: )1(1)1()(11-⋅=-=---t e S e L t f t s（5）: )(1)22()(2t e e te t f t t t ⋅-+-=---（6）: )(1215sin 15158))215()21(21515158()(2221t t e S L t f t⋅=++⋅=-- （7）: )(1)3sin 313(cos )(t t t t f ⋅+=2-3 解：（1） 对原方程取拉氏变换，得：SS X x S SX x Sx S X S 1)(8)]0()([6)0()0()(2=+-+--⋅• 将初始条件代入，得：61)()86(1)(86)(6)(22++=++=+-+-S SS X S S SS X S SX S S X S48724781)86(16)(22+-++=++++=S S S S S S S S S X 取拉氏反变换，得：t t e e t x 42874781)(---+=（2） 当t=0时，将初始条件50)0(=•x 代入方程，得：50+100x(0)＝300则x(0)=2.5对原方程取拉氏变换，得： sx(s)-x(0)+100x(s)=300/s 将x(0)=2.5代入，得：S300100X(S)2.5-SX(S)=+ 1005.03100)S(S 3002.5S X(S)+-=++=s s取拉氏反变换，得：-100t 0.5e -3x(t)=2-4解：该曲线表示的函数为：)0002.0(16)(-⋅=t t u则其拉氏变换为：se s U s 0002.06)(-=2-5 解：)0()0()(3)(2)(2)(30100==+=+i i x y t x dtt dx t y dt t dy 将上式拉氏变换，得：2332)()()()32()()23()(3)(2)(2)(30000++=+=++=+S S S X S Y S X S S Y S S X S SX S Y S SY i i i i23-S 32-S Z p ==∴零点极点又当 时)(1)(t t x i =S S X i 1)(=SS S S X S X S Y S Y i i 12332)()()()(00⋅++=⋅= 3212332)()0(2312332)()(limlim lim lim 000000=⋅++⋅=⋅=∴=⋅++⋅=⋅=∞∴∞→∞→→→S S S S S Y S y S S S S S Y S y s s s s2-6 解：（a ）传递函数：132123233321123233321232333211111H G G G H G G H G G G G H H G G H G G G G H G G H G G G G R C+++=⋅++⋅+++⋅=（b ）传递函数：（ｃ）传递函数：（ｄ）传递函数：32121212211211H G G H H G G H G H G G G R C++++=2-7解：通过方块图的变换，系统可等价为下图：2-8解：2-92-10解：（a）（b）（c）2-11解：（a）（b）（c）（d）2-17 解：第三章3-1解：3-23-3解：3-53-6 解：3-7 解：3-8 解：3-9 解：3-103-113-13 解：3-14解：3-17 解：3-183-19 解：3-20解：3-22解：3-23 解：3-243-28 解：3-31 解：第四章4-3解：4-4解：4-5 解：4-74-10 解：4-16解：4-18 解：第五章5-15-75-85-115-125-145-16 解：5-18 解：5-19 解：5-20 解：5-25 解：第六章6-1（1）（2）（3）（4）＝0 6-2解：（1）6-4 解：6-6 解：6-7 解：（1）（2）6-8 解：6-9 解：6-10解：由于系统不稳定，因此系统误差为无穷大。
过程控制工程第一章答案(孙洪程著)
第一章思考题及习题何谓控制通道?何谓干扰通道?它们的特性对控制系统质量有什么影响?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。
控制通道的特性对控制系统质量影响如下表所示如何选择控制变量?答：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拟大者，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所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好。
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需考虑到工艺的合理性。
一般来说，生产负荷直接关系到产品的产量，不宜经常变动，在不是十分必要的情况下，不宜选择生产负荷作为控制变量控制器的比例度δ变化对控制系统的控制精度有何影响?对控制系统的动态质量有何影响?答：当G c(s)=K c时，即控制器为纯比例控制，那么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。
K c增大、δ减小，控制精度提高(余差减小)，但是系统的稳定性下降。
4：1衰减曲线法整定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 i放在最大，微分时间T d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。
找到4：1衰减振荡时的比例度δs，及振荡周期T s。
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【最新整理，下载后即可编辑】1.4 A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。
试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？反应器温度控制系统（1）该温度控制系统的方块图反应器温度控制系统方块图（2）被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；控制变量：冷却水流量。
可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。
1.5 锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。
汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。
水位过高，会使蒸汽带液。
降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。
而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。
因此，必须对汽包水位进行严格的控制。
图1-16是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：(1)画出该控制系统方块图；(2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么?(3)当蒸汽负荷忽然增加，该系统如何实现自动控制？(1)(2)被控对象：锅炉汽包。
被控变量：锅炉汽包水位。
操纵变量：锅炉给水量。
扰动量：冷水温度、压力、蒸汽压力、流量，燃烧状况等。
(3)当蒸汽负荷突然增加，会导致汽包水位下降，液位变送器检测到液位h下降信号并与设定水位h0进行比较，将偏差信号传给控制器，控制器使执行器动作，增大阀门开度，使冷却水流量增加，从而降低加热室燃烧程度，进一步使得汽包液位升高。
2.4 P17-P18，精度等级为0.22.11 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿的方法有哪几种?解：（1）热电偶的热电势只有当T0（或t0）恒定是才是被测温度T（或t）的单值函数。
热电偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。
若T0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。
1-3章《控制工程》作业解答
1-3解：1)工作原理：电压u2反映大门的实际位置，电压u1由开（关）门开关的指令状态决定，两电压之差△u ＝u1－u2驱动伺服电动机，进而通过传动装置控制大门的开启。
当大门在打开位置，u2＝u 上：如合上开门开关，u1＝u 上，△u ＝0，大门不动作；如合上关门开关，u1＝u 下，△u<0，大门逐渐关闭，直至完全关闭，使△u ＝0。
当大门在关闭位置，u2＝u 下：如合上开门开关，u1＝u 上，△u>0，大门执行开门指令，直至完全打开，使△u ＝0；如合上关门开关，u1＝u 下，△u ＝0，大门不动作。
2)控制系统方框图1-4解：1)控制系统方框图2)工作原理：a)水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h ’由浮球顶杆的长度给定，杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。
当有扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），通过杠杆机构是进水阀的开度增大（减小），进入水箱的水流量增加（减小），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），进水阀开度增大（减小）量减小，直至达到新的水位平衡。
此为连续控制系统。
b) 水箱是控制对象，水箱的水位是被控量，水位的给定值h ’由浮球拉杆的长度给定。
杠杆平衡时，进水阀位于某一开度，水位保持在给定值。
当有扰动（水的使用流出量和给水压力的波动）时，水位发生降低（升高），浮球位置也随着降低（升高），到一定程度后，在浮球拉杆的带动下，电磁阀开关被闭合（断开），进水阀门完全打开（关闭），开始进水（断水），水位升高（降低），浮球也随之升高（降低），直至达到给定的水位高度。
随后水位进一步发生升高（降低），到一定程度后，电磁阀又发生一次打开（闭合）。
此系统是离散控制系统。
2-1解：（c ）确定输入输出变量（u1，u2） 22111R i R i u += 222R i u = ⎰-=-dt i i C u u )(11221 得到：1121221222)1(u R Rdt du CR u R R dt du CR +=++ 一阶微分方程（e ）确定输入输出变量（u1，u2）⎰++=i d t C iR iR u 1211Ru u i 21-=消去i 得到：Cudt du R C u dt du R R 1122221)(+=++ 一阶微分方程2-2解：1）确定输入、输出变量f(t)、x 22）对各元件列微分方程：222213311111122222232121311;)(;)()()()()()(x K f dtx x d B f dtdxB f x K f dt t x d m f f f dt t x d m t f t f t f t f K B B K B K B B B K =-====--=--- 3）拉氏变换：)()()()]()([)()]()([)()()(22222222131212131111s X s m s sX B s X K s X s X s B s X s m s X s X s B s sX B s X K s F =---=----4）消去中间变量：)()()()(23223232131123s X sB s m s B K s B s m s B K s B s sX B s F ++++++=+5）拉氏反变换：dtdfB x K K dt dx B K B K B K B K dtx d K m m K B B B B B B dt x d m B m B m B m B dt x d m m s s 3221232123121222212122131323132122142421)()()(=++++++++++++++2-3解：（2）2112+-+s s t t e e 22--- （4）2)1(13111914191+++-+s s st t t te e e ---+-3191914 （5）2)1(1)1(2)2(2+-+++-s s s t t t te e e ----+-222 （6）s s s s s 5.2124225.04225.022++-+⨯⨯-+⨯-5.222s i n 2c o s 5.0+----t e t t2-5解：1)D(s)=0,得到极点：0,0,-2,-5M(s)=0,得到零点：－1，∞+，∞+，∞+ 2) D(s)=0,得到极点：－2，－1，－2 M(s)=0,得到零点：0，0，－1 3) D(s)=0,得到极点：0，231j +-，231j -- M(s)=0,得到零点：－2，∞+，∞+4) D(s)=0,得到极点：－1，－2，∞- M(s)=0,得到零点：∞+2-8解：1）a ）建立微分方程dtt dx Bt f t f t x t x k t f t x k t f t f bat f t f t f t f t x m B k k k i k k )()()())()(()()()()()()()()()(202201121==-===--=∙∙b)拉氏变换)()())()(()()()()()()()()()(20220112102s BsX s F s X s X k s F s X k s F s F bas F s F s F s F s X m s k k k i k k =-===--=c)画单元框图（略） d)画系统框图2)a)建立微分方程：dt t dx B t f dt t x t x d B t f t x t x k t f t f t f t f t x m oB o i B i k B B k )()())()(()())()(()()()()()(22110210=-=-=-+=∙∙b)拉氏变换：)()())()(()())()(()()()()()(02211212s sX B s F s X s X s B s F s X s X k s F s F s F s F s X m s B o i B o i k B B k o =-=-=-+=c)绘制单元方框图（略） 4)绘制系统框图2-11解：a)1212321232141H G G H G G H G G G G G -+++b)))((1)(214321214321H G G G G H G G G G G G -++++2-14解：(1)321232132132101111)()(K K K s Ts K K K TsK s K K Ts K s K K s X s X i i++=+++==φ321243032132132103402)(111)(1)()()(K K K s Ts sK K s G K K K TsK s K K Ts K s K K s G Ts K K s N s X s n ++-=+++++-==φ(2)由于扰动产生的输出为： )()()()()(321243032102s N K K K s Ts sK K s G K K K s N s s X n ++-==φ 要消除扰动对输出的影响，必须使0)(02=s X 得到：0)(430321=-s K K s G K K K 得到：2140)(K K sK s G =3-1解：1)法一：一阶惯性环节的调整时间为4T ，输出达稳态值的98%，故： 4T ＝1min ，得到：T ＝15s法二：求出一阶惯性环节的单位阶跃时间响应，代入，求出。
过程控制与自动化仪表 第三版 课后答案
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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：第一个波峰值与最终稳态值y（）之比的百分数：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：系统从受干扰开始到被控量进入新的稳态值的（）范围内所需要的时间；振荡频率：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：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：过渡过程开始至被控参数到达第一个波峰所需要的时间。
陕西科技大学 过程装备与控制工程 课件 1机械设计(王宁侠)第3章解析
已知以上五个参数中的任意两个参数就可以确定出变应力 的类型和特征。几种典型的变应力的循环特性和应力特点如表 3-1所示。
第3章 机械零件的疲劳强度计算
当零件(例如弹簧)受变切应力作用时，以上概念仍然 适用，只需将公式中的σ改成τ即可。
第3章 机械零件的疲劳强度计算
3.2 材料的疲劳特性
3.2.1 材料的疲劳曲线 疲劳曲线是用一批标准试件进行疲劳实验得到的。以规定
相等而符号相反，即σmax＝-σmin, 如图3-1(a)所示。例如，转动 的轴上作用一方向不变的径向力，则轴上各点的弯曲应力都属 于对称循环变应力。
第3章 机械零件的疲劳强度计算
2) 脉动循环变应力 脉动循环变应力中的σmin＝0，如图3-1(b)所示。例如，齿
轮轮齿单侧工作时的齿根弯曲应力就属于脉动循环变应力。 3) 非对称循环变应力 非对称循环变应力中最大应力σmax和最小应力σmin的绝对
第3章 机械零件的疲劳强度计算 图 3-3 典型的疲劳曲线
第3章 机械零件的疲劳强度计算
1. 有限寿命区 曲线的BC段，随着循环次数的增加，使材料疲劳破坏的最大 应力不断下降。仔细检查试件在这一阶段的破坏断口状况，总能 见到材料已发生塑性变形的特征。C点相应的循环次数大约为 104(也有文献中认为约在105，现在工程实际上多以104为准)。这一 阶段的疲劳破坏，因为已伴随着材料的塑性变形，所以用应变-循 环次数来说明材料的行为更符合实际。因此，人们把这一阶段的 疲劳现象称为应变疲劳。由于应力循环次数相对很少，所以也叫 低周疲劳。有些机械零件在整个使用寿命期间应力变化次数只有 几百到几千次，但应力值较大，故其疲劳属于低周疲劳范畴。例 如飞机起落架、炮筒和压力容器等的疲劳均属于低周疲劳。但对 绝大多数通用零件来说，当其承受变应力作用时，其应力循环次 数一般都大于104，所以本章不讨论低周疲劳问题。
自动控制原理第三版答案
自动控制原理第三版答案自动控制原理是现代控制工程中的重要基础课程，它涉及到系统建模、控制器设计、稳定性分析等方面的内容。
在学习自动控制原理的过程中，很多同学都会遇到一些难题，特别是关于习题和答案的部分。
为了帮助大家更好地学习和掌握自动控制原理，本文将针对自动控制原理第三版的习题答案进行详细讲解，希望能够对大家有所帮助。
1. 第一章习题答案。
1.1 习题1。
答，这道题目主要是考察对自动控制原理的基本概念的理解。
根据定义，自动控制原理是研究如何设计控制器，使得系统的输出能够按照既定的要求进行调节。
因此，正确答案应该是A。
1.2 习题2。
答，这道题目要求对控制系统的分类进行判断。
根据控制系统的特点，可以将其分为连续控制系统和离散控制系统。
而在连续控制系统中，又可以分为模拟控制系统和数字控制系统。
因此，正确答案应该是D。
2. 第二章习题答案。
2.1 习题1。
答，这道题目主要考察对系统传递函数的计算。
根据系统传递函数的定义，可以通过系统的输入和输出之间的关系来进行计算。
在这道题目中，根据给定的系统输入和输出，可以计算出系统的传递函数为G(s)=1/(s+1)。
因此，正确答案应该是B。
2.2 习题2。
答，这道题目要求对系统的稳定性进行分析。
根据系统的传递函数和极点的位置，可以判断系统的稳定性。
在这道题目中，根据系统传递函数的极点为-1，可以判断系统是稳定的。
因此，正确答案应该是A。
3. 第三章习题答案。
3.1 习题1。
答，这道题目主要是考察对PID控制器的参数调节。
根据PID控制器的定义，可以通过调节比例系数、积分系数和微分系数来实现对系统的控制。
在这道题目中，可以通过试错法来逐步调节PID参数，使得系统的性能达到最优。
因此，正确答案应该是C。
3.2 习题2。
答，这道题目要求对系统的根轨迹进行分析。
根据根轨迹的性质，可以通过系统的传递函数来绘制根轨迹，并分析系统的稳定性。
在这道题目中，可以通过绘制根轨迹图来判断系统的稳定性。
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?
Q1 ?
Q2
?
Q12 ,
C2
dh2 dt
?
Q12
?
Q3
Q12
h2
Q2
?
h1 R2
, Q3
?
h2 , R3
R12
C2
R3 Q3
Q12
?
h1 ? h2 R12
将流量方程代入物料平衡方程, 即得到过程状态方程
习题2-3: 状态方程传递函数表示
C1
dh1 dt
?
Q1
?
Q2
?
Q12 ,
C2
dh2 dt
?
Q12 ? Q3
的工艺变量，也是测量变送的输入。 ? 控制变量：控制器的输出电信号。 ? 操作变量：执行器的操作对象，对被控变
量有影响。 ? 扰动变量:影响被控变量的变量（除了操作
变量）。
Psp ? e(t) 压力
控制器 ?
干扰通道
进气 控制阀
? ? P(t)
控制对象
测量变送
1-4 以图1-16所示的液位控制系统为例，当进料量 Qi突然增大时，详细说明系统如何运用反馈控制机 制来实现液位定值控制之目的。
3）集散控制系统：同时适应管理与控制两方面的需 要，一方面使用若干个控制器完成系统的控制任 务，每个控制器实现一定的控制目标，可以独立 的完成数据采集、信号处理、算法实现与控制输 出等功能；另一方面，强调穦的集中性。
1-3
? P:被控变量，储罐：被控对象 ? U:控制变量， 进气流量：操纵变量 ? 被控变量：被控对象需要维持在其理想值
)
,
Q3
(s
)
?
H2(s) , R3
Q12 (s) ?
H1(s) ? H2(s) R12
1
R12
+_
1
C2s
H2(s)
1 R3
习题2-3: 计算输入输出传递函数
? 利用方框图等效变换; ? 直接用传递函数计算公式; ? 通过求解传递函数方程组.
C1sH1(s) ?
Q1(s) ?
H1(s) R2
?
H1(s) ? H2 (s) , R12
? 或者,当液体流过一段较长的管道或各种阀孔、弯管 及管接头时，由于流动液体各质点之间以及液体与 管壁之间的相互摩擦和碰撞会产生阻力，这种阻碍 液体流动的阻力称为液阻。液阻的大小由流量和压 力决定
（1）据液体力学原理有：
AdH dt ? Q1 ? Q2 ? Q3
Ad ? H dt
?
? Q1 ? ? Q2 ? ? Q3
Q2
?
h1 R2
, Q3
?
h2 , R3
Q12
?
h1 ? h2 R12
H1 (s)
?
1 C1s
?Q1(s) ?
Q2 (s) ?
Q12 (s)?,
H 2 (s)
?
1 C2s
?Q12 (s) ?
Q3 (s)?
Q2 (s) ?
H1(s R2
)
,
Q3
(
s
)
?
H2(s) , R3
Q12 (s) ?
H1(s) ? H2(s) R12
习题讲解
第一章P16页思考与习题
1-1 自动控制系统主要由哪里些环节组成？各环节 起什么作用？
答：自动控制系统由被控对象、测量变送 器、执行器（控 制阀）和控制器组成。
被告控对象：是指被控制的生产设备或装置。 测量变送器：用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换
为标准信号作为输出。 执行器：常用的是控制阀，接受来自控制器的命令信号，用
非自衡过程： 与自衡过程不同，当输入发生变化时， 非自衡过程不能够自发地趋于新的平衡状态。
习题2-2
? 液阻：凡是能局部改变液流的通流面积使液流产生 压力损失 （阻力特性）或在压力差一定情况下，分 配调节流量（控制特性）的 液压阀口以及类似结构， 如薄壁小孔、短孔、细长孔、缝隙等，都称之为液 阻。各种液阻都应满足流量压力方程。液阻可类似 电阻用 R=P/q 确定,P与液位差 ΔH有关。
H (S )
习题 2-3: 机理建模举例
R1 Q1
h1
Q2 R2
C1
(1) 列写过程微分方 程组;
(2) 画出方
R12
C2
R3 Q3
Gp (s) ?
H 2 (s) Q1 ( s)
习题2-3: 列写状态方程
R1 Q1
h1
Q2 R2
C1
物料平衡方程:
C1
dh1 dt
hsp ?
?
e(t) 液位
控制器
流出 控制阀
控制对象
P(t)
测量变送
假设控制阀为气关阀，控制器为反作用，偏差为 指定值与测量值之差。
习题2-1工业过程中被控对象的动态特性有哪 些特点？
答：根据输出相对于输入变化的响应情况可将过程 分为两大类：自衡过程和非自衡过程。
自衡过程： 当输入变化时，无需外加的任何控制作 用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称 为自衡性。自衡过程包括纯滞后过程、单容过程 和多容过程。
由以上传递函数方程,可画出相 应的方框图.
习题2-3: 过程传递函数方框图
H1(s)
?
1 C1s
?Q1(s) ?
Q2 (s) ?
Q12 (s)?,
H 2 (s)
?
1 C2 s
?Q12 (s) ?
Q3 (s )?
Q1(s)
1
+_
+_
C1s
Q12
Q2
H2 H1 _
+
1 R2
Q2 (s) ?
H1(s R2
于改变控制阀的开度。 控制器：它将被告控变量的测量值班与设定值进行比较，得
出偏差信号e(t)，并按一定规律性输出控制信号u(t)。
1-2 试讨论比较常见的计算机控制装置的系统 结构与特点
1）直接数字控制：计算灵活，不仅能实现典型的 PID控制规律，还可以分时处理多个控制回路。
2）集中型计算机控制系统：可实现解耦控制、联锁 控制等各种更复杂的控制功能；信息集中，便于 实现操作管理与优化生产；灵活性大，控制回路 的增减、控制方案的改变可由软件来实现；人机 交互好，操作方便。
? Q2
?
Q2
?
Q20
?
?H R2
? Q3
?
Q3 ? Q30
?
?H R3
R2 R3 ASH (S ) ? R2 R3Q1(S ) ? R3H (S ) ? R2 H (S )
G(S) ? H (S) ?
R2 R3
Q1(S ) R2 R3 AS ? R3 ? R2
（2）过程的方框图
Q1(S )
R2 R3 R 2 R3 AS ? R3 ? R 2
C2sH2 (s) ?
H1(s) ? H2(s) R12
?
H 2 (s) R3
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。