过程控制_习题与答案
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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。
被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的 动态特性。
在自动化工作中，了解、研究控制系统动态比其静态更为重要。因为在生产过程中，干扰
是客观存在的，是不可避免的。在扰动引起系统变动后，就需要通过控制装置不断地施加控制 作用去消除干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺生产所规定的技术指标上，以满足过程控
调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；
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；
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。
1-8图1-2所示，是某温度记录仪上面画出的曲线图，试写出最大偏差、衰减比、余差、振荡
周期，如果工艺上要求控制温度为（40±20C）,哪么该控制系统能否满足要求？
1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。
2）可以在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为一个黑匣子，完全通过外
部测试来描述它的特性。
2-3.描述简单对象特性的参数有哪些？各有何物理意义？
2-3解答:
描述对象特性的参数分别是放大系数K、时间常数T、滞后时间.。
放大系数K放大系数K在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变
化量之比，即
输出的变化量
K
输入的变化量
由于放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数
是描述对象静态特性的参数。
时间常数T时间常数是指当对象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。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值
解答：
最大偏差：emax=45—40 = 5°C
衰减比：n=B/B= 4 / 1.
余差：C= 41—40 = 1°C
振荡周期：T=18—5 = 13min
终值在41°C,误差土1°C,符合要求.
过程控制系统第二章（对象特性）习题
2-1.什么是被控过程的数学模型？
2-1解答:
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
2-2.简述建立对象的数学模型两种主要方法。
2-2解答:
一是机理分析法。机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学
变化的规律（比如三大守恒定律等）,在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象 特性方程。通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型，它们的表现形式往往是微分方程或
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
衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n;
过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A；
超调量：第一个波峰值yi与最终稳态值y（：：）之比的百分数二；
二100%
y（：：）
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；
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:
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。
代数方程。
二是实验测取法。实验测取法是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然
后，用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律,即得到一系列实验数据或实
验曲线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数,进而得到对象的
数学模型。
5-12何为测试法建模？它有什么特点？
2-3解答:
出（被控参数）变化的数学表达式。
2-2.建立被控过程数学模型的目的是什么？过程控制对数学模型有什么要求？
2-2解答:
1）目的：® 设计过程控制系统及整定控制参数；
©指导生产工艺及其设备的设计与操作；
@对被控过程进行仿真研究；
④培训运行操作人员;
©工业过程的故障检测与诊断。
2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有 纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。
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
Байду номын сангаас2.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？
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？
制的要求。一个正常工作的自动控制系统 ，时时刻刻都受到扰动的频繁作用，总是处在一种频
繁的、不间断的动态过程中。因此说研究控制系统的动态比其静态更有意义。
1-7评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？
解答：
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。
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。
被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的 动态特性。
在自动化工作中，了解、研究控制系统动态比其静态更为重要。因为在生产过程中，干扰
是客观存在的，是不可避免的。在扰动引起系统变动后，就需要通过控制装置不断地施加控制 作用去消除干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺生产所规定的技术指标上，以满足过程控
调节时间：从过渡过程开始到过渡过程结束所需的时间；
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；
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。
1-8图1-2所示，是某温度记录仪上面画出的曲线图，试写出最大偏差、衰减比、余差、振荡
周期，如果工艺上要求控制温度为（40±20C）,哪么该控制系统能否满足要求？
1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。
2）可以在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为一个黑匣子，完全通过外
部测试来描述它的特性。
2-3.描述简单对象特性的参数有哪些？各有何物理意义？
2-3解答:
描述对象特性的参数分别是放大系数K、时间常数T、滞后时间.。
放大系数K放大系数K在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变
化量之比，即
输出的变化量
K
输入的变化量
由于放大系数K反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数
是描述对象静态特性的参数。
时间常数T时间常数是指当对象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。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值
解答：
最大偏差：emax=45—40 = 5°C
衰减比：n=B/B= 4 / 1.
余差：C= 41—40 = 1°C
振荡周期：T=18—5 = 13min
终值在41°C,误差土1°C,符合要求.
过程控制系统第二章（对象特性）习题
2-1.什么是被控过程的数学模型？
2-1解答:
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
2-2.简述建立对象的数学模型两种主要方法。
2-2解答:
一是机理分析法。机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学
变化的规律（比如三大守恒定律等）,在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象 特性方程。通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型，它们的表现形式往往是微分方程或
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
衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n;
过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A；
超调量：第一个波峰值yi与最终稳态值y（：：）之比的百分数二；
二100%
y（：：）
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；
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:
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。
代数方程。
二是实验测取法。实验测取法是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然
后，用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律,即得到一系列实验数据或实
验曲线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数,进而得到对象的
数学模型。
5-12何为测试法建模？它有什么特点？
2-3解答:
出（被控参数）变化的数学表达式。
2-2.建立被控过程数学模型的目的是什么？过程控制对数学模型有什么要求？
2-2解答:
1）目的：® 设计过程控制系统及整定控制参数；
©指导生产工艺及其设备的设计与操作；
@对被控过程进行仿真研究；
④培训运行操作人员;
©工业过程的故障检测与诊断。
2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有 纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。
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
Байду номын сангаас2.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？
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？
制的要求。一个正常工作的自动控制系统 ，时时刻刻都受到扰动的频繁作用，总是处在一种频
繁的、不间断的动态过程中。因此说研究控制系统的动态比其静态更有意义。
1-7评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？
解答：
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。