自动控制课后习题

1自动控制是采用自动检测、信号调节（包括数字调节器、计算机）、电动执行等自动化装置，组成的闭环控制系统，它使各种被控变量保持在所要求的给定值上。过程自动化是指在生产过程中，由多个自动控制系统组合的复杂过程控制系统。

2生产过程实现自动化的目的是：提高工序质量，用有限资源，制造持久耐用的精美产品；在人力不能胜任的复杂快速工作场合中实现自动操作；把人从繁重枯燥的体力劳动中解放出来；不轻易受人的情绪和技术水平的影响，稳定工序质量。实现自动化大批量生产，提供质量好、性能稳定、价格具有竞争力的产品，为企业生存发展提供更大的空间。

3轧制过程中的特点：1需要模型计算2控制项目众多3调节速度快4参数之间相互耦合影响5控制效果综合性强4.系统定义：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。(1) 包含若干部分(2) 各个部分之间存在某种联系(3) 具有特定的功能。控制对象：泛指任何被控物体（不含控制器）。控制：使某个控制对象中一个或多个输出量随着时间的推移按照某种预期的方式进行变化。实现：靠控制系统去完成。

开环系统：不存在稳定性问题，控制精度无法保证。闭环系统：可实现高精度控制，但稳定性是系统设计的一个主要问题。

5.实现闭环控制的三个步骤一是对被控量(即实际轧出厚度或压下位置)的正确测量与及时报告；二是将实际测量的被控量与希望保持的给定值进行比较、PID计算和控制方向的判断；三是根据比较计算的结果，发出执行控制的命令，使被控量恢复到所希望保持的数值上。

6.现代钢铁生产过程的特点控制项目众多、调节速度快、参数之间相互耦合影响、控制结果综合性强。

7.轧制过程技术现状与自动化发展：轧钢生产日益连续化、轧制速度的不断提高、生产过程计算机控制、产品质量和精度高标准交货、操作者具有高度水平。

第二章

1何谓自动控制系统？

自动控制是利用控制系统使被控对象或是生产过程自动按照预定的目标运转所进行的控制活动。理想的自动控制过程是，在线自动检测对象参数，与设定参数比较，得到偏差后，立即进行比例、积分和微分调节运算，然后调整过程对象，使其快速平稳达到期望状态。

2分析图中各环节链接信号。。。。

它是借助于测厚仪测出实际的轧出厚度，并转换成相应的电压信号，然后将它与所要求的目标厚度相当的电压信号进行比较，得到与厚度偏差相当的偏差信号。偏差信号经放大器放大，控制可控硅导通角度，调节电动机通电时间，使压下螺丝向上或向下移动，从而使辊缝相应的改变，得到所要求的轧件厚度值。只要测厚仪精度足够，调节器、执行器或任何外扰因素影响出口厚度时，都会调节辊缝，自动地使实际轧出厚度保持在允许的厚度偏差范围内。即无论来料干扰还是调节执行机构本身的缘故，一旦厚度有偏差，出口监测装置就会报告出来。故反馈系统是所有自动控制系统的核心。

3为什么会有滞后？及其影响

在机械运动系统中总是存在运动部件的惯性、与运动速度相关的摩擦阻力和工作负荷的大小不同，因而在自动控制过程中，它们会不同程度地使得执行机构的动作不能及时地随着输入信号而变化，出现一定的延迟，即当被控量已达到给定值时，在短时间内还继续向调整的方向发展，这样便会使被控量超过给定值，从而产生符号相反的误差，因此又使执行机构向反方向动作。同样，也会由于惯性的作用，使被控量偏离给定值。所以被控量往往会在给定值两边摆动，故实际的调节过程往往是一个振荡的过程。若这个振荡是减幅振荡，则系统最后会达到平衡状态，便称此系统是稳定的，否则系统就是不稳定的。

4什么是PID控制？调节器作用？参数如何确定？

对偏差信号进行比例、积分和微分调节运算称为PID 控制，它可以提高控制品质。调节器是实现PID运算的专门装置，将偏差放大或通过微分给与短时间的强烈输出，加快启动，减少死区。积分是将偏差累积起来，进行调整，达到消除静差的目的。减少比例放大或增加对象变动的阻尼可以减少震荡幅度，但也降低系统响应频率。

5什么是数字PID？数字调节器为什么会代表电动组合仪器？

数字PID就是把现场的控制变量的模拟信号和对现场受控变量的输出信号均转换成了数字信号，PID的实现也是通过数字信号的设定来完成的。

6.开环控制系统和闭环控制系统各有什么特点？

开环系统：输出量不会返回影响过程的直接控制系统。不存在稳定性问题，控制精度无法保证。

闭环系统：将输出量反馈回来影响输入量的控制系统。可实现高精度控制，但稳定性是系统设计的一个主要问题。

1. 什么是数学模型？

数学模型是计算机自动控制系统设定计算的工具。与先进工艺、精良设备、精心保养、严格原料等因素一道，成为轧制自动化控制系统的基础。

2.什么是自学习适应? 为什么轧制力预报不准确，要采用自学习方法？

自适应是用当前测量值做设定值的后计算，把这些重新计算的设定值与测量值进行比较，用它们的偏差校正数学模型系数，使数学模型与当前轧制类型相匹配，直到计算值与测量值相一致为止。一个因素是实际材料的不确定性，即轧件材料的特性和尺寸在实际轧制生产过程中会发生变化，例如同一标号板坯的化学成分会产生波动、板坯加热温度和辊道搁置时间会发生变化。另外一个因素是轧机的变化，例如存在间断时间较长的连铸连轧薄板坯车间，轧辊产生较大的热膨胀波动；还有轧制变形量和里程使轧辊表面磨损程度难以估计。第三个因素是测量仪表的误差，例如仪表的噪声、仪表零位的漂移等。因此在实际热轧生产过程中，没有一个数学模型能够自始至终地达到高精度预报。良好的设备状态和稳定的工艺制度是提高模型精度的前提条件和必要条件，实际生产只有短

3. 指数平滑法如何体现渐消记忆？

指数平滑公式可写成由此可见，计算机不必记忆每个历史数据，因为从每个偏差包含前一个偏差的信息。

4. 什么是模拟轧钢？

模拟轧钢是L1 级计算机启动，读取现场所有检测装置，但由L2 级计算机仿真模拟给出各架轧机承受轧制力和张力的一种检验操作。模拟轧钢范围包括从加热炉出口到卷取机为止的整个轧线。模拟轧钢功能模拟板坯在轧线上运行的时序，实时触发各检测器(HMD、温度计、负荷继电器等)的ON／OFF 信号，自动化系统按此信号进行各个设备的预设定及APC 动作，对计算机、电气、机械的正常运作进行确认，从而检验机械、电气传动、基础自动化I／O 信号及应用软件的正确性。在无负荷试车阶段，该功能用于调试，在试运转阶段，用于快速检验。

5.BP网络：其基本思想是，学习过程由信号的正向传播与误差的反向传播两个过程组成。正向传播时，输入样本从输入层传入，经隐层逐层处理后传向输出层。若输出层的实际输出与期望输出（教师信号）不符，则转向误差的反向传播阶段。误差的反向传播是将输出误差以某种形式通过隐层向输入层逐层反传，并将误差分摊给各层的所有单元，从而获得各层单元的误差信号，此误差信号即作为修正各单元权值的依据。这种信号正向传播与误差反向传播的各层权值调整过程是周而复始地进行。权值不断调整的过程，也就是网络的学习训练过程。此过程一直进行到网络输出的误差减少到可以接受的程度，或进行到预先设定的学习次数为止。

6.为什么要预测轧制压力和变形抗力：热轧轧制压力的预报计算计算是个老问题。在热轧生产中，如何准确地预测在具体生产条件下的轧制压力重要，如果轧制压力太大，会导致轧辊的断裂甚至电机的烧毁；如果轧制压力太小，会导致轧制能力的浪费。通过准确地预报轧制力可使工厂的技术人员确定合适的轧制工艺。金属塑性变形抗力是表征钢材压力加工性能的一个基本量，正确确定不同变形条件下金属的变形抗力，是制定合理的轧制工艺规程的必要条件。

7.自学习的流程1) 采集实际数据(1)同时数据。在同一时刻采集所有机架的有关数据(2)同点数据。在轧件同一点上采集所有机架的有关数据2) 检查实际测量数据检查各种实测数据的合理性，对实际数据进行极限值检查，判断设定值与实际值的偏差是否超过了给定的限制值。如果数据异常时，就输出报警，对本块钢不再进行数学模型的自学习，以避免由于测量数据的异常而造成的错误自学习。主要检查的数据有：PDI数据、带坯的厚度、宽度、温度、精轧温度、轧制力、轧制功率、轧机速度、电流、电压等3) 计算实际测量数据的平均值采用如下算法对实际数据计算平均值即去掉一个最大值，去掉一个最小值，然后取其平均值。4) 更新自学习系数首先计算各个自学习项目的“瞬时值”，然后进行指数平滑法的修正，最后更新自学习系数。即把新的自学习系数存储到学习文件中，供下次轧制时使用。

8.常用数学模型：初等模型、简单的优化模型、数学规划模型、微分方程模型、差分方程模型、统计回归模型。第四章

1轧制过程计算机控制的作用和必要性

在冶金工业中，轧制生产过程较为稳定，机械化程度高，容易实现自动化。计算机系统的应用不仅保证各工序环节的质量和数量，提高了生产效率，最重要的是大大改善了轧件尺寸精度和性能指标。轧制过程是复杂的综合性实时性极强的生产过程。所有局部设备可靠工作才能保证生产正常进行，计算机应用到轧制生产当中正好适应了这种要求，因而促进了生产发展，计算机本身能力也得到极大的发挥。

2计算机控制系统的结构和每级的作用

L0级也称数字传动级，它包括各种DDC/PLC控制的执行设备，这些执行设备本身成为各自独立又有通讯的闭环自动控制系统，可以对调节器进行比例、积分、微分等各种算法设置L1级是SCC操作过程控制级，主要是在程序控制下，