4章过控习题参考答案
过程控制仪表课后答案第4章
过程控制仪表课后答案第4章思考与练习题参考答案第4章执行器（1）执行器在过程控制中起什么作用？常用的电动执行器与气动执行器有何特点？答：执行器是过程控制系统中一个重要的组成部分，它的作用是接受来自控制器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移来改变调节阀的流通面积，以改变被控参数的流量，控制流入或流出被控过程的物料或能量，从而实现对过程参数的自动控制，使生产过程满足预定的要求。
电动执行器能源取用方便，动作灵敏，信号传输速度快，适合于远距离的信号传送，便于和电子计算机配合使用。
但电动执行器一般来说不适用于防火防爆的场合，而且结构复杂，价格贵。
气动执行器是以压缩空气作为动力能源的执行器，具有结构简单、动作可靠、性能稳定、输出力大、成本较低、安装维修方便和防火防爆等优点，在过程控制中获得最广泛的应用。
但气动执行器有滞后大、不适于远传的缺点，为了克服此缺点，可采用电/气转换器或阀门定位器，使传送信号为电信号，现场操作为气动，这是电/气结合的一种形式，也是今后发展的方向。
（2）执行器由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：执行器由执行机构和调节机构（又称为调节阀）两个部分组成执行机构是执行器的推动装置，它根据控制信号的大小，产生相应的推力，推动调节机构动作。
调节机构是执行器的调节部分，在执行机构推力的作用下，调节机构产生一定的位移或转角，直接调节流体的流量。
（3）简述电动执行器的构成原理，伺服电机的转向和位置与输入信号有什么关系？答：电动执行机构由伺服放大器和执行机构两部分组成。
伺服放大器是由前置磁放大器、触发器，可控硅主回路及电源等部分组成。
执行机构又包括两相伺服电动机、减速器和位置发送器。
伺服放大器综合输入信号和反馈信号，并将该结果信号加以放大，使之有足够大的功率来控制伺服电动机的转动。
根据综合后结果信号的极性，放大器应输出相应极性的信号，以控制电动机的正、反运转前置级磁放大器是一个增益很高的放大器，来自控制器的输入信号和位置反馈信号在磁放大器中进行比较，当两者不相等时，放大器把偏差信号进行放大，根据输入信号与反馈相减后偏差的正负，放大器输出电压，控制两个晶体管触发电路中一个工作，一个截止。
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？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。
孙洪程版过程控制课后答案
第一章思考题及习题1.1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1.2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1.3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，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。
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。
1.4 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。
过控习题参考答案
课后习题参考答案第一章2-(4)解：控制系统框图：被控过程：加热器+汽包被控参数：汽包水位控制参数：上水流量干扰参数：蒸汽流量变化----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------第二章2-(1)解:1)△=±6°C2)γ=±1.2%，即仪表精度等级为1.5级3)γ=±1.4%，即仪表精度等级为1.5级----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------第三章1-(2)解：由式δ=1/Kc×100% 可得: Kc =1比例积分作用下Δu 可由下式计算得出：Δu= Kc[ e(t)+1/TI∫e(t)dt ]=3mAu = Δu +u(0) = 3mA + 6mA = 9mA经过4min 后调节器的输出9mA.1-(6)解：调节器“正”作用-----调节器输出随测量值增加而增加。
“反”作用-----调节器输出随测量值增加而减小。
2-(1)解：V PD/V i=a(1+nR D C D S)/n(1+R D C D S)令n=K D，nR D C D=T D，则有V PD/V i= a(1+T D S)/n(1+T D S/K D)V o/V PD= -C T(1+1/mR T C T S)/C M(1+1/KR T C M S)= - C T (1+1/T T S)/C M(1+1/K T T T S) 其中K T=KC M/mC T , T T=mR T C T∴V o/V i= - a C T（1+T D S）（1+1/T T S）/ n C M(1+T D S/K D)( 1+1/K T T T S)2-(5)解：调节器选气开型。
4章过控习题参考答案(可编辑修改word版)
第五章前馈控制系统5．1 前馈控制与反馈控制各有什么特点？答：反馈控制的特点：优点：能够克服各种干扰。
只要干扰对被控变量造成影响，就有控制校正作用。
缺点：反馈控制不及时，是一个有差控制系统。
反馈控制系统只有被控变量在干扰作用下出现偏差时，才有校正作用，干扰总存在，偏差总存在。
前馈控制的特点：（1）前馈控制根据干扰进行，控制及时。
如果前馈控制规律恰当，理论上可完全消除干扰的影响（2）前馈控制是一种开环控制，被控变量并不经测量反馈到输入端。
不能保证控制效果。
（3）前馈控制需要对干扰进行测量，才能进行控制。
通常只测量一种干扰，因而只能克服一种干扰。
（4）前馈控制器的控制规律是通过对干扰通道与控制通道的特性计算而得是一种专用的控制器，在工程上，精确的通道特性难以获取，精确的前馈控制规律难以实现。
5．2 纯前馈控制在生产过程中为什么很少采用？答：单纯的前馈由于存在以下两三方面问题，其控制效果往往并不理想，因此在生产中很少使用。
这主要表现在：（1）单纯前馈是一种开环控制，不能保证控制效果。
不存在被控变量的反馈，即对于补偿的效果没有检验的手段。
这样，在前馈作用的控制结果并没有最后消除被控变量偏差时，系统无法得到这一信息而作进一步的校正。
（2）单纯前馈通常只能克服一种干扰。
由于实际工业对象存在着多个干扰，为了补偿它们对被控变量的影响，势必要设计多个前馈通道，因此单纯前馈就不能很好控制。
（3）准确的的前馈控制规律工程上难以实现。
5．3 前馈---反馈控制具有哪些优点？答：前馈--反馈系统的优点：前馈控制系统与反馈控制系统优势互补，主要表现在：（1）过渡过程时间、超调量大大降低。
由于引入了前馈控制，当主要干扰一出现时，同步施加了一个前馈校正作用，消除或大大降低了对被控变量的影响，因而使反馈控制的超调量、过渡过程时间大大降低。
前馈补偿了反馈的缺点。
（2）反馈回路的存在，为前馈控制的工程实现创造了条件。
前馈不能补偿的部分可由反馈校正，降低了前馈控制模型的精度要求，便于工程实现。
上海大学过控复习要点和习题答案
课程掌握要点第一章绪论1．过程控制定义？掌握术语DCS，FCS，DDZ，QDZ2．常规仪表过程控制系统的组成？3．过程控制系统的性能指标。
尤其是单项指标。
4．自动化仪表的分类，信号体制：掌握气动仪表之间的联络信号是什么？电动模拟仪表的联络信号是什么？5．掌握单元组合仪表中设置活零点有什么好处？6．安全火花防爆系统第二章检测仪表1．传感器，变送器的作用。
检测变送的功能：转化为标准型号：24V DC电源供电，4~20 mA 电流信号，1~5V DC 电压信号. 气动执行器20~100 KPa 2．掌握仪表的性能指标（误差，精度，特性曲线，零点，量程），掌握精度计算。
3．了解变送器与控制室仪表之间的信号四线制、三线制、二线制传输接线方式？4．掌握工业常用热电阻类型，热电阻的测温范围，注意事项及热电阻的接线方式。
5．掌握热电偶测温原理，范围，注意事项及冷端补偿和补偿导线。
6．掌握D D Z-I I I热电偶的特点。
7．了解热电偶变送器的作用，组成结构、各部分功能，实现原理。
8．掌握压力测量的弹性元件有哪几种？各种压力之间的关系。
9．掌握流量测量方法有那些，分类？节流式流量计测量流量原理，节流元件起什么作用？10．了解靶式流量计和其他流量计的工作原理。
11．掌握转子流量计的工作原理。
与差压流量计比较异同！涡街流量计测量原理。
12．了解液位测量仪表有哪几种？它们如何实现测量的原理？13．掌握利用压力或差压变送器来测量液位的原理？零点迁移。
课后作业答案：第一章 P151.（10）错（11）对2. （１）（用下图代替吧，手头无画图工具）其中控制器为LC，执行器为ＬＶ，检测变送可写为ＬＴ，对象为水槽，被控变量为液位（２）DDZ-III 采用的电模拟信号体制:采用24V DC 电源供电，4~20mA DC 电流信号作为工业现场和控制室之间各仪表之间的联络信号，1～5V DC 电压信号作为控制室内各仪表之间的联络信号。
过程控制工程2-4章答案(孙洪程著)
第二章思考题及习题2.1 与单回路系统相比，串级控制系统有些什么特点?答：串级控制方案具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。
因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好。
(1) 串级控制系统具有更高的工作频率；(2) 串级控制系统具有较强的抗干扰能力；(3) 串级控制系统具有一定的自适应能力2.2 为什么说串级控制系统主控制器的正、反作用只取决于主对象放大倍数的符号，而与其他环节无关?答：主控制器的正、反作用要根据主环所包括的各个环节的情况来确定。
主环内包括有主控制器、副回路、主对象和主变送器。
控制器正、反作用设置正确的副回路可将它视为一放大倍数为“正”的环节来看待。
这样，只要根据主对象与主变送器放大倍数的符号及整个主环开环放大倍数的符号为“负”的要求。
即Sign{G 01(s )}Sign{G 02’(s )}Sign{G m1(s )}Sign{G c1(s )}=-1就可以确定主控制器的正、反作用。
实际上主变送器放大倍数符号一般情况下都是“正”的，再考虑副回路视为一放大倍数为“正”的环节，因此主控制器的正、反作用实际上只取决于主对象放大倍数的符号。
当主对象放大倍数符号为“正”时，主控制器应选“负”作用；反之，当主对象放大倍数符号为“负”时，主控制器应选正作用。
2.3 串级控制系统的一步整定法依据是什么?答：一步整定法的依据是：在串级控制系统中一般来说，主变量是工艺的主要操作指标，直接关系到产品的质量，因此对它要求比较严格。
而副变量的设立主要是为了提高主变量的控制质量，对副变量本身没有很高的要求，允许它在一定范围内变化，因此在整定时不必将过多的精力放在副环上，只要主变量达到规定的质量指标要求即可。
此外对于一个具体的串级控制系统来说，在一定范围内主、副控制器的放大倍数是可以互相匹配的，只要主、副控制器的放大倍数K c1与K c1的乘积等于K s (K s 为主变量呈4：1衰减振荡时的控制器比例放大倍数)，系统就能产生4：1衰减过程(下面的分析中可以进一步证明)。
(完整版)过程控制复习要点和习题答案(3,4)
1.如图所示，用差压变送器测敞口容器液位，其最低液位和最高液位到仪表的距离分别为h1=1m，h2=3m,若被测介质的密度为980kg/m3,求：
1）该变送器的量程为多少？
2）是否需要迁移？迁移量为多少？
2：某负作用理想PID调节规律，，Ti=2min,Td=0,在t=t0时刻加入一幅值为1mA的阶跃信号，若调节器的起始工作点为6mA，试画出调节器的输出波形。
11．工作流量特性的定义，串联管道中调节阀流量特性的变化
12．S值是指什么？S值的大小对流量特性的影响？
13．掌握选择调节阀的流量特性的三原则？
14．了解电－气转换器起什么作用？为什么要用阀门定位器？
15．掌握构成一个安全火花型防爆系统的充要条件是什么？安全火花型防爆系统的组成结构。
16．了解防爆栅有哪几种类型？
气关阀
7、图示，冷物料通过加热器用蒸汽对其加热，在事故状态下，为了保护加热器设备的安全，即耐热材料不损坏，现在蒸汽管道上有一只调节阀，确定其气开，气关形式。
气开阀
第四、五章习题
1、水槽如图所示。其中F为槽的横截面积，R1、R2、R3均为线性水阻，Q1为流入量，Q2、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；
17．了解危险场所分为哪几类？危险程度最高的是哪一类？第一类危险场所又分为哪几级？
第八章控制对象的特性测试
1.掌握利用机理法建立单容/双容对象的数学模型。
2.掌握什么是具有自衡能力的对象？具有滞后的一阶二阶特性的表示式；什么是无自衡能力的对象？具有滞后的一阶二阶特性的表示式。
3.掌握什么是飞升曲线？单容对象或多容对象的飞升曲线可用哪些参数来表征？
(3)比例、积分作用减弱，影响比例的是P，影响积分作用的是P和Ti
过控答案部份课后答案
1-1 进程操纵有哪些要紧特点？什么缘故说进程操纵多属慢进程参数操纵？1．操纵对象复杂、操纵要求多样2. 操纵方案丰硕3．操纵多属慢进程参数操纵4．定值操纵是进程操纵的一种要紧操纵形式5．进程操纵系统由标准化的进程检测操纵仪表组成1-2 什么是进程操纵系统？典型进程操纵系统由哪几部份组成？进程操纵系统：一样是指工业生产进程中自动操纵系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等如此一些变量的系统。
组成：参照图1-1。
1-4 说明进程操纵系统的分类方式，通常进程操纵系统可分为哪几类？解答：分类方式说明：按所操纵的参数来分，有温度操纵系统、压力操纵系统、流量操纵系统等；按操纵系统所处置的信号方式来分，有模拟操纵系统与数字操纵系统；按操纵器类型来分，有常规仪表操纵系统与运算机操纵系统；按操纵系统的结构和所完成的功能来分，有串级操纵系统、均匀操纵系统、自适应操纵系统等；按其动作规律来分，有比例（P）操纵、比例积分（PI）操纵，比例、积分、微分（PID）操纵系统等；按操纵系统组成回路的情形来分，有单回路与多回路操纵系统、开环与闭环操纵系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量操纵系统等。
通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值操纵系统（2）随动操纵系统（3）程序操纵系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈操纵系统（2）前馈操纵系统（3）前馈—反馈复合操纵系统1-5 什么是定值操纵系统?在定值操纵系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数转变的确实是扰动信号。
1-8 评判操纵系统动态性能的经常使用单项指标有哪些？各自的概念是什么？解答：单项性能指标要紧有：衰减比、超调量与最大动态误差、静差、调剂时刻、振荡频率、上升时刻和峰值时刻等。
衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ；过渡进程的最大动态误差：关于定值操纵系统，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1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1100%()y y σ=⨯∞ 残余误差C ： 过渡进程终止后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的误差C 称为残余误差，简称残差；调剂时刻：从过渡进程开始到过渡进程终止所需的时刻；振荡频率：过渡进程中相邻两同向波峰（或波谷）之间的时刻距离叫振荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率；峰值时刻：过渡进程开始至被控参数抵达第一个波峰所需要的时刻。
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 。
过控习题参考答案
过控习题参考答案第⼀章单回路控制系统1.1 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？控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系；⼲扰通道——是指⼲扰作⽤与被控变量之间的信号联系。
（1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三⽅⾯）控制通道静态放⼤倍数越⼤，系统灵敏度越⾼，余差越⼩。
但随着静态放⼤倍数的增⼤，系统的稳定性变差。
控制通道时间常数越⼤，经过的容量数越多，系统的⼯作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越⼩越好，太⼩会使系统的稳定性下降，因此应该适当⼩⼀些。
控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增⼤，⽽且还还会使系统的稳定性降低。
（2）⼲扰通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三⽅⾯）⼲扰通道放⼤倍数越⼤，系统的余差也越⼤，即控制质量越差。
⼲扰通道时间常数越⼤，阶数越⾼，或者说⼲扰进⼊系统的位置越远离被控变量测量点⽽靠近控制阀，⼲扰对被控变量的影响越⼩，系统的质量则越⾼。
⼲扰通道有⽆纯滞后对质量⽆影响，不同的只是⼲扰对被控变量的影响向后推迟⼀个纯滞后时间τ0。
1.2 如何选择操纵变量？1）考虑⼯艺的合理性和可实现性；2）控制通道静态放⼤倍数⼤于⼲扰通道静态放⼤倍数；3）控制通道时间常数应适当⼩⼀些为好，但不易过⼩，⼀般要求⼩于⼲扰通道时间常数。
⼲扰动通道时间常数越⼤越好，阶数越⾼越好。
4）控制通道纯滞后越⼩越好。
1.3 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？⽐例度δ越⼩，系统灵敏度越⾼，余差越⼩。
随着δ减⼩，系统的稳定性下降。
1.5图1-42为⼀蒸汽加热设备，利⽤蒸汽将物料加热到所需温度后排出。
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，应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作⽤？答：①影响物料出⼝温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和⼊⼝温度。
自动控制原理课后次答案第四章
自动控制原理习题分析第四章4-2(11)自动控制原理习题分析第四章42(1)
自动控制原理习题分析第四章4-2(1)
自动控制原理习题分析第四章4-2(4)
自动控制原理习题分析第四章4-2(4)
自动控制原理习题分析第四章4-2(4)
自动控制原理习题分析第四章4-6
自控原理习题分析第四章4-8
自动控制原理习题分析第六章6-9
自动控制原理习题分析第六章6-9
自动控制原理习题分析第六章6-9
自动控制原理习题分析第六章6-9
自动控制原理习题分析第六章6-9
自控原理习题分析第六章6-9
自控原理习题分析第六章6-9
自控原理习题分析第六章6-9
自控原理习题分析第六章6-9
自动控制原理习题分析第四章4-6
自动控制原理习题分析第四章4-6
自动控制原理习题分析第四章4-6
自动控制原理习题分析第四章4-6
自动控制原理习题分析第四章4-6
自动控制原理习题分析第四章4-6
自动控制原理习题分析第四章4-8
自动控制原理习题分析第四章4-8
自控原理习题分析第四章4-8
过控答案部分课后答案
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？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？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：参照图1-1。
1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？解答：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。
通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统1-5 什么是定值控制系统?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。
1-8 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。
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：第一个波峰值与最终稳1y 态值y （∞）之比的百分数σ；1100%()y y σ=⨯∞ 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：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。
2012年过程控制系统第四章-第九章习题
第四章思考题与习题1．试说明单回路控制系统的构成、主要特点及应用场合。
并说明系统设计的主要内容。
2．试述评价过程控制系统的质量指标。
3. 过程控制系统方案设计应包含哪些主要内容？4．选择被控参数时应遵循那些基本原则?5．为什么选择控制参数时要从分析过程特性入手？选择控制参数的原则是什么？6．在选择控制参数时，为什么取过程控制通道的静态放大系数K0应适当大一些，而时间参数T0应适当小一些？7．在设计过程控制系统时，怎样选择调节器的控制规律？怎样确定调节器的正、反作用？怎样确定调节阀的气开、气关作用方式？8．如图4-1所示储槽加热器，其流人量为q，温度为1T，槽用蒸汽加热，其流1出量为q，温度为2T，假设槽内搅拌均匀，认为流出量的温度即为槽内介质2温度，生产要求T保持在某给定值上。
当1q或1T变化时，试设计一过程控制2系统。
图4-1 贮槽加热器9．在生产过程中，要求控制水箱液位，故设计了如图4-2所示的液位定值控制系统。
如果水箱受到一个单位阶跃扰动f作用，试求：（1）当调节器为比例作用时，系统的稳态误差。
（2）当调节器为比例积分作用时，系统的稳态误差。
图4-2 液位控制流程图第五章思考题与习题1．与单回路控制系统相比，串级控制系统有哪些主要特点？2．设计串级控制系统时，应解决好哪些问题？3．怎样确定主、副调节器的正、反作用方式？试举例说明。
4．为什么串级控制系统参数的整定要比单回路系统复杂？怎样整定主、副调节器的参数？5．在某生产过程中，冷物料通过加热炉进行加热，根据工艺要求，需对热物料的炉出口温度进行严格控制，在运行中发现燃料压力波动大，而且是一个主要扰动，故设计如图5-1所示系统流程图，要求：（1）由系统控制流程图画出方框图；（2）确定调节阀的气开、气关形式；（3）决定各调节器的正、反作用方式。
图5-1 加热炉温度控制流程图第六章 思考题与习题1. 前馈控制有哪几种主要型式？2. 前馈控制与反馈控制各有什么特点？3. 是否可用普通的PID 调节器作为前馈控制器？为什么？4. 动态前馈和静态前馈有什么区别和联系？5. 在什么条件下前馈控制效果最好？6. 为什么一般不单独使用前馈控制方案？7. 试分析前馈—反馈、前馈-串级复合控制系统的随动及抗扰动特性。
过程控制章习题答案完整版
过程控制章习题答案 HUA system office room 【HUA16H-TTMS2A-HUAS8Q8-HUAH1688】第一章单回路控制系统1.1 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控制通道——是指操纵变量与被控变量之间的信号联系；干扰通道——是指干扰作用与被控变量之间的信号联系。
（1）控制通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面）控制通道静态放大倍数越大，系统灵敏度越高，余差越小。
但随着静态放大倍数的增大，系统的稳定性变差。
控制通道时间常数越大，经过的容量数越多，系统的工作频率越低，控制越不及时，过渡过程时间越长，系统的质量越低，但也不是越小越好，太小会使系统的稳定性下降，因此应该适当小一些。
控制通道纯滞后的存在不仅使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还还会使系统的稳定性降低。
（2）干扰通道特性对系统控制质量的影响：（从K、T、τ三方面）干扰通道放大倍数越大，系统的余差也越大，即控制质量越差。
干扰通道时间常数越大，阶数越高，或者说干扰进入系统的位置越远离被控变量测量点而靠近控制阀，干扰对被控变量的影响越小，系统的质量则越高。
干扰通道有无纯滞后对质量无影响，不同的只是干扰对被控变量的影响向后推迟一个纯滞后时间τ0。
1.2 如何选择操纵变量？1）考虑工艺的合理性和可实现性；2）控制通道静态放大倍数大于干扰通道静态放大倍数；3）控制通道时间常数应适当小些为好，但不易过小，一般要求小于干扰通道时间常数。
干扰动通道时间常数越大越好，阶数越高越好。
4）控制通道纯滞后越小越好。
1.3 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比例度δ越小，系统灵敏度越高，余差越小。
随着δ减小，系统的稳定性下降。
1.5图1-42为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料加热到所需温度后排出。
试问：影响物料出口温度的主要因素有哪些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如果物料在温度过低时会凝结，应如何选择控制阀的开闭形式及控制器的正反作用答：影响物料出口温度的因素主要有蒸汽的流量和温度、搅拌器的搅拌速度、物料的流量和入口温度。
自动控制原理第四章课后答案
∗
= 160
θ p2 = −63o ，θ p3 = 63o 。
根轨迹如图解 4-5(a)所示。
⑵ G(s)H (s) =
K∗
s(s + 1)(s + 2)(s + 5)
① 实轴上的根轨迹： [− 5,−2], [−1,0]
② 渐近线：
⎪⎪⎧σ a
=
0 + (−5) + (−2) + (−1) 4
=
−2
π 3π = ± ,±
55
,π
9
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⎨ ⎩K
∗
=
21.7
⎨ ⎩K
∗
=
37.3
⑤ 起始角：
θp3 =180o +106..1o −90o −120o −130..89o = −54..79o 由对称性得，另一起始角为 54.79o ，根轨迹如图解 4-5(d)所示。
4-６ 已知单位反馈系统的开环传递函数，要求：
（1）确定 G(s) = K ∗ (s + z) 产生纯虚根为 ± j1的 z 值和 K ∗ 值； s 2 (s + 10)(s + 20)
p1 = 0, p2 = −1, p3 = −3.5, p4 = −3 + j2, p5 = −3 − j2
① 实轴上的根轨迹： [− ∞,−3.5], [−1,0]
② 渐近线：
⎧⎪⎪σ a
=
−1 − 3.5 +
(−3 + j2) 5
+ (−3 −
j2)
=
−2.1
⎨ ⎪⎪⎩ϕa
=
过程控制系统章节练习题及答案 第4章 习题解答
第4章 习题解答习题4-1答：比例控制是有差调节，作用速度快；积分控制是无差调节，但稳定性不如比例控制，且调整时间加长；微分控制是有差调节，具有超前作用，它有提高控制系统稳定性的作用。
比例、微分控制是有差调节，而积分控制是无差调节。
习题4-2解：控制器的比例带%50%100)010/()37()100200/()140160(%100||/||/min max min max =×−−−−=×−−=u u u e e e δ 习题4-3答：比例积分微分控制（PID 控制）就是综合比例积分和微分三种控制的优点，利用比例控制快速抵消干扰的影响，利用积分控制消除残差，微分的引入提高了系统的稳定性。
习题4-4答：具有积分作用的控制器，只要被控变量与设定值之间有偏差，其输出就会不停地变化。
如果由于某种原因(如阀门关闭、泵故障等)，被控变量偏差一时无法消除，然而控制器还是要试图校正这个偏差，结果经过一段时间后，控制器输出将进入深度饱和状态，这种现象称为积分饱和。
造成积分饱和现象的内因是控制器包含积分作用，外因是系统长期存在偏差。
为了防止积分饱和的现象发生或降低积分饱和带来的危害，常采用积分分离、限制偏差、输出上限限幅和局部反馈等多种措施。
即消除积分饱和的常用方法有：①限制比例积分调节器的输出在规定范围；②积分分离法，即人为设定一个限值，在比例积分调节器的输出超过某一限值时，改用纯比例控制；③遇限削弱积分法，即人为设一限定，当控制输出大于该限定时，只累加负偏差，反之亦可。
习题4-5解：(1) 由题图4-5-1可知2,2,1i ==Δ=ΔT e e δ所以 2%,50212i ===Δ=T e δ题图4-5-1 比例积分控制器的阶跃响应 (2) 当时，输出u 的阶跃响应的变化，以及新的比例带δ '和积分时间T i '值，如图题图4-5-1所示。
15.0'%,2004'i i ====T T δδ(3) 因为i i ','T T <>δδ，所以变化后的比例作用减弱，积分作用增强。
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第五章前馈控制系统
5．1 前馈控制与反馈控制各有什么特点？
答：反馈控制的特点：
优点：能够克服各种干扰。
只要干扰对被控变量造成影响，就有控制校正作用。
缺点：反馈控制不及时，是一个有差控制系统。
反馈控制系统只有被控变量在干扰作用下出现偏差时，才有校正作用，干扰总存在，偏差总存在。
前馈控制的特点：
（1）前馈控制根据干扰进行，控制及时。
如果前馈控制规律恰当，理论上可完全消除干扰的影响
（2）前馈控制是一种开环控制，被控变量并不经测量反馈到输入端。
不能保证控制效果。
（3）前馈控制需要对干扰进行测量，才能进行控制。
通常只测量一种干扰，因而只能克服一种干扰。
（4）前馈控制器的控制规律是通过对干扰通道与控制通道的特性计算而得是一种专用的控制器，在工程上，精确的通道特性难以获取，精确的前馈控制规律难以实现。
5．2 纯前馈控制在生产过程中为什么很少采用？
答：单纯的前馈由于存在以下两三方面问题，其控制效果往往并不理想，因此在生产中很少使用。
这主要表现在：
（1）单纯前馈是一种开环控制，不能保证控制效果。
不存在被控变量的反馈，即对于补偿的效果没有检验的手段。
这样，在前馈作用的控制结果并没有最后消除被控变量偏差时，系统无法得到这一信息而作进一步的校正。
（2）单纯前馈通常只能克服一种干扰。
由于实际工业对象存在着多个干扰，为了补偿它们对被控变量的影响，势必要设计多个前馈通道，因此单纯前馈就不能很好控制。
（3） 准确的的前馈控制规律工程上难以实现。
5．3 前馈---反馈控制具有哪些优点？
答：前馈--反馈系统的优点：前馈控制系统与反馈控制系统优势互补，主要表现在：
（1）过渡过程时间、超调量大大降低。
由于引入了前馈控制，当主要干扰一出现时，同步施加了一个前馈校正作用，消除或大大降低了对被控变量的影响，因而使反馈控制的超调量、过渡过程时间大大降低。
前馈补偿了反馈的缺点。
（2）反馈回路的存在，为前馈控制的工程实现创造了条件。
前馈不能补偿的部分可由反馈校正，降低了前馈控制模型的精度要求，便于工程实现。
（3）具有一定的自适应性：负荷或工况变化时，模型特性也要变化，可由反馈控制加以补偿。
5．4为什么前馈控制器不能采用常规的控制器？
答：前馈控制器的控制规律为对象干扰通道特性与控制通道的特性之比，是一种专用控制器。
常规的控制器的控制规律是对偏差进行P 、I 、D 运算，实现的控制规律完全不同。
5．6 如何用对象特性实验数据构成前馈控制器数学模型？
答：工程上通常按下式实现前馈控制规律，通过对象特性实验数据获取控制通道时间常数T1、K1、τ1，与干扰通道时间常数T2、K2、τ2代入下式后，便构成前馈控制器数学模型。
5．11某前馈—串级控制系统。
已知：
Gc1(s)=Gc2(s)=9 G 01(s)=3/(2s+1)
Gv(s)=2 G 02(s)=2/(2s+1)
Gm1(s)=Gm2(s)=1 G PD(s)=0.5/(2s+1)
要求：（1）绘出该系统方块图 （2）计算前馈控制器的数学模型
（3）假定控制阀为气开式，试确定各控制器的正反作用（图见教材110页）
解： （1） 方块图见教材97页“图5-10前馈—串级控制系统方块图”
121
21 11ττττ-==++=-f f s f ff K K K e S T S T K G f
（2） 前馈控制器的数学模型由下式确定：
代入数据后求得：Gff(s)=-(s+18.5)/108
（3）选择气开阀、流量控制器FC 反作用、温度调节器TC 反作用（蒸汽加热系
统，操纵变量为蒸汽）。
)()()()(0102'S G S G S G S G PD ff ⋅-=)
()()()(1)()()()()(2022202202'S G S G S G S G S G S G S G S G S G m V C m V C ⋅⋅⋅+⋅⋅⋅=。