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1、解解 1-5 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、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？执行器各起什么作用？ 测量变送装置的功能是测量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；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（气压或算
2、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。操纵变量的大小。1-6试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操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？纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）解：被控对象（对象）自动控制系统中，工艺参自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。数需要控制的生产过程、生产设备或机器。被控变量被控变量被控对象内要求保持设定值的工艺
3、参数。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。制系统等。给定值（或设定值或期望值）给定值（或设定值或期望值）人们希望控制系统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。以是能按程序变化的。操纵变量（调节变量）操纵变量（调节变量）对被控变量具有较强的直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。接影响且便于调节（操纵）的变量。或实现控制作用的变量。操纵介质操纵介
4、质(操纵剂操纵剂)用来实现控制作用的物料用来实现控制作用的物料2-1 什么是对象特性？为什么要研究对象特性？什么是对象特性？为什么要研究对象特性？ 对象特性就是的对象的输出对象特性就是的对象的输出 输入关系。研究对象的特性，输入关系。研究对象的特性，就是用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系。就是用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系。当采用自动化装置组成自动控制系统时，首先也必须深入了当采用自动化装置组成自动控制系统时，首先也必须深入了解对象的特性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质解对象的特性，了解它的内在规律，才能根据工艺对控制质量的要求，设计合理的控制系统，选择合适
5、的被控变量和操量的要求，设计合理的控制系统，选择合适的被控变量和操纵变量，选用合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运纵变量，选用合适的测量元件及控制器。在控制系统投入运行时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数行时，也要根据对象特性选择合适的控制器参数(也称控制也称控制器参数的工程整定器参数的工程整定)，使系统正常地运行。被控对象的特性，使系统正常地运行。被控对象的特性对自动控制系统的控制质量的影响很大，所以必须对其深入对自动控制系统的控制质量的影响很大，所以必须对其深入研究。研究。6-7 什么叫控制阀的可调范围？什么叫控制阀的可调范围？ 在串、并联管道中可在串、并联管道中可调范围为什么会变
6、化？调范围为什么会变化？解解 控制阀的可调范围（可调比）是其所能控制的最控制阀的可调范围（可调比）是其所能控制的最大流量大流量 Qmax与最小流量与最小流量 Qmin的比值，即的比值，即minmax QQR 在串、并联管道中，由于分压和分流作用，可调范围都会变在串、并联管道中，由于分压和分流作用，可调范围都会变小。小。2-2 何为对象的数学模型？静态数学模型与动态数学模何为对象的数学模型？静态数学模型与动态数学模型有什么区别？型有什么区别？解解 对象特性的数学描述（方程、曲线、表格等）称为对象特性的数学描述（方程、曲线、表格等）称为对象的数学模型。对象的数学模型。稳态数学模型描述的是对象在稳态
7、时的输入量与输出量稳态数学模型描述的是对象在稳态时的输入量与输出量之间的关系；动态数学模型描述的是对象在输入量改变以后之间的关系；动态数学模型描述的是对象在输入量改变以后输出量的变化情况。稳态与动态是事物特性的两个侧面，可输出量的变化情况。稳态与动态是事物特性的两个侧面，可以这样说，动态数学模型是在稳态数学模型基础上的发展，以这样说，动态数学模型是在稳态数学模型基础上的发展，稳态数学模型是对象在达到平衡状态时的动态数学模型的一稳态数学模型是对象在达到平衡状态时的动态数学模型的一个特例。个特例。3-11弹簧管压力计的测压原理是什么？试述弹簧管压力计的主弹簧管压力计的测压原理是什么？试述弹簧管压力
8、计的主要组成及测压过程。要组成及测压过程。解：（解：（1）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，使其自由端产生相应的位移，只要测出了弹簧管自由端的位移大小，使其自由端产生相应的位移，只要测出了弹簧管自由端的位移大小，就能反映被测压力就能反映被测压力 p 的大小。的大小。（2）弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件）弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件） ，放大机，放大机构，游丝，指针，表盘。构，游丝，指针，表盘。（3）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压力
9、使弹簧管产生很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从力使弹簧管产生很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指示出当前的压力值。而带动指针在表盘上指示出当前的压力值。3-16为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？解解 （1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪
10、表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。又不宜选得过大。（2）由于仪表的基本误差）由于仪表的基本误差 m由其精度等级和量程决定，在整个仪由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。参数值这样会加大测量误差。5-13 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点。试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点。解解 比例控制规律的特点是反应快，控制及时；存在比例控
11、制规律的特点是反应快，控制及时；存在余差余差(有差控制有差控制)积分控制规律的特点是控制动作缓慢，控制不及时；积分控制规律的特点是控制动作缓慢，控制不及时；无余差无余差(无差控制无差控制)微分控制规律的特点是控制响应快，故有超前控制之称；微分控制规律的特点是控制响应快，故有超前控制之称；但它的输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使数值但它的输出不能反映偏差的大小，假如偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除偏差，很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除偏差，所以不能单独使用这种控制器，它常与比例或比例积分组合所以不能单独使用这种控制器，它常与比例或比例积分组合
12、构成比例微分或比例积分微分控制器。构成比例微分或比例积分微分控制器。2-12 如题如题 2-12 图所示的图所示的 RC 电路中，已知电路中，已知R5k ，C2000 F。试画出。试画出 ei突然由突然由 0 阶跃变化到阶跃变化到 5V 时时的的 eo变化曲线，并计算出变化曲线，并计算出 tT、t2T、t3T 时的时的 eo值。值。题题 2-12 图图 RC 电路电路解解 RC 电路的微分方程为电路的微分方程为iooeedtdeT当当 ei=5V 时，微分方程的解为时，微分方程的解为eo=5(1 e t/T) = 5(1 e t/10) (V)（该系统的时间常数（该系统的时间常数 T=RC=5
13、 103 2000 10 6=10s）当当 t=T 时，时， eo=5(1 e T/T)= 5(1 e 1)=3.16V；当当 t=2T 时，时，eo=5(1 e 2T/T)= 5(1 e 2)=4.32V；当当 t=3T 时，时，eo=5(1 e 3T/T)= 5(1 e 3)=4.75V。题解题解 2-12 图图 RC 电路的阶跃响应曲线电路的阶跃响应曲线2-14 为了测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间为了测定某重油预热炉的对象特性，在某瞬间（假定为（假定为 t0=0）突然将燃料气流量从）突然将燃料气流量从 2.5t/h 增加到增加到 3.0t/h，重油出口温度记录仪得到的阶跃反应曲线如
14、题重油出口温度记录仪得到的阶跃反应曲线如题 2-14 图所示。图所示。假定该对象为一阶对象，试写出描述该重油预热炉特性的微假定该对象为一阶对象，试写出描述该重油预热炉特性的微分方程式（分别以温度变化量与燃料量变化量为输出量与输分方程式（分别以温度变化量与燃料量变化量为输出量与输入量）入量） ，并解出燃料量变化量为单位阶跃变化量时温度变化，并解出燃料量变化量为单位阶跃变化量时温度变化量的函数表达式。量的函数表达式。题题 2-14 图图 重油预热炉的重油预热炉的解解 （输入）燃料变化量（输入）燃料变化量 0min),/(6/50)/(5 . 0; 0, 0)(tkghtttx由题图知由题图知,该系
15、统属于一阶系统，输出量该系统属于一阶系统，输出量(温度温度)的变化量的变化量y(t)相对于输入相对于输入(燃料燃料)变化量变化量 x(t)的关系的关系(方程方程)为为 )()()(tKxtydttdyT当当 x(t)=A=50/6(kg/min)=const.时，方程的解为时，方程的解为y(t)=KA(1 e t/T)由题图知，由题图知，y( )=KA=150 120=30,则则K=30/A=30/(50/6)=3.6(/(kg/min)首先不考虑延迟，首先不考虑延迟，y(t)的变化从的变化从 t0=2min 开始，到开始，到t1=8min 时，实际变化时间时，实际变化时间 t=6min，由题
16、图知，由题图知y(t)=y(6)=30(1 e 6/T)=145 120=25（）由此解出由此解出 T=3.35(min)所以所以y(t)=30(1 e t/3.35)若考虑滞后时间若考虑滞后时间 =2min，则，则 min2),1 (30)(min;2, 035. 3/ )2(tetyttyt微分方程为微分方程为)(6 . 3)2()2(35. 3txtydttdy系统的特性参数是系统的固有特性，不会随输入信号的系统的特性参数是系统的固有特性，不会随输入信号的变化而变化，因此，前面求解过程中所确定的变化而变化，因此，前面求解过程中所确定的 K 和和 T 的值的值是不变的。所以，当燃料变化量是不变的。所以，当燃料变化量
