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1、第1章 自动控制系统基本概念填空题:1. 自动控制系统主要由测量元件与变送器、控制器、执行器和被控对象组成。2. 自动控制系统中,将工艺参数需要控制的设备、机器或生产过程等,称为被控对象。3. 自动控制系统的干扰作用是指除操纵变量外,作用于被控对象并引起被控变量变化的一切因素。4. 自动控制系统中的操纵变量是指受执行器控制,用以克服干扰的影响,使被控变量保持给定值的物料流量或能量。5. 自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。6. 仪表符号除了图形外,圆圈之中还有一串由字母和数字组成的代号,称为仪表位号。7. 自动控制系统的动态是指被控变量随时间变化的不平衡状态。8. 自动控制系统的静态是
2、指被控变量不随时间变化的平衡状态。9. 在分析和设计控制系统时,最常选用的干扰形式是阶跃干扰。10. 一般来说,自动控制系统在阶跃干扰作用下,希望得到的过渡过程是衰减振荡过程。11. 衰减振荡过渡过程的衰减比一般取4:1至10:1范围内为宜。选择题:1. 下列图形符号中,表示集中仪表盘面安装仪表的是( C )A B C D 2. 下列图形符号中,表示就地仪表盘后安装仪表的是( B )A B C D3. 自动控制系统方块图中带有箭头的线条表示( A )A信号的相互关系,箭头指向方块表示为这个环节的输入,箭头离开方块表示为这个 环节的输出B物料从一个设备进入另一个设备C能量从一个设备进入另一个设备
3、D既表示方框之间的物料流动方向,又表示方框之间的信号流向,两者是一致的4. 自动控制系统可分为定值系统、随动系统和程序系统,其分类标准是( D )A被控变量的名称 B控制器的控制规律C控制系统的复杂程度 D给定值的特点简答题:1. 简述自动控制系统中都采用负反馈控制的原因。答:采用负反馈,是因为当被控变量受到干扰作用后,若使其升高,则反馈信号升高,经过比较,偏差信号将降低,此时控制器将发出信号而使执行器动作,施加控制作用,其作用方向与干扰作用方向相反,致使被控变量下降,这样就达到了控制的目的。题4图2. 附图所示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
4、-305所代表的意义。答:PI-307:第3工段第07号压力指示仪表,就地安装;TRC-303:第3工段第03号具有指示、记录功能的温度控制器,集中仪表盘面安装;FRC-305:第3工段第05号具有指示、记录功能的流量控制器,集中仪表盘面安装。3. 在研究控制系统时,为什么常采用阶跃信号作为系统的输入信号?答:因为阶跃信号具有突发性,比较危险,且持续时间较长,对被控变量的影响较大。如果一个控制系统能够有效地克服这种扰动的影响,那么对于其他比较缓和的扰动也一定能够很好地克服。另外,阶跃信号的数学表示形式简单,容易实现,便于分析、实验和计算。4. 自动控制系统衰减振荡过渡过程主要有哪些品质指标?答
5、:最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期或频率。题8图5. 某温度控制系统在阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如附图所示。已知系统给定值为40,试问该过渡过程的最大偏差、余差、衰减比、过渡时间(按温度进入 2% 新稳态值即视为达到稳定来确定)和振荡周期分别是多少?解:最大偏差:A=45-40=5;余差:C=41-40=1;衰减比:n=B/B=(45-41)/(42-41)=4:1;过渡时间:ts=23min;振荡周期:T=18-5=13min第2章 被控对象的数学模型填空题:1. 对象的通道是指由对象的输入变量至输出变量的信号联系。2. 对象的干扰通道是指干扰作用至被控变量的信号联系。3
6、. 对象的控制通道是指操纵变量至被控变量的信号联系。4. 描述对象特性的三个参数分别是放大系数、时间常数、滞后时间。5. 时间常数是表示对象受到输入作用后,其输出变化快慢的参数。6. 对象纯滞后产生的原因是物料的输送或热的传递需要一段时间。7. 对象容量滞后产生的原因是物料或能量的传递需要通过一定的阻力。8. 已知某一阶对象的时间常数为5,放大系数为10,则描述该对象特性的微分方程式为 。选择题:1. 被控对象的特性是指( A )A被控对象的输入与输出之间的关系 B扰动变量与操纵变量之间的关系C操纵变量与被控变量之间的关系 D整个自动控制系统的输入与输出之间的关系2. 控制通道是指( B )A
7、操纵变量至扰动变量的信号联系 B操纵变量至被控变量的信号联系C扰动变量至被控变量的信号联系 D输入变量至被控变量的信号联系3. 不具有自衡特性的是( C )A一阶对象 B二阶对象 C积分对象 D纯滞后一阶对象4. 属于对象的静态特性参数的是( A )A放大系数 B时间常数 C纯滞后时间 D容量滞后时间5. 对于控制通道来说,放大系数 K 大,说明( C )A操纵变量对被控变量的影响小 B干扰变量对被控变量的影响小C操纵变量对被控变量的影响大 D干扰变量对被控变量的影响大6. 干扰通道的放大系数 K 小,表明( B )A操纵变量对被控变量的影响小 B干扰变量对被控变量的影响小C操纵变量对被控变量
8、的影响大 D干扰变量对被控变量的影响大7. 某被控对象用阶跃响应曲线法测取对象特性,现得如附图所示的响应曲线,则该对象的放大系数和时间常数分别为( D )A6,5 B5,3 C10,6 D5,6题9图题8图8. A BC Dxt / min20yt / min106.320105题10图9. 某被控对象用阶跃响应曲线法测取对象特性,现得如下图所示的响应曲线,则该对象的放大系数、时间常数和纯滞后时间分别为( D )A5,10,5 B10,5,10 C10,10,10 D5,5,510. 某被控对象特性可用微分方程表示,则该对象的放大系数和时间常数分别为( B )A4,2 B2,4 C2,1 D4
9、,1简答题:1. 已知某对象特性可用微分方程来表示,试写出其阶跃响应函数(阶跃输入时刻t0 = 0),并说明各符号的含义。蒸汽流量/(m3h-1)t / min2825温度/oCt / min150120620题4图答:。式中,y为对象输出变化量,K为放大系数,T为时间常数,t为时间,A为阶跃输入的幅值。2. 为了测定某物料干燥筒的对象特性,在t0 = 0时刻突然将加热蒸汽量从25 m3/h增加到28 m3/h,物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图所示。试写出描述物料干燥筒特性的微分方程。答:放大系数,时间常数T = 6-2 = 4 min,纯滞后时间t =2 min。所以,对象特性的微分
10、方程为式中,y是物料干燥筒温度变化量;x是加热蒸汽流量变化量。计算题:1. 某温度对象在单位阶跃输入信号作用下,其被控变量的变化曲线如附图所示。试求该对象的放大系数和时间常数。(已知 )题1图解:从图中可以看出,该对象是一阶对象,动态方程为。其阶跃响应函数(温度变化量与时间的关系)为。放大系数:将 t = 5 min,y(t) = 76-60=16 代入阶跃响应函数,即可解出时间常数:T = 3.1 min。分析题:1. 试分析不同通道的对象特性参数(K、T和t)对自动控制系统的影响。答:控制通道:放大系数K大,操纵变量的变化对被控变量的影响大,即控制作用对干扰的补偿能力强,余差也小;放大系数
11、K小,控制作用的影响不显著,被控变量的变化缓慢。但K太大,会使控制作用对被控变量的影响过强,使系统的稳定性下降。在相同的控制作用下,时间常数T大,则响应慢、控制作用迟缓、过渡时间长、超调量大;时间常数T小,则响应快、控制及时、过渡时间短、超调量小;但T太小,会使响应过快、容易引起振荡、降低系统稳定性。滞后时间t 的存在,使得控制作用总是落后于被控变量的变化,造成被控变量的最大偏差增大,控制质量下降。因此,应尽量减小滞后时间t 。干扰通道:放大系数K大,被控变量的波动就会很大,使得最大偏差增大;放大系数K小,既使干扰较大,对被控变量仍然不会产生多大影响。时间常数T大,干扰作用比较平缓,被控变量变
12、化较平稳,对象较易控制。纯滞后的存在,相当于将干扰推迟t0时间才进入系统,并不影响控制系统的品质,而容量滞后th的存在,则将使干扰的影响趋于缓和,被控变量的变化相应也缓和些,因此,对系统是有利的。试第3章 检测仪表与传感器填空题:1. 仪表的精确度不仅与绝对误差有关,而且还与仪表的 测量范围 有关。2. 工业上将仪表绝对误差折合成仪表测量范围的百分数表示,称为 相对百分误差 。3. 某压力表量程为0100 kPa,在50 kPa处计量检定值为49.5 kPa,那么该表在50 kPa处的相对百分误差等于 0.5% 。4. 仪表的允许误差是指 在规定的正常情况下仪表允许的最大相对百分误差 。5.
13、标准信号是指 物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号 。6. 弹性式压力计中,常用的三种弹性元件分别是 弹簧管、薄膜、波纹管 。7. 弹性式压力计是根据 弹性元件受力变形 原理,将被测压力转换成位移信号来进行测压的。8. 压力传感器的作用是 把压力信号检测出来,并转换成电信号输出 。9. 差压式流量计是基于流体流动的 节流 原理来进行流量测量的。10. 节流式流量计中,常用的三种节流元件分别是 孔板、喷嘴、文丘里管 。11. 差压式液位变送器零点迁移的目的是 使H=0时,变送器输出为I0, min(如4mA) 。12. 差压式液位变送器零点迁移的实质是 改变变送器的零点 。13. 热电偶温
14、度计是根据 热电效应 原理来测量温度的。14. 热电偶产生热电势的条件是 两热电极材料不同且两接点温度不同 。15. 热电偶的分度表是以冷端温度等于 0 为基准来分度的。16. 在0100范围内,补偿导线与其所连接的热电偶应具有相同的 热电特性 。17. 补偿电桥法是利用 不平衡电桥产生的电势 来补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化值。18. 热电阻温度计是利用 金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性 来测量温度的。选择题:1. 某压力表刻度为0100 kPa,在50 kPa处计量检定值为49.5 kPa,那么在50 kPa处仪表的绝对误差、相对误差、相对百分误差分别是( D )A0.5 kPa,0.5%,1% B0.5 kPa,0.5%,0.5%C0.5 kPa,1%,1% D0.5 kPa,1%,0.5%2. 压力传感器的作用是( C )A把压力信号检测出来,并转换成位移信号