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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
