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1、过程控制习题与第1章绪论思考题与习题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？解答：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？解答：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：控制器，被控对象，履行机构，检测变送装置。1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（扰乱）量、设定（给定）值和偏差的含义？解答：被控对象自动控制系统中，工艺参数
2、需要控制的生产过程、设施或机器等。被控变量被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。操纵变量受控制器操纵的，用以战胜扰动的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。扰动量除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。设定值被控变量的预定值。偏差被控变量的设定值与实际值之差。1-4按照设定值的不同形式,过程控制系统可分为哪几类？解答：按照设定值的不同形式又可分为:1定值控制系统定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统.定值控制系统的作用是战胜扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其邻近.以后无特殊说明控制系统均指定值控制系统而言.2.随动控制系统随动控制系统的设定值是不断变化的.随
3、动控制系统的作用是使被控变量能够赶快地,正确无误地追踪设定值的变化而变化3.程序控制系统程序控制系统的设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。1-5什么是定值控制系统?解答：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。1-6什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动向特性？为什么说研究控制系统的动态比其静态更存心义？解答：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。被控对象的动向特性：。系统在动向过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动向特性。在自动化工作中，认识、研究控制系统动向比其静
4、态更加重要。因为在生产过程中，扰乱是客观存在的，是不可防止的。在扰动引起系统变动后，就需要通过控制装置不断地施加控制作用去除去扰乱作用的影响，使被控变量保持在工艺生产所规定的技术指标上，以知足过程控制的要求。一个正常工作的自动控制系统，时时刻刻都受到扰动的频繁作用，总是处在一种频繁的、不中断的动向过程中。因此说研究控制系统的动向比其静态更存心义。1-7评论控制系统动向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、超调量与最大动向偏差、静差、调节时间、振荡频次、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；过渡过程的最大动向偏差：关于定值控制系统，
5、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y1与最终稳态值y（）之比的百分数；y1100%y()剩余偏差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 称为剩余偏差，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；振荡频次：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，其倒数称为振荡频次；峰值时间：过渡过程开始至被控参数抵达第一个波峰所需要的时间。1-8图1-2所示，是某温度记录仪上面画出的曲线图，试写出最大偏差、衰减比、余差、振荡周期，如果工艺上要求控制温度为（4020C），哪么该控制系统可否知足要求？图1-2扰动下的温
6、度响应曲线解答：最大偏差：emax=4540=50C衰减比：n=B/B=4/1.余差：C=4140=10C振荡周期:T=185=13min终值在410C,误差10C,切合要求.过程控制系统第二章（对象特性）习题2-1什么是被控过程的数学模型？2-1解答：被控过程的数学模型是描绘被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。2-2成立被控过程数学模型的目的是什么？过程控制对数学模型有什么要求？2-2解答：1）目的：1设计过程控制系统及整定控制参数；2指导生产工艺及其设施的设计与操作；3对被控过程进行仿真研究；4培训运行操作人员；5工业过程的故障检测与诊疗。
7、2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。2-2简述成立对象的数学模型两种主要方法。2-2解答：一是机理剖析法。机理剖析法是通过对对象内部运动机理的剖析，根据对象中物理或化学变化的规律(比方三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似办理后推导出的对象特性方程。通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型，它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。二是实验测取法。实验测取法是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然后，用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，即得到一系列实验数据或实验曲
8、线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据办理，求取对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。5-12何为测试法建模？它有什么特点？2-3解答：1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学办理后得到数学模型。2）能够在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为一个黑匣子，完全通过外部测试来描绘它的特性。2-3描绘简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义?2-3解答：描绘对象特性的参数分别是放大系数K、时间常数T、滞后时间。放大系数K放大系数K在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变化量之比，即输出的变化量K输入的变化量由于放大系数K反应的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关
9、系，所以放大系数是描绘对象静态特性的参数。时间常数T时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变化，达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的632所需时间。时间常数T是反应被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动向参数。滞后时间滞后时间是纯滞后时间0和容量滞后c的总和。输出变量的变化落伍于输入变量变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传达需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传达需要通过一定的阻力而引起的。滞后时间也是反应对象动向特性的重要参数。5-6什么是自衡特性？具有自衡特性被控过程的
10、系统框图有什么特点？2-3解答：1）在扰动作用损坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干涉的情况下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。2）被控过程输出对扰动存在负反应。5-7什么是单容过程和多容过程？2-3解答：1）单容：只有一个积蓄容量。2）多容：有一个以上积蓄容量。2-4什么是控制通道和扰动通道(扰乱通道)?关于不同的通道，对象的特性参数(K、T、)对控制有什么不同的影响?2-4解答：关于一个被控对象来说，输入量是扰动量和操纵变量，而输出是被控变量。由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道。操纵变量至被控变量的信号联系称为控制通道；扰动量至被控变量的信号联系称为扰动通道。一般来说，关于不同的
11、通道，对象的特性参数(K、T、)对控制作用的影响是不同的。关于控制通道：放大系数K大，操纵变量的变化对被控变量的影响就大，即控制作用对扰动的补偿能力强，余差也小；放大系数K小，控制作用的影响不显著，被控变量的变化迟缓。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，则被控变量的变化比较迟缓，此时对象比较平稳，容易进行控制，但过渡过程时间较长；若时间常数T小，则被控变量变化速度快，不易控制。时间常数太大或太小，在控制上都将存在一定困难，因此，需根据实际情况适中考虑。滞后时间的存在，使得控制作用总是落伍于被控变量的变化，造成被控变量的最大偏差增大，
12、控制质量下降。因此，应尽量减小滞后时间。关于扰动通道：放大系数K大对控制不利，因为，当扰动频繁出现且幅度较大时，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差增大；而放大系数K小，既使扰动较大，对被控变量仍旧不会产生多大影响。时间常数T大，扰动作用比较平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制。纯滞后的存在，相当于将扰动推迟0时间才进入系统，并不影响控制系统的品质；而容量滞后的存在，则将使阶跃扰动的影响趋于和缓，被控变量的变化相应也和缓些，因此，对系统是有利的。2-5实验测取对象特性常用的方法有哪些?各自有什么特点?2-5解答：实验测取对象特性常用的方法有阶跃响应曲线法、矩形脉冲法。阶跃响应曲线法是当对象处
13、于稳定状态时，在对象的输入端施加一个幅值已知的阶跃扰动，然后测量和记录输出变量的数值，就能够画出输出变量随时间变化的曲线。根据这一响应曲线，再经过一定的办理，就能够得到描绘对象特点的几个参数。阶跃响应曲线法是一种比较简单的方法。如果输入量是流量，只要将阀门的开度作突然的改变，便可认为施加了一个阶跃扰动，同时还能够利用原设施上的仪表把输出量的变化记录下来，既不需要增加仪器设施，测试工作也不大。但由于一般的被控对象较为复杂，扰动因素较多，因此，在测试过程中，不可防止地会受到很多其他扰动因素的影响而使测试精度不高。为了提高精度就必须加大输入量的幅度，这往往又是工艺上不允许的。因此，阶跃响应曲线法是一种简略但精度不高的对象特性测定方法。矩形脉冲法是当对象处于稳定状态时，在时间t0突然加一幅度为A的阶跃扰动，到t1时突然除掉，这时测得输出变量随时间变化的曲线，称为矩形脉冲特性曲线。矩形脉冲信号能够视为两个方向相反、幅值相等、相位为t0t1的阶跃信号的叠加。可根据矩形脉冲特性曲线，用叠加法作图求出完整的阶跃响应曲线，然后就能够按照阶跃响应曲线进行数据办理，最后得到对象的数学模型。采用矩形脉冲法求取对象特性，由于加在对象上的扰动经过一段时间后即被除掉。因此，扰动的幅值能够取得较大，提高了实验的精度。同时，对象的输出又不会长时间偏离设定值，因而对
