第4章思考题与习题
1．基本练习题
（1）什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？为什么要研究过程的数学模型？目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种？
答：
1）过程控制特性指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。
2）被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（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。
3）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备的设计与操作；
○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断。
4）机理演绎法和实验辨识法。
（2）响应曲线法辨识过程数学模型时，一般应注意哪些问题？
答：
1）合理地选择阶跃输入信号的幅度，幅值不能过大以免对生产的正常进行产生不利影响。但也不能太小，以防其他干扰影响的比重相对较大而影响试验结果。一般取正常输入信号最大幅值的10%；
2）试验时被控过程应处于相对稳定的工况；
3）在相同条件下进行多次测试，消除非线性；
4）分别做正、反方向的阶跃输入信号试验，并将两次结果进行比较，以衡量过程的非线性程度；
5）每完成一次试验后，应将被控过程恢复到原来的工况并稳定一段时间再做第二次试验。
（3）怎样用最小二乘法估计模型参数，最小二乘的一次完成算法与递推算法有何区别？
答：
1）最小二乘法可以将待辨识过程看作“黑箱”。利用输入输出数据来确定多项式的系数利用)
h
k
e
=θ来确定模型参数。
k T+
)
(
(y k
(
)
2）区别：一次完成要知道所有的输入输出数据才能辨识参数，即只能离线辨识。递推算法可以只知道一部分数据即进行辨识，可用于在线辨识。
（4）图4-1所示液位过程的输入量为1q ，流出量为2q 、3q ，液位为h 被控参数，C 为容量系数，并设1R 、2R 、3R 均为线性液阻。要求：
1）列写过程的微分方程组； 2）画出过程的方框图；
3）求过程的传递函数01()()/()G s H s Q s =。
答：
1）过程的微分方程组如式（4-1）所示：
1232
23
3q q q q q d h C
dt h
R h R ???-?-?=??
???=??
???=??
（4-1） 2）过程控制框图如图4-2所示：
图4-2 过程控制框图
3）传递函数如式（4-2）所示：
0123
()1
()11
()H S G s Q S CS R R ==
++ （4-2）
（5）某水槽水位阶跃响应的实验记录为：
其中阶跃扰动量μ?为稳态值的10%。 1）画出水位的阶跃响应标么化曲线；
2）若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K 和时间常数T 。 答：
1）水位阶跃响应标么化曲线如图4-3所示：
图4-1 基本练习题（4）液位过程
图4-3 水位阶跃响应标么化曲线图
2）一阶无延时环节的输入输出关系如式（4-3）所示：
()()
0001t y t K x e -=- （4-3）
有题意知：
00.1*989.8==x
则()
00
10∞=
=y K x 又()()0239%38.22=∞?=y T y
()()063%61.78=∞?=y T y ()()0286.5%84.77=∞?=y T y
通过阶跃响应曲线查找得：0248=T ，097=T ，02192=T ，故可得：096=T （6）有一流量对象，当调节阀气压改变0.01MPa 时，流量的变化如下表：
若该对象用一阶惯性环节近似，试确定其传递函数。 答：
一阶惯性传递函数如式（4-4）所示：
00G()1
K s T s =
+ （4-4） 又=?u 0.01，可得 放大系数1800001
.0180
)(==?∞=
u y K ，达到稳态值63%的时间T=6s ， 所以传递函数如式（4-5）所示：
0018000
G()16s 1
K s T s =
=++ （
4-5）
（7）某温度对象矩形脉冲响应实验为：
一、填空题 1、直流调速的种类有：改变电枢电压、电枢串电阻、弱磁调速。 2、实现无静差调速，则需要在控制电路中包含有积分环节。 3、比例调节器的输出量完全取决输入量。 4、多环控制系统的校正步骤为：先校正环。校正好后，并通过适当的等效变换、简化处理，再校正环。 5、典型Ⅰ型系统中，若以快速性为主，则宜取ζ= ，若以稳定性为主，则宜取ζ= 。 6、α=β配合控制的有环流可逆调速系统中存在的是环流。 7、两组晶闸管装置组成的可逆线路有两种接线方式为和。 8、直流电动机有两个独立的电路：电枢回路与励磁回路。 9、积分环节的输出量取决于积分环节的大小。 10、比例—积分调节器兼顾了系统的快速性和实现无静差的两个方面的要求，因此在自动控制系统中获得广泛的应用。 11、根据转速方向和它与电磁转矩间的关系，可分成四种工作状态：正向运行、正向制动、反向运行、反向制动。 12、双闭环调速系统的两个调节器一般采用调节器，实行联接。 13、采用比例调节器的调速系统，依靠系统的与的偏差进行工作，是一种有静差的调速系统。 14、自动调速指的是：由转速负反馈自动调节转速。 15、最大超调量是输出量与稳态值的最大偏差与稳态值之比。 17、有静差调速系统，其自动调节作用只能尽量减少系统的静差，而不能完全消除静差。 18、积分环节的输出量，取决于输入量对时间的累积过程。 19、反向运行的情况与正向运行相类似，只是由反组取代了正组。电压、电流、转矩与正向运行相反。 20、反馈控制的一般规律是：要想维持某一被控量不变或少受内部和外部干扰的影响，
只要引入该量的__反馈量__与__给定量__进行比较，用它们的___偏差__进行控制，组成__________即可。 21．直流电动机调压可获得调速，直流电动机调励磁可获得调速。 22．双闭环调速系统在稳定时，控制电压Ｕct的大小取决于。23．在转速负反馈单闭环有静差调速系统中，突减负载后又进入稳定运行状态，此时晶闸管整流装置的输出电压U d较之负载变化前是(增加、减少、不变)。 24．在单极式可逆ＰＷＭ变换器中，随着负载的减小，电流将（连续还是 断续），方向将（来回改变还是不变）。 25、若要实现无静差调速，应采用___________________或_____________________等。 26、非独立控制励磁的调速系统的调磁调速部分是_______________的闭环结构。 27、非独立控制励磁的调速系统调磁调速双闭环结构中，电动势环为，励磁电流环为。 28集成运算放大器的最大输出功率是有限的，一般不能直接驱动较大负载电流必须外加 29要满足系统的稳态精度的要求又要保证系统的稳定性，而且还要自有一定的裕量，必须设计合适的，使其达到期的性能指标． 30 在典型Ⅰ型系统中，当ζ=，此时系统对阶跃响应的超调量为。 二、判断题 1、在晶闸管调压调速电路的控制方法中，相位控制由于导通波形是工频正弦波一周期的一部分，低速时转速脉动较大。（） 2、在晶闸管调压调速电路的控制方法中，通断控制由于采用了“零”触发的控制方法，几乎不产生谐波污染。( ) 3、静止可控整流器在控制作用的快速性方面是微秒级的，而变流机组是秒级的。（） 4、电流转速双闭环调速系统在正常运行时，转速调节器是不会达到饱和状态的。（）
2020年电力拖动自动控制系统--运动控制系统第四版复习题考试题目1精编版
1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ） 的大小并非仅取决7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k 于速度定 U g*的大小。（√） 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。 （Ⅹ） 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ） 与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ） 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√）
13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ） 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 15 闭环系统可以改造控制对象。（√） 16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。 17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。（√） 18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（Ⅹ） 19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。（√） 20对电网电压波动来说，电压环比电流环更快。（√） 二选择题 1直流双闭环调速系统中出现电源电压波动和负载转矩波动时，（ A）。 A ACR抑制电网电压波动，ASR抑制转矩波动 B ACR抑制转矩波动，ASR抑制电压波动 C ACR 放大转矩波动，ASR抑制电压波动 D ACR放大电网电压波动，ASR抑制转矩波动 3与机组相比，相控整流方式的优点是（A、B、C、D ），缺点是（ E、F ）。 A 功率放大倍数小于1000倍 B 可逆运行容易实现 C 控制作用的快速性是毫秒级 D 占地面积小，噪音小 E 高次谐波丰富 F 高速时功率因数低 4系统的静态速降△ned一定时，静差率S越小，则（C ）。 A 调速范围D越小 B 额定转速?Skip Record If...?越大
电子控制系统的组成和工作过程 一、教学分析 1．教材分析 本课是第一章第二节“电子控制系统的组成和工作过程”。从对比分析两种路灯控制系统的基本组成入手，再通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，来学习电子控制系统的基本组成和工作过程，从而为学生学习后面各章提供了一把钥匙。 2．学情分析 学生在通用技术必修2的学习中，已学过关于控制系统的一些概念，例如输入、控制、输出，以及功能模拟方法的含义，但对电子控制系统内部电子元件，例如发光二极管、光敏电阻、三极管等的工作原理不太了解，教师可用通俗的语言补充解释其作用，以利于学生的学习。 二、教学目标 1．知识与技能目标 （1）知道电子控制系统的基本组成。 （2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2．过程与方法目标 （1）通过对两种路灯控制系统方框图的对照，知道电子控制系统的基本组成。 （2）通过搭接一个路灯自动控制的电子模型，加深对电子控制系统组成的理解。 3．情感态度和价值观目标 （1）激发学生动手尝试的兴趣和热爱技术的情感。 （2）提高学生比较及分析电子控制系统的能力。 三、教学重难点 1．重点 （1）电子控制系统的基本组成。 （2）能用方框图分析生活中常见电子控制系统的工作过程。 2．难点 电子控制系统内部常见电子元件的工作原理。 四、教学策略 本节课程以多媒体技术为辅助教学手段，通过观察、基本知识讲授、小组探究、分析表达、技术试验、能力展示等教学方法和策略，在教师指导下，通过学生自主探究建构知识和技能。 五、教学准备 通用技术专用教室、多媒体、课件、路灯自动控制模型。 六、课时安排 共1课时 七、教学过程 （一）新课导入 教师展示：路灯自动控制模型 板书：第一章电子控制系统概述 第二节电子控制系统的组成和工作过程
什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电 桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。
习题解答（供参考） 习题二 2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.02(100.98) 2.04(1)n n s n rpm D s ?==??=- 系统允许的静态速降为2.04rpm 。 2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为0max 1500min n r =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ?=，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？ 解：1）调速范围 max min D n n =(均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n =-?=-= min 0min 15015135N n n n =-?=-= max min 148513511D n n === 2) 静差率 01515010%N s n n =?==
2.4 直流电动机为P N =74kW,UN=220V ，I N =378A ，n N =1430r/min ，Ra=0.023Ω。相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。采用降压调速。当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？ 解：()(2203780.023)14300.1478N N a N Ce U I R n V rpm =-=-?= 378(0.0230.022)0.1478115N n I R rpm ?==?+= [(1)]14300.2[115(10.2)] 3.1N D n S n s =?-=??-= [(1)]14300.3[115(10.3)] 5.33N D n S n s =?-=??-= 2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。已知直流电动机60,220,305,1000min N N N N P kW U V I A n r ====，主电路总电阻R=0.18Ω,Ce=0.2V ?min/r,求： （1）当电流连续时，在额定负载下的转速降落N n ?为多少？ （2）开环系统机械特性连续段在额定转速时的静差率N S 多少？ （3）若要满足D=20,s ≤5%的要求，额定负载下的转速降落N n ?又为多少? 解：(1)3050.180.2274.5/min N N n I R Ce r ?=?=?= (2) 0274.5274.5)21.5%N N S n n =?=+= (3) [(1)]10000.05[200.95] 2.63/min N n n S D s r ?=-=??=
判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T 法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ）7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k的大小并非仅取决于速度定U g*的大小。（√） 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（Ⅹ） 9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ）
10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ） 与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ）12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ） 14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√） 15 闭环系统可以改造控制对象。（√） 16闭环系统电动机转速与负载电流（或转矩）的稳态关系，即静特性，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上却有很大的不同。17直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电动势反电势不变。（√）18 直流电动机弱磁升速的前提条件是恒定电枢电压不变。（Ⅹ）
19电压闭环会给闭环系统带来谐波干扰，严重时会造成系统振荡。（√） 20对电网电压波动来说，电压环比电流环更快。（√） 选择题 1．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是B A．PID B．PI C．P D．PD 2．静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,静差率A A．越小B．越大C．不变D．不确定 3．下列异步电动机调速方法属于转差功率不变型的调速系统是D A．降电压调速B．串级调速C．变极调速D．变压变频调速
一、选择题 1. 带有比例调节器的单闭环直流调速系统，如果转速的反馈值与给定值相等，则调节器的输出为（ A ） A、零； B、大于零的定值 C、小于零的定值； D、保持原先的值不变 1、无静差单闭环调速系统，稳态时，转速的给定值与反馈值相同，此时调节器的输出（ D ）。 A、为0 B、正向逐渐增大 C、负向逐渐增大 D、保持恒定终值不变 1、下列关于转速反馈闭环调速系统反馈控制基本规律的叙述中，错误的是 A、只用比例放大器的反馈控制系统，其被调量仍是有静差的 B、反馈控制系统可以抑制不被反馈环节包围的前向通道上的扰动 C、反馈控制系统的作用是：抵抗扰动、服从给定 D、系统的精度依赖于给定和反馈检测的精度 3. 无静差调速系统的PI调节器中P部份的作用是（ D ） A、消除稳态误差； B、不能消除稳态误差也不能加快动态响应 C、既消除稳态误差又加快动态响应； D、加快动态响应 4．转速电流双闭环调速系统中的两个调速器通常采用的控制方式是 ( B ) A．PID B．PI C．P D．PD 4、双闭环调速系统在稳定运行时，控制电压Uct的大小取决于（ C ）。 A、Idl B、n C、n和Idl D、α和β 4．双闭环调速系统中，在恒流升速阶段时，两个调节器的状态是( A ) A. ASR饱和、ACR不饱和 B. ACR饱和、ASR不饱和 C. ASR和ACR都饱和 D. ACR和ASR都不饱和 4、双闭环直流调速系统的起动过程中不包括 A、转速调节阶段 B、电流上升阶段 C、恒流升速阶段 D、电流下降阶段 4、下列不属于双闭环直流调速系统启动过程特点的是 A、饱和非线性控制 B、转速超调 C、准时间最优控制 D、饱和线性控制 4、转速、电流双闭环调速系统起动时，转速调节器处于 B 。 A、调节状态 B、饱和状态 C、截止状态
一、单项选择题 1.只能实现有级调速调速方式为（ C ） 2.调速系统的静差率指标，应以（ D ） 3.某直流调速系统电动机额定转速nN=1430r/min，额定速降ΔnN=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的 调速范围是（ C ） 4.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B） 5.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ） 6.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（D） 7.不是跟随性能指标是（D ） 8.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ） 9.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ） 10.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉 冲的初始相位都整定在（C ） 11.在两组晶闸管反并联的可逆V-M系统中，当正组的控制角小于反组的逆变角时，将会产生（B ） 12.交-直-交PWM变压变频器中，逆变器起作用是（A ） 13.当交流电动机由常规的六拍阶梯波逆变器供电时，磁链轨迹是一个（A ） 14.不是异步电动机动态数学模型的特点为（B ） 15.不是直接转矩控制的特点为（A ） 16.采用旋转编码器的数字测速方法不包括（ D ） 17.交流电动机带恒转矩负载作调压调速时，其转差功率与转差率（ A ） 18.在低频输出时采用异步调制方式，高频输出时切换到同步调制方式为（ D ） 19.不是异步电动机动态数学模型的特点。（D ） 20.电流跟踪PWM控制时，当环宽选得较大时（ A ） 21.只能实现有级调速调速方式为（ C ） 22.调速系统的静差率指标，应以（ D ） 23.某直流调速系统电动机额定转速n N=1430r/min，额定速降Δn N=115r/min，当要求静差率s≤30%时，允许的 调速范围是（C ） 24.对自动调速系统来说，主要的扰动量是（B） 25.如果要改变双闭环无静差V-M系统的转速，可调节（ C ） 26.转速电流双闭环调速系统在稳态工作点上时，控制电压不取决于（B ） 27.不是跟随性能指标是（ D ） 28.在转速电流双闭环调速系统中，选用了典型I型系统，是因为电流环（ A ） 29.两组晶闸管装置反并联的可逆V-M系统在一定控制角下稳定工作时出现的环流叫做（A ） 30.在配合无环流可逆系统中，可采用配合控制的触发移相方法对其进行控制，但需将两组晶闸管装置的触发脉 冲的初始相位都整定在（ C ） 31.不适合使用矢量控制方式是（ B ） 32.PMW变压变频器，通过它可同时调节电压和频率，其可控的是（B ）。
第4章思考题与习题 1．基本练习题 （1）什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？为什么要研究过程的数学模型？目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种？ 答： 1）过程控制特性指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。 2）被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（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。 3）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备的设计与操作； ○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断。 4）机理演绎法和实验辨识法。 （2）响应曲线法辨识过程数学模型时，一般应注意哪些问题？ 答： 1）合理地选择阶跃输入信号的幅度，幅值不能过大以免对生产的正常进行产生不利影响。但也不能太小，以防其他干扰影响的比重相对较大而影响试验结果。一般取正常输入信号最大幅值的10%； 2）试验时被控过程应处于相对稳定的工况； 3）在相同条件下进行多次测试，消除非线性； 4）分别做正、反方向的阶跃输入信号试验，并将两次结果进行比较，以衡量过程的非线性程度； 5）每完成一次试验后，应将被控过程恢复到原来的工况并稳定一段时间再做第二次试验。 （3）怎样用最小二乘法估计模型参数，最小二乘的一次完成算法与递推算法有何区别？ 答： 1）最小二乘法可以将待辨识过程看作“黑箱”。利用输入输出数据来确定多项式的系数利用) h k e =θ来确定模型参数。 k T+ ) ( (y k ( ) 2）区别：一次完成要知道所有的输入输出数据才能辨识参数，即只能离线辨识。递推算法可以只知道一部分数据即进行辨识，可用于在线辨识。
过程控制系统习题 答案
什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统一般是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常见的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常见三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。
电阻测温信号经过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。 大幅度的零点调整叫零点迁移。实用价值是：有些工艺的参数变化范围很小，例如，某设备的温度总在500～1000度之间变化。如果仪表测量范围在0 ～1000度之间，则500℃以下测量区域属于浪费。因为变送器的输出范围是一定的。可经过零点迁移，配合量程调整，使仪表的测量范围在500～1000℃之间，可提高测量精度。
1.我们通常按照控制系统是否设有反馈环节来进行分类：设有反馈环节的，称为闭环控制系统；不设有反馈环节的，称为开环控制系统。 2.反馈控制可以自动进行补偿，这是闭环控制的一个突出的优点。 3.自动控制系统按输入量变化的规律分为：恒值控制系统、随动系统、过程控制系统。 4.恒值控制系统、随动系统各有什么特点？ 5.恒值控制系统是最常见的一类自动控制系统，如自动调速系统、恒温控制系统、恒张力控制系统等。 6.自动控制系统的性能通常是指系统的稳定性、稳态性能和动态性能。 7.对任何自动控制系统，首要的条件便是系统能稳定正常运行。 8.系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统的准确程度。若稳态误差等于0，则系统称为无静差系统；若稳态误差不等于0，则称为有静差系统。 9.我们通常把系统的输出量进入并一直保持在某个允许的足够小的误差范围（称为误差带）内，即认为系统已进入稳定运行状态。 10.动态性能指标通常用最大超调量、调整时间、振荡次数来衡量。 11.最大超调量和振荡次数反映了系统的稳定性能，调整时间反映了系统的快速性，稳态误差反映了系统的准确度。一般说来，我们总是希望最大超调量小一点，振荡次数少一点，调整时间短一些，稳态误差小一点。总之，希望系统能达到稳、快、准。 12.书15页1-5判断下列系统属于哪一类系统？电饭煲、空调机、燃气热水器、仿形加工机床、母子钟系统、自动跟踪雷达、家用交流稳压器、数控加工中心、啤酒生产自动线。 13.常用的转速检测元件有直流测速发电机、交流测速发电机、光电传感器、增量编码盘等。 14.转子是电动机的转动部分，通常称它为电枢。 15.直流电动机结构的主要特征是具有换向器和电刷。 16.直流电动机的转速n的大小，主要取决于电枢电压Ua. 17.直流电动机的起动转矩很大，这也是直流电动机的一大优点（起动时还要注意起动电流不可过大）。 18.直流电动机不允许直接起动。通常采取的办法是降低加在电枢两端的电压，或在电枢回路中串接附加起动电阻。 19.直流调速系统中调速采用的主要方法是：改变电枢电压Ua来改变转速。 20.对笼型三相异步电动机，变频调速是高性能调速的主要方式。 21.晶闸管电路有许多保护环节，其中主要是过电压保护和过电流保护。 22．单相晶闸管交流调压电路，可以采用两只反并联的普通晶闸管（也可采用一只双向晶闸管）与负载电阻串联构成主电路。 23.双极晶体管（BJT）有空穴和电子两种载流子参与导电，是全控型器件。 24.绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的特性兼有MOSFET和BJT的优点。 25.以下（）是半控型器件。晶闸管二极管双极晶体管绝缘栅双极型晶体管 26.在经典控制理论中，通常采用的方法为时域分析法、频率特性法、根轨迹法。 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34.
热工过程控制系统 第一章 过程控制系统概述 1.1过程控制定义及认识 1.2过程控制目的 *1.3过程控制系统的组成 1.4过程控制系统的特点 *1.5过程控制系统的分类 *1.6过程控制性能指标 1.7 过程控制仪表的发展 1.8 过程控制的地位 1.9 过程控制的任务 1.1过程控制定义及认识 过程控制定义 所谓过程控制（Process Control ）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 1.3 过程控制系统组成 被控过程（Process ）， 指运行中的多种多样的工艺生产设备； 过程检测控制仪表（Instrumentation ）， 包括： 测量变送元件（Measurement ）； 控制器（Controller ）； 执行机构（Control Element ）; 显示记录仪表 1.5 过程控制系统的分类 按系统的结构特点来分:：反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统） 按给定值信号的特点来分： 定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统 性能指标： 对自动控制系统性能指标的要求主要是稳、快、准。 最大超调量σ%反映系统的相对稳定性,稳态误差ess 反映系统的准确性，调整时间ts 反映系统的快速性。 第三章 过程执行器 主要内容 执行器 电动执行器 气动执行器 调节阀及其流量特性 变频器原理及应用 本节内容在本课程中的地位 执行器用于控制流入 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。 3.1 调节阀（调节机构）结构 调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之 间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。 3.1 调节阀 功能：接受控制器输出的控制信号，转换成直线位移或角位移，来改变调节阀的流通截面积。 3.1.1 调节阀的组成 要求观察 思考调节变换 显示记录调节给定值执行机构检测 仪表记录仪显示器调节器控制器测量变送被控过程 执行器r(t)e(t)u(t)q(t)f(t)y(t)z(t)-控制器 测量变送 被控过程 执行器 r ( t ) e ( t ) u ( t ) q ( t ) f ( t ) y ( t ) z ( t ) -
1.1有传感器的开环控制系统：比如自动门控制系统、声控灯控制系统，红外线自动水龙头 “某某装置”检测到“某某”信号，该信号输入到“控制器”，“控制器”发出相应的指令，让“执行器”“运作”，使“控制对象”“怎么样”。 “某某装置”检测到信号，“控制器”接收到该信号后，便发出相应的指令，让“执行器”“运作”，使控制对象“怎么样”。 说明： “某某装置”：传感器，比如红外传感器，声音传感器，光传感器等等 “某某”信号：红外信号，声音信号，光线信号 “控制器”，“执行器”，“控制对象”等都是可以从控制系统的方框图里读出；“运作”，即“控制量”转化成动词；“怎么样”，即“被控量”转化成动词。 注意点： 在阐述工作过程时，要把控制系统所有状态的控制都写出来，可以按照以上的模式阐述，但是可以简洁一些。例如自动门的控制系统，要说明如何自动开启，也要说明如何自动关闭。 实际上，写控制系统的工作过程就是将方框图转化为文字表述，所以在写的时候一定要利用好方框图。同理，在写方框图的时候，也是从工作过程找到“控制器”、“执行器”等等。 举例：自动门控制系统 红外装置检测到人体的红外信号，该信号输入到控制电路，控制电路便发出相应的指令，让电机转动，从而使门开启。当门开启之后，如果没有人在门四周，控制电路作出判断，并发出指令，电机就反向转动，使门关闭。 1.2无传感器的开环控制系统：农业灌溉水泵抽水系统，电风扇风速控制系统 “一个输入量”，“控制器”接收到该信号后，便发出相应的指令，让“执行器”“运作”，使控制对象“怎么样”。 举例：农业灌溉水泵抽水系统 表述一：只要接通电源，电机接受到该信号后，带动水泵工作，水从水管里排出。只要关闭电源，电机停止工作，停止供水。 表述二：只要接通电源，电机就带动水泵工作，水从水管里排出。只要关闭电源，电机停止工作，停止供水。 水流量 输入量 到人热辐射 发出的信号） 门开或门关
课程名称: 自动控制理论 （A/B 卷 闭卷） 一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过 与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按 的前馈复合控制和按 的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为 （用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率=n ω ， 阻尼比=ξ ， 该系统的特征方程为 ， 该系统的单位阶跃响应曲线为 。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 。 6、根轨迹起始于 ，终止于 。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的开环传递函数为 。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 ， 其相应的传递函数为 ，由于积分环节的引入，可以改善系统的 性能。 二、选择题（每题 2 分，共20分） 1、采用负反馈形式连接后，则 ( ) A 、一定能使闭环系统稳定； B 、系统动态性能一定会提高； C 、一定能使干扰引起的误差逐渐减小，最后完全消除； D 、需要调整系统的结构参数，才能改善系统性能。 2、下列哪种措施对提高系统的稳定性没有效果 ( )。 A 、增加开环极点； B 、在积分环节外加单位负反馈； C 、增加开环零点； D 、引入串联超前校正装置。 3、系统特征方程为 0632)(23=+++=s s s s D ，则系统 ( ) A 、稳定； B 、单位阶跃响应曲线为单调指数上升； C 、临界稳定； D 、右半平面闭环极点数2=Z 。
考试题型及分数分配 1 判断题（20分，10~20小题）范围广， 2 选择题（20分，10~20小题）内容深，细节区分 3 填空题（10分，10小题） 4 设计题（10分，2小题） 5 简述题（10分，2小题） 6 无传感器算法：磁链、转矩的计算算法 异步电动机转子磁链和定子磁链的估算、转矩的估算 7 分析计算题（20分，3小题） 直流调速系统 一判断题 1弱磁控制时电动机的电磁转矩属于恒功率性质只能拖动恒功率负载而不能拖 动恒转矩负载。（Ⅹ） 2采用光电式旋转编码器的数字测速方法中，M法适用于测高速，T法适用于测低速。（√） 3只有一组桥式晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统在位能式负载下能实 现制动。（√） 4直流电动机变压调速和降磁调速都可做到无级调速。（√） 5静差率和机械特性硬度是一回事。（Ⅹ） 6带电流截止负反馈的转速闭环系统不是单闭环系统。（Ⅹ） 的大小并非仅取决于7电流—转速双闭环无静差可逆调速系统稳态时控制电压U k *的大小。（√） 速度定 U g 8双闭环调速系统在起动过程中，速度调节器总是处于饱和状态。（Ⅹ）9逻辑无环流可逆调速系统任何时候都不会出现两组晶闸管同时封锁的情况。（Ⅹ） 10可逆脉宽调速系统中电动机的转动方向（正或反）由驱动脉冲的宽窄决定。（√） 11双闭环可逆系统中，电流调节器的作用之一是对负载扰动起抗扰作用。（Ⅹ）与开环系统相比，单闭环调速系统的稳态速降减小了。（Ⅹ） 12α=β配合工作制的可逆调速系统的制动过程分为本组逆变和它组制动两阶段（√） 13转速电流双闭环速度控制系统中转速调节为PID调节器时转速总有超调。（Ⅹ）14 电压闭环相当于电流变化率闭环。（√）
过程控制系统Process Control System 天津大学电气与自动化工程学院 董峰
通过这章的学习，我们可 以得到以下收获： 通过这章的学习，我们可以得到以下收获：z 什么情况下采用串级增强控制系统性能？z 利用五个规则设计串级控制系统；z 串级控制系统的校正；z 系统设计和应用。
主要内容 主要内容 过程的挑战——改善性能1 串级控制的设计规则 2 串级控制的特点和应用原则3 几个过程控制的例子 4
4.1 引言 4.1.1 串级系统的概念 串级控制系统是在简单控制系统基础上发展起来的。当被控对象的滞后较大，干扰较剧烈、频繁，采用简单控制系统不能满足工艺要求时，可考虑采用串级控制系统。
1. 目的 （1）在对主要变量Y1作用前抑制扰动D2； 内环应有足够的能力消除这些扰动； （2）在内环中应能够补偿非线性（如：阀门的滞后）。 2. 分析 内环：外环： 2 2 ' 2 2 2 2 2 2 2 2 2 21 1 1 R L D R C P C P D C P Y+ = + + + = 1 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 ' 2 1 11 1 R C L P C L P C L P D D P Y + + + + =
3. 设计程序 （1）首先，按照内环传递函数L 2=1设计外环；例如：假设（ 2）调整外环参数（滤波器时间常数）到是指达到稳定的合适的性能范围， 计算，此时调整内环的响应足够快；（3）设计内环以保证 √稳态性能的鲁棒性 √√内环的比例带合理， 且内环的开关控制无效。 如果以上步骤不能达到稳定，返回步骤（2），增加外环的滤波器时间常数。 ()()12L BW L BW >>()1L BW ()() 12105L BW L BW ×?>
控制系统的工作过程与方式 教材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书通用技术（必修2） 文档内容：控制系统的工作过程与方式 章节：第四单元控制与设计第二节控制系统的工作过程与方式 课时：第1课时 作者：叶朝晖（海南省海南中学） 一、教学目标 1. 知识与技能目标 (1)通过灯的开关、投影幕升降、婴儿尿湿报警器等控制系统案例分析，归纳控制系统的基本特征； (2)通过对音乐贺卡和自动门等典型案例的分析，熟悉简单的开环控制系统的基本组成和工作过程，了解开环控制的基本特征； 2. 过程与方法目标 (1)学会用方框图来归纳控制系统实例的基本特征，学会用方框图把复杂问题简单化； (2)借助老师搭建的支架，形成自己关于控制设计的创意，并学会用方框图表示自己的控制设计想法； (3)通过动手制作简单控制玩偶，亲自体验开环控制系统的组成和工作过程和原理。 3. 情感态度和价值观目标 (1) 通过魔术及控制系统的实物形成和保持学生了解控制系统、探究控制系统的兴趣与热情。 (2) 借助老师搭建的支架，形成自己关于控制设计的创意，从而体会创新的快乐，培养创新的精神。 二、教学重点 分析和理解开环控制系统的基本组成和工作过程分析，学会用方框图描述开环控制系统的工作过程，学会用方框图来表达设计想法 三、教学难点 理解开环控制系统的基本组成和工作过程，形成开环控制思想 四、教学方法 教授、任务驱动、小组合作。 五、设计思想 1. 教材分析 本节是“控制与设计”第二节“控制系统的工作过程与方式”第１课时的内容，其内容包括“控制系统”与“开环控制系统”，是学生在学习控制在生活和生产中的应用后，进一步深入学习与探讨有关控制系统的组成和工作过程，并为下一课时进一步学习“闭环控制系统的基本组成和工作过程”打下基础。为此，我对教学内容进行了如下的处理：首先理解什么是控制，再到归纳出控制系统的一般特征，接着分析开环控制的系统的基本组成和工作过程，最后对开环控制系统进行设计和制作，其内容是逐渐的深入和深化。其中画方框图作为一种分析问题的方法和手段贯穿这些内容中。对于画方框图，重点不在于教学生怎样画方框，而是要教学生怎样利用方框图来分析和理解控制系统，怎样利用方框图把复杂问题简单化，怎样用方框图来表达自己的设计想法。 2. 学情分析
一、填空题（每空 1 分，共15分） 1、反馈控制又称偏差控制，其控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的。 2、复合控制有两种基本形式：即按输入的前馈复合控制和按扰动的前馈复合控制。 3、两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节，以并联方式连接，其等效传递函数为()G s ，则G(s)为G1(s)+G2(s)（用G 1(s)与G 2(s) 表示）。 4、典型二阶系统极点分布如图1所示， 则无阻尼自然频率= n ω 阻尼比=ξ ，0.7072 = 该系统的特征方程为2220s s ++= ， 该系统的单位阶跃响应曲线为衰减振荡。 5、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+， 则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s +++。 6、根轨迹起始于开环极点，终止于开环零点。 7、设某最小相位系统的相频特性为101()()90()tg tg T ?ωτωω--=--，则该系统的 开环传递函数为(1) (1)K s s Ts τ++。 8、PI 控制器的输入－输出关系的时域表达式是 1 ()[()()]p u t K e t e t dt T =+ ?， 其相应的传递函数为 1 [1] p K Ts + ，由于积分环节的引入，可以改善系统的稳态性 能。 1、在水箱水温控制系统中，受控对象为水箱，被控量为水温。 2、自动控制系统有两种基本控制方式，当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制系统；当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时，称为闭环控制系统；含有测速发电机的电动机速度控制系统，属于闭环控制系统。 3、稳定是对控制系统最基本的要求，若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡，则该系统稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定，在时域分析中采用劳斯判据；在频域分析中采用奈奎斯特判据。 4、传递函数是指在零初始条件下、线性定常控制系统的输出拉氏变换与输入拉
18．某直流调速系统电动机额定转速为1430 r/min ，额定速降 ?n N = 115r/min ，当要求静差率30%时，允许多大的调速范围？如果要求静差率20%，则调速范围是多少？如果希望调速范围达到10，所能满足的静差率是多少？ 解： 35701153 014301%30。。。）（时：要求=??=-??= =S n S n D S N N 1380 1152 014301%20。。。）（时：要求=??=-??= =S n S n D S N N %6444460115 101430115 1010。。时，静差率：希望==?+?=??+??= =N N N n D n n D S D 19．[2-2；1。4]调速系统的调速范围是1000~100 r/min ，要求静差率S =2%，那麽系统允许的稳态转速降是多少？ 解： ｒ／ｍｉｎ 。）（则：；根据给定条件：041298102 1000110100 1000 =??=-?=?== S D S n n D N N 20．某一调速系统，在额定负载下，最高转速为n 0max =1500r/min ，最低转速为 n 0min =150r/min ，带额定负载时的速度降落min /15r n N =?，且在不同转速下额定速降不变，试问系统的调速范围有多大？系统的静差率是多少？ 解： % 101015 1114851511%1010150 15 1115 15015 1500max 0min 0min 0max 0==?+?=??+?-??====?= =--=?-?-= 。）（或：；。根据静差率的定义，； 根据给定条件，N N N N N N n D n n n D S n n S n n n n D 21．直流电动机： min /1430,023.0,378,220,74r n R A I V U kW P N a N N N =Ω====晶闸管整流器内阻Ω=022.0S R 系统采用降压调速，当生产机械要求静差率S =20%，求系统的调速范围有多大？如果 要求静差率S =30%，则系统的调速范围又有多大？ 解：
热工过程控制系统 第一章 过程控制系统概述 1.1过程控制定义及认识 1.2过程控制目的 *1.3过程控制系统的组成 1.4过程控制系统的特点 *1.5过程控制系统的分类 *1.6过程控制性能指标 1.7 过程控制仪表的发展 1.8 过程控制的地位 1.9 过程控制的任务 1.1过程控制定义及认识 过程控制定义 所谓过程控制（Process Control ）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。 1.3 过程控制系统组成 被控过程（Process ）， 指运行中的多种多样的工艺生产设备； 过程检测控制仪表（Instrumentation ）， 包括： 测量变送元件（Measurement ）； 控制器（Controller ）； 执行机构（Control Element ）; 显示记录仪表 1.5 过程控制系统的分类 按系统的结构特点来分:：反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统） 要求 观察 思考 调节变换显示记录调节给定值 执行 机构检测仪表 记录仪显示器调节器 控制器 测量变送 被控过程 执行器 r(t)e(t) u(t) q(t) f(t) y(t) z(t) -
按给定值信号的特点来分： 定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统 性能指标： 对自动控制系统性能指标的要求主要是稳、快、准。 最大超调量σ%反映系统的相对稳定性,稳态误差ess 反映系统的准确性，调整时间ts 反映系统的快速性。 第三章 过程执行器 主要内容 执行器 电动执行器 气动执行器 调节阀及其流量特性 变频器原理及应用 本节内容在本课程中的地位 执行器用于控制流入 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。 3.1 调节阀（调节机构）结构 调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。 3.1 调节阀 功能：接受控制器输出的控制信号，转换成直线位移或角位移，来改变调节阀的流通截面积。 3.1.1 调节阀的组成 执行机构：执行机构是指根据控制器控制信号产生推力或位移的装置； 控制器 测量变送 被控过 程 执行器 r ( t ) e ( t ) u ( t ) q ( t ) f ( t ) y ( t ) z ( t ) -