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。
2-2．建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。
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．简述建立对象的数学模型两种主要方法。
2-2解答：
一是机理分析法。机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似处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线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，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处理后得到数学模型。
2）可以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述它的特性。
2-3．描述简单对象特性的参数有哪些各有何物理意义
2-3解答：
描述对象特性的参数分别是放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ。
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
输入的变化量
输出的变化量=K 由于放大系数K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述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63．2％所需时间。
时间常数T 是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。
滞后时间τ滞后时间τ是纯滞后时间0τ和容量滞后c τ的总和。
输出变量的变化落后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递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递需要通过一定的阻力而引起的。
滞后时间τ也是反映对象动态特性的重要参数。
5-6 什么是自衡特性具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点
2-3解答：
1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预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馈。
5-7 什么是单容过程和多容过程
2-3解答：
1）单容：只有一个储蓄容量。
2）多容：有一个以上储蓄容量。
2-4．什么是控制通道和扰动通道(干扰通道)对于不同的通道，
对象的特性参数(K、T、τ
)对控制有什么不同的影响
2-4解答：
对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，对于不同的通道，对象的特性参数(K、T、τ)对控制作用的影响是不同的。
对于控制通道：
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着，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，则被控变量的变化比较缓慢，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τ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τ。
对于扰动通道：
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，对被控变量仍然不会产生多大影响。
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
τ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缓和，被控变量的变化相应也缓和些，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，就可以画出输出变量随时间变化的曲线。根据这一响应曲线，再经过一定的处理，就可以得到描述对象特征的几个参数。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，只需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，同时还可以利用原设备上的仪表把输出量的变化记录下来，既不需要增加仪器设备，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，不可避免地会受到许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易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0t 突然加一幅度为A 的阶跃扰动，到1t 时突然除去，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。矩形脉冲信号可以视为两个方向相反、幅值相等、相位为0t —1t 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，然后就可以按照阶跃响应曲线进行数据处理，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去。因此，扰动的幅值可以取得较大，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，因而对正常工艺生产影响较小。
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。 2-2．建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。 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．简述建立对象的数学模型两种主要方法。 2-2解答： 一是机理分析法。机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似处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线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，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处理后得到数学模型。
2）可以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述它的特性。 2-3．描述简单对象特性的参数有哪些?各有何物理意义? 2-3解答： 描述对象特性的参数分别是放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ。 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 输入的变化量 输出的变化量=K 由于放大系数K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述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63．2％所需时间。 时间常数T 是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。 滞后时间τ滞后时间τ是纯滞后时间0τ和容量滞后c τ的总和。 输出变量的变化落后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递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递需要通过一定的阻力而引起的。 滞后时间τ也是反映对象动态特性的重要参数。 5-6 什么是自衡特性？具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点？ 2-3解答： 1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预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馈。 5-7 什么是单容过程和多容过程？
第二章 交通流特性 第一节 交通调查 交通调查：在道路系统的选定点或选定路段，为了收集有关车辆（或行人）运行情况的数据而进行的调查分析工作。 意义：交通调查对搞好交通规划、道路设施建设和交通管理等都是十分重要的。 调查方法： （1）定点调查； （2）小距离调查（距离小于10m ）； （3）沿路段长度调查（路段长度至少为500m ）； （4）浮动观测车调查； （5）ITS 区域调查。 图2—1中，纵坐标表示车辆在行驶方向上距离始发点（任意选定）的长度，横坐标表示时间。图中的斜线代表车辆的运行轨迹，斜率为车速，直线相交表示超车。 穿过车辆运行轨迹的水平直线代表定点调查； 两条非常接近的水平平行直线表示小距离调查； 一条竖直直线表示沿路段长度调查（瞬时状态，例如空拍图片）； 车辆的轨迹之一就可代表浮动车调查； ITS 区域调查类似于在不同时间、不同地点进行大量的浮动车调查。 图2—1 几种调查方法的时间—距离图示 时间（s ） 距离（m ） 高速公路车道
一、定点调查 定点调查包括人工调查和机械调查两种。 人工调查方法即选定一观测点，用秒表记录经过该点的车辆数。 机械调查方法常用的有自动计数器调查、雷达调查、摄像机调查等。 自动计数器调查法使用的仪器有电感式、环形线圈式、超声波式等检测仪器，它几乎适用于各种交通条件，特别是需要长期连续性调查的路段。 雷达调查法适用于车速高、交通量密度不大的情况。 摄像机调查法一般将摄像机安装在观测点附近的高空处，将镜头对准观测点，每隔一定的时间，如15s、30s、45s或60s，自动拍照一次，根据自动拍摄的照片上车辆位置的变化，清点出不同流向的交通量。这种方法可以获得较完全的交通资料，如流量、流向、自行车流及行人流和行驶速度、车头时距及延误等。 除这些方法以外，还有航空摄影调查法、光电管调查法等。 定点调查能直接得到流量、速度和车头时距的有关数据，但是无法测得密度。 二、小距离调查 这种调查使用成对的检测器（相隔5m或6m）来获得流量、速度和车头时距等数据。 目前常用的点式检测器，如感应线圈和微波束。调查地点车速时，将前后相隔一定距离（如5m）的检测器埋设地下，车辆经过两个检测器时发出信号并传送给记录仪，记录仪记录车辆通过两个检测器所使用的时间，那么用相隔的距离除以时间就得到地点车速。 这种调查方法还能得到占有率，占有率是指检测区域内车辆通过检测器的时间占观测总时间的百分比。由于占有率与检测区域的大小、检测器的性质和结构有关，因此同样的交通状态下，不同位置测得的占有率可能不同。 小距离调查同样无法测得密度，但可获得流量、速度、车头时距和占有率等数据。 三、沿路段长度调查 沿路段长度调查主要是指摄像调查法，适用于500m以上的较长路段。 摄像调查法首先对观测路段进行连续照像，然后在所拍摄的照片上直接点数车辆数，因此这种方法是调查密度的最准确途径。但是，由于拍摄
第一章 ●管理：就是合理组织人力、物力、财力、时间、信息协调各种关系和各项工作，高效益 地实现预定目标的活动过程。管理包括领导、指挥活动和协调、组织、运筹的活动。 ●教育管理是社会管理的更重要组织部分。教育管理包括国家教育的行政管理，即宏观管 理，和学校内部的管理，即学校管理，亦称微观管理。 ●教育管理是管理者通过组织协调教育队伍，充分发挥教育人力、财力、物力和信息的作 用，利用教育内部各种有利条件，高效率地实现教育管理目标的活动过程。教育管理的二重性即自然属性和社会属性。 ●教育管理学包括（教育行政学）和学校管理两大分支。 ●20世纪初，泰勒的科学管理运动及其在教育行政中的运用，推动了教育管理学科的发 展。 ●现代教育管理学科研究的对象，大体有以下几种观点：1、主张研究教育管理现象，以 教育管理现象为其研究对象；2、以教育管理过程发展的规律为研究对象；3、以教育管理既不是研究对象，也不是研究规律，而是研究教育管理中的问题。争论虽多，但大家比较认同的是，教育管理学是研究教育管理现象及其发展规律的学说。 ●教育管理学的学习方法：首先要认真读一点书；其次，要认真研究问题；再次要认真总 结教育管理实践的经验。 第二章教育管理的特点 ●什么是一般意义上的管理呢？学术办的认识并不一致，有些专家认为，管理的特点就是 安排；有些专家认为，管理的特点就是处理关系；有些专家认为，管理的特点就是确立目标；有些专家认为，管理的特点就是讲效率；此外，还有一些认识，如认为管理就是一种系统工程，就是信息的输入、存贮和输出，就是一种信息的控制，等等。 ●管理包括三层意思：正确的目标（核心）；有合理的组织措施（主体）；要讲效率（生命 力所在） ●教育管理的特点：管理内容的教育性；管理对象和“产品”的主体性；管理过程的复杂 性 ●教育管理的主要矛盾：在教育管理过程中，管理者是人，管理的主要对象和培养目标都 是人，处理人与人之间的矛盾关系，是教育管理的主要矛盾。 ●教育管理的基本范畴：（1）主体与客体；（2）共性和个性；（3）质量与数量；（4）有效 与无效；（5）集权与分权；（6）权威与服从。 ●共性：即事物共同具有的性质，它反映了事物及其发展过程矛盾的普遍性；个性：即事 物的特性，它反映了事物及其发展过程矛盾的特殊性。 ●有效管理（放大效应）：科学的教育管理，能使教育的人、财、物形成合理的结构，能 发挥人的潜能，能提高物的使用效率，能使时、空、信息得到充分运用….这就是管理的系统功能和放大效应。 ●无效管理：投入大量人力、财力、物力，付出辛勤劳动而达不到预期管理效果的管理， 叫无效管理。 ●集权：就是大权独揽，统一管理，集中指挥；分权：就是小权分散，向下级科室授权， 充分发挥下级和基层的主动性和积极性。 ●教育权威：指教育管理过程中使全体教育人员信服的力量和威望。服从：指教育管理中 遵照和听从教育权威意见的行力。 第三章教育管理目标 ●目标：是人们的行力想要达到的目的和标准。由于目标是在人们行动之前确定的，具有
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。 2-2．建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。 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．简述建立对象的数学模型两种主要方法。 2-2解答： 一是机理分析法。机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似处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线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，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处理后得到数学模型。
2）可以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述它的特性。 2-3．描述简单对象特性的参数有哪些各有何物理意义 2-3解答： 描述对象特性的参数分别是放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ。 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 输入的变化量 输出的变化量=K 由于放大系数K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述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63．2％所需时间。 时间常数T 是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。 滞后时间τ滞后时间τ是纯滞后时间0τ和容量滞后c τ的总和。 输出变量的变化落后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递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递需要通过一定的阻力而引起的。 滞后时间τ也是反映对象动态特性的重要参数。 5-6 什么是自衡特性具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点 2-3解答： 1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预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馈。
1－6 调节对象特性实验 （Governing Object Performance Character Test ） 一、实验目的 调节对象是控制系统中的一个基本环节，它的动态特性在一定程度上决定了调节过程和调节质 量，它是设计自动控制系统应该着重关注的一个方面。我们采用反应曲线法求取调节对象的动、静 态特性参数，迟延τ，时间常数 T ，传递系数K 。 二、实验装置 供实验的调节对象是一个风机盘管机组 （模型）， 准确地讲， 被调对象是热水盘管出口的空气流， 被调参数为风机盘管机组的送风温度。本实验通过对调节对象加入阶跃干扰，画出反应曲线，求取 调节对象的动、静态特性。 参数：迟延τ，时间常数 T ，传递系数 K （包括 d i p K K K 、 、 ） 。 实验设备：风机盘管自控实验台 图 1 风机盘管实验台 三、实验原理 调节对象受到阶跃干扰（本实验中热水流过盘管内部，空气流过盘管外部翅片的间隙，相当 于对空气流进行加热），后，被调参数会发生飞升或者飞降的过程。理想情况下，温度变化可以用一 阶微分方程描述， d T K Q dt q q +=× 入 （1） 式(1)就是单容对象受到阶跃干扰作用Q 入 后，被调参数气流温度θ随时间t 变化的规律，称为 被调参数的过渡过程，而 t q : 曲线则称为对象的反应曲线（或称飞升曲线） ，如图（2）所示。 受热气流出口 通道
四、实验步骤 (1) 在“自动强关”状态下，设定采样周期为 1s 。按下“手动风机”和“手动水泵” ，待一段 时间被控参数稳定后，按下“手动加热” 。记下实验开始的时间和初温。 (2) 自控设备将每秒自动采样，当被控温度稳定一段时间后，弹出“手动加热” 、 “手动风机” 和“手动水泵” ，实验结束。 (3) 调出数据库中的温度随时间变化的数据，做反应曲线，读出延迟τ，求时间常数 T ，传递 系数 K （ d i p K K K 、 、 ）等特性参数。 具体公式如下： d / 1 k p = ； i p i T T k k = ，T 为采样周期，取1s ； T T k k d p d = ，T 为采样周期，取1s 。 其中， % 100 85 . 0 0 0 ′ = T K t d ，T i =2τ，T d =0.5τ；T 0 表示温度达到最高值所需时间 T 的 63.2%。 x x y K x y y min max min max 0 - D - D = ，分母为 1， y D 为测量终态值与初始值之差， max y ＝100℃， min y ＝0℃。 五、实验要求 1.了解实验原理及绘制反应特性图，并能求出比例常数 p K ,积分常数 i K 和微分常数 d K 。 2.从实验得出的反映曲线中求出差动范围、延迟和工作周期，理解调节对象特性比 T t 的定义。 3．实验安排方式：实验开放，同时可安排实验 4 组，每组 3～4 人。 图 2 一阶（单容）对象反应曲线
第二章交通特性分析The Analysis of Traffic Characteristics 1交通特性分析是交通工程学的一个基本部分，是进行合理的、科学的交通规划、设计、运营、管理的前提和基础。主要包括两部分：交通系统各要素自身特性和交通流特性。2 1.驾驶员的任务和要求任务：实现人员和货物空间上的转移；要求：高度的社会责任感，良好的职业道德、身体素质、心理素养，熟练的驾驶技术。 2.驾驶员的信息处理过程 第一节道路交通三要素特性 驾驶员的交通特性 3 第一节道路交通三要素特性 驾驶员的交通特性 4 第一节道路交通三要素特性 驾驶员的交通特性 3.驾驶员的生理、心理特性 （1）视觉特性：视力、视野、色感。 （2）反应特性：从感知－判断－开始制动，到制动发生效力全部时间通常按2.5～3.0s计算。（3）心理特点和个性特点：动机、素养、注意力、智力、情绪、成熟性、知识性、条件反应等 4.疲劳驾驶与酒后驾驶 5 第一节道路交通三要素特性 乘客交通特性 1.乘客的交通需求心理 省时、省钱、省力、安全、方便、舒适 2.乘客反应 （1）横向力系数：最小圆曲线半径和缓和曲线长度； （2）路面状况：产生晕车（头晕、恶心）； （3）道路美学：消除时间长产生的烦躁情绪； （4）时间和空间：乘车拥挤和出行时间。 6 第一节道路交通三要素特性 乘客交通特性 1.乘客的交通需求心理 省时、省钱、省力、安全、方便、舒适 2.乘客反应 （1）横向力系数：最小圆曲线半径和缓和曲线长度； （2）路面状况：产生晕车（头晕、恶心）； （3）道路美学：消除时间长产生的烦躁情绪； （4）时间和空间：乘车拥挤和出行时间。 7 第一节道路交通三要素特性 乘客交通特性 3.社会影响
第二章交通特性分析 The Analysis of Traffic Characteristics 1 交通特性分析是交通工程学的一个基本部分，是进行合理的、科学的交通规划、设计、运营、管理的前提和基础。主要包括两部分：交通系统各要素自身特性和交通流特性。 2 1.驾驶员的任务和要求 任务：实现人员和货物空间上的转移； 要求：高度的社会责任感，良好的职业道德、身体素质、心理素养，熟练的驾驶技术。 2.驾驶员的信息处理过程 第一节道路交通三要素特性 驾驶员的交通特性 3 第一节道路交通三要素特性 驾驶员的交通特性 4 第一节道路交通三要素特性 驾驶员的交通特性 3.驾驶员的生理、心理特性 （1）视觉特性：视力、视野、色感。 （2）反应特性：从感知－判断－开始制动，到制动发生效力全部时间通常按2.5～3.0s计算。（3）心理特点和个性特点：动机、素养、注意力、智力、情绪、成熟性、知识性、条件反应等 4.疲劳驾驶与酒后驾驶 5 第一节道路交通三要素特性 乘客交通特性 1.乘客的交通需求心理 省时、省钱、省力、安全、方便、舒适 2.乘客反应 （1）横向力系数：最小圆曲线半径和缓和曲线长度； （2）路面状况：产生晕车（头晕、恶心）； （3）道路美学：消除时间长产生的烦躁情绪； （4）时间和空间：乘车拥挤和出行时间。 6 第一节道路交通三要素特性 乘客交通特性 1.乘客的交通需求心理 省时、省钱、省力、安全、方便、舒适 2.乘客反应 （1）横向力系数：最小圆曲线半径和缓和曲线长度； （2）路面状况：产生晕车（头晕、恶心）； （3）道路美学：消除时间长产生的烦躁情绪； （4）时间和空间：乘车拥挤和出行时间。
当前交通的特点分析集团企业公司编码：（LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-
当前我国交通的特点分析道路交通安全受到人-车-路以及交通环境这四位一体的因素影响,而中国的交通安全环境虽有所改善,但也不容乐观。具体表现在: (1)混合交通状态严重 对交通事故产生的交通特点分析可知,混合交通条件下发生的交通事故占总数的5.9%,同时还是主要的死亡原因(占67.2%);当混合交通且缺少交通控制时,造成的交通事故占总数的50.8%,死亡人数占62.4%(1998)。 (2)车辆性能差
车辆是现代道路交通得以实现的主要因素,车况的好坏、车辆的性能等直接影响着道路交通的安全。与发达国家相比,我国交通运输中的车辆总体特征表为:耐用好修,适应炎热、严寒的气候,无装饰,车辆只具备基本性能。目前国内车辆普遍不适应持续高速行驶的工况,因此在高速公路上表现不佳;机动车的性能不佳、机件失灵或零部件损坏,均可成为直接导致交通事故的因素。 (3)机动车辆组成结构畸形 国内机动化水平低但交通事故率高。国际经济合作和发展组织(OECD)的研究报告还表明,发达国家(这里指OECD成员国)的交通事故和机动化水平与亚洲和其他发展中国家相比较,亚洲国家的机动化水平最低,但交通事故率最高。2002年,全国在用机动车保有量为79756763辆,其中,汽车21417279辆,占机动车保有量的26.85%,而农用运输车、拖拉机、挂车等则占73.15%,因此,车辆整体性能较差。而由这些车辆组成的混合交通流将对交通安全构成致命的威胁。对各种交通方式责任事故的分析可知,驾驶摩托车、拖拉机、农用运输车等肇事比率占总数的21.15%,事故死亡率占总数的27.79%。
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，执行机构，检测变送装置。 1-3简述被控对象、被控变量、操纵变量、扰动（干扰）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，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。 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，用以克服扰动的影响，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克服扰动对被控变量的影响,使被控变量最终回到设定值或其附近.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.随动控制系统的作用是使被控变量能够尽快地,准确无误地跟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态特性？为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义？ 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。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 在自动化工作中，了解、研究控制系统动态比其静态更为重要。因为在生产过程中，干扰是客观存在的，是不可避免的。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消除干扰作用的影响，使被控变量保持在工艺生产所规定的技术指标上，以满足过程控制的要求。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
第二章道路交通特性分析 §2－1 道路交通三要素特性 一、道路使用者的特性分析 1．1 驾驶员的交通特性 1．驾驶员的职责和要求 2．驾驶员的反应操作过程 3．驾驶员生理、心理特征 1）视觉特性 在行车过程中，驾驶员需要及时感知各种交通信息。根据统计分析，各种感觉器官给驾驶员提供交通信息数的比例分布如下：视觉占80％，听觉占14％，触觉占2％，味觉占2％，嗅觉占2％。可见，视觉是最重要的。因此，对视觉机能的考核和研究是驾驶员交通特性研究的重要内容。 （1）视觉 人的眼睛注视目标时，由目标反射出来的光进入眼内，经过眼中间物质的屈折，投射于眼睛黄斑中心窝，结成物像，再由视神经经过视路传至大脑的枕叶视中枢，激起心理反应，形成视觉。也就是说，所谓视觉，就是外界光线经过刺激视觉器官在大脑中所引起的生理反应。视觉在辨别外界物体明暗、颜色、形状等待性以及对物体空间属性加大小、远近等的区分上起着重要作用。 （2）视力 视力是人的眼睛分辨物体形状、大小的能力。视觉敏锐度的基本特征就在于辨别两物点之间距离的大小。视力有静视力、动现力和夜视力之分。 ①静视力是待检人员站在视力图表前面，距视力表5m，依次辨认视标测定的视力。 ②动视力汽车行驶时，驾驶员同车体一起按一定的速度前进，也就是说驾驶员与道路环境中的物体是相对运动的。驾驶员观察物体运动的视力，称为动视力。动视力与汽车行驶速度有关，随着车速的提高，视力明显下降。此外，动视力随驾驶员年龄的不同而有所差异，年龄越高，动视力低落的幅度越大。 车辆以60km/h的速度行驶时，车内驾驶员能看清车前20m的标志，而以80km/h 的速度行驶时，则在接近10m处才能看清。为保证驾驶员在发现前方有障碍物时，能有足够的时间辨认和采取相应的措施，希望车速提高时，视认距离能相应增加，可是由于生理条件的限制，结果恰恰相反。 ③夜视力在黑暗环境中的视力称为夜视力。据研究，照度与视力成线性关系，即照度减小，视力下降。 太阳落山前，公路上的照度较高，日落后的黄昏时刻照度明显降低，在由明转暗的情况下，眼睛看东西主要靠视杆细胞起作用。而视杆细胞的感受性增加缓慢，需要30～40min的时间，才能稳定在一个水平上。由于天黑得较快，而暗适应还没充分形成，加之打开前灯，恰与周围的光度相等，不能形成对比，因此黄昏时最难驾驶并易出事故。 入夜光线更暗，在天然照明情况下，视力可降至白天视力的4％～10％，这是全靠视杆细胞活动的结果。下面介绍一下与夜间驾驶有关的视觉规律： ⅰ夜间对颜色的感知在车灯照明的条件下，能发现各种颜色的距离，如表2—1所示。 m
过程装备控制技术课后习题及参考答案 第一章控制系统的基本概念 1、什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？ 答:利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含:①自动检测系统 ②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。 2、自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？ 答:自动控制系统主要有被控对象,测量元件与变送器,调节器,执行器等环节组成。 自动控制系统常用的术语有: 被控变量y;给定值y s;测量值y m;操纵变量m;干扰f;偏差信号(e);控制信号u 3、什么就是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？ 答:自动控制系统的方框图上就是由传递方块、信号线(带有箭头的线段)、综合点、分支点构成的表示控制系统组成与作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分,方块内填入表示其自身特性的数学表达式;方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响与信号的联系,以便对系统特性进行分析与研究。而工艺流程图则就是以形象的图形、符号、代号,表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件与仪表自控等的排列及连接,借以表达在一个化工生产中物料与能量的变化过程,即原料→成品全过程中物料与能量发生的变化及其流向。4、在自动控制系统中,什么就是干扰作用？什么就是控制作用？两者有什么关系？ 答:干扰作用就是指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用;控制作用就是通过对被控变量的测量得到测量值,使其与给定值比较,得出偏差信号。这个信号按一定规律计算出控制信号来改变操纵变变量克服干扰作用。两者关系就是控制作用的一部分职能就就是减小或消除干扰对被控变量的影响。 5、什么就是闭环控制？什么就是开环控制？定值控制系统为什么必须就是一个闭环负反馈系统？ 答:闭环控制就是控制系统的输出信号的改变回返回影响操纵变量的控制方式。 开环控制就是控制系统的输出信号不会影响操纵变量的控制方式。 定值控制系统就是指设定值恒定不变的控制系统。定值控制系统的作用就是克服扰动对被控变量的影响,当输出信号变大时,反馈影响操纵变量使输出信号减小,反之则影响操纵变量就是输出信号增大。可见定值控制系统满足闭环负反馈系统的要求。 6、在图1-11的换热器出口温度控制系统中,工艺要求热物料出口温度保持为某一设定值。
第二章过程装备控制基础 1.什么是被控对象的特性？表征被控对象特征的参数有哪些？它们的物理意义是什么？答：被控对象的特性是指当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律。 表征被控对象特征的参数有放大系数K、时间常数T、滞后时间τ。 其中放大系数K是指被控对象重新达到平衡状态时的输出变化量与输入变化量之比；时间常数T反映被控对象受到输入作用后，输出变量达到新稳态值的快慢，它决定整个动态过程的长短；滞后时间τ是描述对象滞后现象的动态参数。
5.试从图2-67某对象的反应曲线中，表示出该对象的放大系数、时间常数和滞后时间？ 答：对于图2-67，放大系数：K ＝1/V H q ??，时间常数：在反应曲线上找到输出量变化至终值63.2％时的坐标点，它所对应的时刻与输出量开始变化时的时刻之差就是时间常数。滞后时间：为0。
11.试画出在阶跃输入作用下，比例、比例积分、比例积分微分调节器的输出特性曲线。答：阶跃输入： 题2-11图（1）阶跃输入 比例调节器输出： 题2-11图（2）比例调节器 比例积分调节器输出： 题2-11图（3）比例积分调节器 比例积分微分调节器输出：
题2-11图（4）比例积分微分调节器 14.调节器参数整定的目的是什么？工程上常用的整定方法有哪些？ 答：调节器参数整定的目的就是按照已定的控制系统，求取控制系统质量最好的调节器参数。 工程上常用的整定方法有经验试凑法，临界比例度法，衰减曲线法。
19.图2-68是聚合釜温度和流量的串级控制系统：①说明该系统的主、副对象，主、副变量，主、副调节器各是什么？②试述该系统是如何实现其控制作用的。 答：①主对象：聚合釜副对象：冷却水 主变量：聚合釜内温度副变量：冷却水流量 主调节器：温度调节器TC 副调节器：流量调节器FC ②若主要干扰是冷却水流量，整个串级控制系统的工作过程是这样的：设冷却水流量增加，则使FC的输出增加，控制阀减小使冷却水流量减小，因而减少以致消除冷却水流量波动对聚合釜内温度的影响，提高了控制质量。 如此时聚合釜内温度由于某些次要干扰（例进料流量、温度的波动）的影响而波动，该系统也能加以克服。设釜内温度升高，则温度调节器TC输出降低，因而使流量调节器FC的给定值降低，其输出也降低，也是控制阀开发，冷却水流量增加以使釜内温度降低，起到负反馈的作用。
实验一、单容水箱对象特性的测试 一、 实验目的 1、了解本实验装置的结构与组成，掌握压力变送器的使用方法。 2、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。 3、了解单容水箱的自衡特性掌握单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。 4、实测单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。 二、实验设备 1、THKGK-1型过程控制实验装置 GK-02 GK-03 GK-04 GK-07 2、 万用表一只 三、实验原理 阶跃响应测试法是被控对象在开环运行状况下，待工况稳定后，通过调节器手动改变对象的输入 信号（阶跃信号）。同时，记录对象的输出数据和阶跃响应曲线，然后根据给定对象模型的结构形式，对实验数据进行合理的处理，确定模型中的相关参数。 图解法是确定模型参数的一种实用方法，不同的模型结构，有不同的图解方法。 单容水箱的数学模型可用一阶惯性环节来近似描述，且用下述方法求取对象的特征参数。 单容水箱液位开环控制结构图如图2-1所示： 图2-1、 单容水箱液位开环控制结构图 设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h ，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得： 在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得： 式中，T=R2*C 为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），K=R2为过程 Q R h dt h d C R ?=?+?221-2 11)()()(221+=+==TS K CS R R s Q s H s G
的放大倍数，也是阀V2的液阻，C 为水箱的底面积。令输入流量Q1（S ）=RO/S ，RO 为常量，则输出液位的高度为： 2-2 2-3 2-4 式（2-3）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2所示。由式（2-4）可知该曲线上升到稳态值的63.2%所对应的时 间，就是水箱的时间常数T 。该时间常数T 也可以通过 坐标原点对响应曲线作切线，此切线与稳 态值的交点所对应的时间就是时间常数T 。 图2-2 阶跃响应曲线 其理论依据是： 上式表示h （t ）若以在原点时的速度h （∞）/T 恒速变化，即只要花T 秒时间就可达到稳态值h （∞）。 式（2-2）中的K 值由下式求取： K = h(∞)/R0 = 输入稳态值/阶跃输入 T S KR S KR TS S KR S H /1)1()(0 00+- =+= )0.632h(0.632KR ) -(1KR h(T) : ,01 -0e ∞====则有时当T t 阶跃输入输出稳态值因而有 时，当即= ∞==∞∞?→?=O . O T 1 -O R )(K R )()e -(1KR h(t) h K h t t 0.63h h h 5)-(2 ) ()(00 100T h T KR T KR dt t dh t t T t e ∞== ==-=