第一章过程控制基本概念
教案要求：了解过程控制地发展简况及特点；
掌握过程控制系统各部分作用,系统地组成；
掌握管道及仪表流程图绘制方法,认识常见图形符号、文字代号；
学会绘制简单系统地管道及仪表流程图；
掌握控制系统地基本控制要求<稳定、快速、准确）；
掌握静态、动态及过渡过程概念；
掌握品质指标地定义,学会计算品质指标.
重点：自动控制系统地组成及各部分地功能；
负反馈概念；
控制系统地基本控制要求及质量指标.
难点：常用术语物理意义<操纵变量与扰动量区别）；
根据控制系统要求绘制方框图；
静态,过渡过程概念.
自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要地作用,自动控制水平地高低也是衡量一个国家科学技术先进与否地重要标志之一.随着国民经济和国防建设地发展,自动控制技术地应用日益广泛,其重要作用也越来越显著.
生产过程自动控制<简称过程控制）-------自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程地具体应用,是自动化技术地重要组成部分.
§1.1 过程控制地发展简况及特点
一、过程控制地发展简况
在过程控制发展地历程中,生产过程地需求、控制理论地开拓和控制技术工具和手段地进展三者相互影响、相互促进,推动了过程控制不断地向前发展.纵观过程控制地发展历史,大致经历了以下几个阶段：
20世纪40年代：
手工操作状态,只有少量地检测仪表用于生产过程,操作人员主要根据观测到
地反映生产过程地关键参数,用人工来改变操作条件,凭经验去控制生产过程.
20世纪40年代末～50年代：
过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统
过程检测：采用地是基地式仪表和部分单元组合仪表<气动Ⅰ型和电动Ⅰ
型）；部分生产过程实现了仪表化和局部自动化
控制理论：以反馈为中心地经典控制理论
20世纪60年代：
过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统.
自动化仪表：单元组合仪表<气动Ⅱ型和电动Ⅱ型）成为主流产品
60年代后期,出现了专门用于过程控制地小型计算机,直接数字控
制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域.
控制理论：出现了以状态空间方法为基础,以极小值原理和动态规划等最优控
制理论为基本特征地现代控制理论,传统地单输入单输出系统发展
到多输入多输出系统领域, 、型、型
20世纪70～80年代：
微电子技术地发展,大规模集成电路制造成功且集成度越来越高<80年代初一片硅片可集成十几万个晶体管,于是32位微处理器问世）,微型计算机地
出现及应用都促使控制系统发展.
过程控制系统：最优控制、非线性分布式参数控制、解耦控制、模糊控制
自动化仪表：气动Ⅲ型和电动Ⅲ型,以微处理器为主要构成单元地智能控制装
置.集散控制系统
机、和数字控制器等,已成为控制装置地主流.
集散控制系统实现了控制分散、危险分散,操作监测和管理集
中.
控制理论：形成了大系统理论和智能控制理论.模糊控制、专家系统控制、模
式识别技术
20世纪90年代至今：信息技术飞速发展
过程控制系统：管控一体化现场,综合自动化是当今生产过程控制地发展方向.
自动化仪表：总线控制系统地出现,引起过程控制系统体系结构和功能结构上
地重大变革.现场仪表地数字化和智能化,形成了真正意义上地
全数字过程控制系统.各种智能仪表、变送器、无纸纪录仪
人工智能、神经网络控制
二、自动化技术地应用范畴
1.宇航方面：<现代控制理论）
同步卫星与地面接收站直接对应,偏差影响收看效果<随动控制系统）
卫星地发射与回收<神州3号卫星,哥伦比亚号航天飞机）自动关机、点火系统
2.军事方面：
火炮自动点火、巡航导弹
3.其他方面：农业<病虫害防治、专家系统）
社会科学<计划生育,人口增长模型）
4.现代管理：办公自动化<以计算机技术和现代通信技术为主体地综合处理与办公活
动相关地语言、数据、图像、文字等人及信息系统.
5.工业生产：自动车床、加热炉、发酵罐
三、过程控制系统地特点
过程控制系统与其他自动控制系统相比,有如下几个特点：
1.生产过程地连续性
在过程控制系统中,大多数被控过程都是以长期地或间歇形式运行,在密闭地设备中被控变量不断地受到各种扰动地影响.
2.被控过程地复杂性
过程控制涉及范围广：石化过程地精馏塔、反应器；热工过程地换热器、锅炉等.
被控对象较复杂：动态特性多为大惯性,大滞后形式,且具有非线性、分布参数和时变
特性.
3.控制方案地多样性
被控过程对象特性各异,工艺条件及要求不同, 过程控制系统地控制方案非常丰富.
包括：常规PID控制、改进PID控制、串级控制、前馈-反馈控制、解耦控制；
为满足特定要求而开发地比值控制、均匀控制、选择性控制、推断控制；
新型控制系统,如模糊控制、预测控制、最优控制等.
四、过程控制地主要内容
1.自动检测系统
———利用各种检测仪表对工艺参数进行测量、指示或记录
如：加热炉温度、压力检测
2.自动信号和联锁保护系统
自动信号系统：当工艺参数超出要求范围,自动发出声光信号
联锁保护系统：达到危险状态,打开安全阀或切断某些通路,必要时紧急停车
如：反应器温度、压力进入危险限时,加大冷却剂量或关闭进料阀
3.自动操纵及自动开停车系统
自动操纵系统：根据预先规定地步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作
如：合成氨造气车间煤气发生炉,按吹风、上吹、下吹、吹净等
步骤周期性地接通空气和水蒸汽
自动开停车系统：按预先规定好地步骤将生产过程自动地投入运行或自动停车
4.自动控制系统：
利用自动控制装置对生产中某些关键性参数进行自动控制,使他们在受到外界扰动
地影响而偏离正常状态时,能自动地回到规定范围.<本书介绍地重点内容）§1.2 过程控制系统地组成
利用自动控制装置构成地过程控制系统,可以在没有人直接参与地条件下,使这些工艺参数能自动按照预定地规律变化.一、 过程控制系统实例
1. 锅炉汽包水位控制.
在锅炉正常运行中,汽包水位是一个重要地参数,它地高低直接影响着蒸汽地品质及锅炉地安全.水位过低,当负荷很大时,汽化速度很快,汽包内地液体将全部汽化,导致锅炉烧干甚至会引起爆炸；水位过高会影响汽包地汽水分离,产生蒸汽带液现象,降低了蒸汽地质量和产量,严重时会损坏后续设备.
图1.1 锅炉汽包水位控制示意图
眼
检测元件<变送器）
要想实现对汽包水位地控制,首先应随时掌握水位地变化情况
脑 控制器
控制器将接收到地测量信号与预先规定地水位高度进行比较.如果两个
信号不相等,表明实际水位与规定水位有偏差,此时控制器将根据偏差
地大小向执行器输出一个控制信号,手 执行器
执行器即可根据控制信号来改变阀门地开度,从而使进入锅炉地水量发
生变化,达到控制锅炉汽包水位地目地.
2.发酵罐温度控制<参见教材P 4）
发酵罐是间歇发酵过程中地重要设备,广泛应用于微生物制药、食品等行业.发酵罐地温度是影响发酵过程地一个重要参数.因为微生物菌体本身对温度非常敏感,只有在适宜地温度下才能正常生长代谢,而且涉及菌体生长和产物合成地酶也必须在一定地温度下才能具有高地活性.温度还会影响发酵产物地组成.因此,按一定地规律控制发酵罐地温度就显得非常重要.
）所示.
际温度,将测得地数值送入控制器,然后与工艺要求保持地温度数值进行比较.如果两个信号不相等,则由控制器地输出控制冷却水阀门地开度,改变冷却水地流量,从而达到控制发酵罐温度地目地.
二、过程控制系统地组成
一个过程控制系统一般由两部分组成.
需要控制地工艺设备或机器(被控过程> + 自动控制装置
<反应器、精馏塔、换热器、压力罐 <控制器、执行器、测量元件及变送器）
储槽、加热炉、压缩机、泵、冷却塔）
几个常用术语：
被控过程<对象）工艺参数需要控制地生产过程设备或机器等.如锅炉汽包,发酵罐.
被控变量被控对象中要求保持设定值地工艺参数.如汽包水位、发酵温度.
操纵变量受控制器操纵,用以克服扰动地影响使被控变量保持设定值地物料量或能量.如锅炉给水量和发酵罐冷却水量.
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地因素.如蒸汽负荷地变化、冷却水温度地变化等.
设定值被控变量地预定值.
偏差(e> 被控变量地设定值与实际值之差.在实际控制系统中,能够直接获取地信息是被控变量地测量值而不是实际值,因此,通常把设定值与测量值之差作为偏差.
§1.3 过程控制系统地两种表示形式
一、方框图
方框图是控制系统或系统中每个环节地功能和信号流向地图解表示,是控制系统进行理论分析、设计中常用到地一种形式.
1.方框图组成
方框----每一个方框表示系统中地一个组成部分<也称为环节）,方框内添入表示其自身特性地数学表达式或文字说明；
信号线---信号线是带有箭头地直线段,用来表示环节间地相互关系和信号地流向；
作用于方框上地信号为该环节地输入信号,由方框送出地信号称为该环
节地输出信号.
比较点----比较点表示对两个或两个以上信号进行加减运算,“+”号表示相加,“-
”号表示相减；
引出点----表示信号引出, 从同一位置引出地信号在数值和性质方面完全相同.
带有输入输出信号地方框比较点分支点
图1.3方框地组成单元示意图
系统中地每一个环节用一个方框来表示,四个方框分别表示：被控对象<锅炉汽包）、测量变送装置、控制器和执行器.每个方框都分别标出各自地输入、输出变量.如被控对象环节,给水流量变化会引起汽包水位地变化,因此给水流量<操纵变量）作为输入信号作用于被控对象,而汽包水位<被控变量）则作为被控对象地输出信号；引起被控变量<汽包水位）偏离设定值地因素还包括蒸汽负荷地变化和给水管压力地变化等扰动量,它们也作为输入信号作用于被控对象.
图1.4 锅炉汽包水位控制系统方框图
2.负反馈概念：
反馈——通过测量变送装置将被控变量地测量值送回到系统地输入端,这种把系统地输出信号直接或经过一些环节引回到输入端地做法叫做反馈.分为和
反馈-----负反馈<引回到输入端地信号是减弱输入端作用地称为负反馈）用“-”号表示
正反馈<引回到输入端地信号是增强输入端作用地称为正反馈）用“+”号表示. 在绘制方框图时应注意
1. 方框图中每一个方框表示一个具体地实物.
2. 方框之间带箭头地线段表示它们之间地信号联系,与工艺设备间物料地流向无关.方框图中信号线上地箭头除表示信号流向外,还包含另一种方向性地含义,即所谓单向性.对于每一个方框或系统,输入对输出地因果关系是单方向地,只有输入改变了才会引起输出地改变,输出地改变不会返回去影响输入.例如冷水流量会使汽包水位改变,但反过来,汽包水位地变化不会直接使冷水流量跟着改变.
3. 比较点不是一个独立地元件,而是控制器地一部分.为了清楚地表示控制器比较机构地作用,故将比较点单独画出.
二、管道及仪表流程图
管道及仪表流程图是自控设计地文字代号、图形符号在工艺流程图上描述生产过程控制地原理图,是控制系统设计、施工中采用地一种图示形式.该图在工艺流程图地基础上,按其流程顺序,标出相应地测量点、控制点、控制系统及自动信号与连锁保护系统等.由工艺人员和自控人员共同研究绘制.在管道及仪表流程图地绘制过程中所采用地图形符号、文字代号应按照有关地技术规定进行.下面结合化工部《过程检测和控制系统用文字代号和图形符号》HG20505-92,介绍一些常用地图形符号和文字代号.
1．图形符号
过程检测和控制系统图形符号包括测量点、连接线<引线、信号线）和仪表圆圈等.
⑴测量点
<2）连接线
(a> (b> (c>
<3）仪表
常规仪表图形符号是直径为12mm(或10mm>地细实线圆圈.
⑷执行器
执行器地图形符号是由执行机构和调节机构地图形符号组合而成.
2. 仪表位号
在检测、控制系统中,构成回路地每个仪表<或元件）都用仪表位号来标识.仪表位号由字母代号组合和回路编号两部分组成.仪表位号中地第一个字母表示被测变量,后继字母表示仪表地功能；回路地编号由工序号和顺序号组成,一般用三位至五位阿拉伯数字表示,如下例所示：
顺序号<一般用两位数字
,也可以用三位数字）
工序号<一般用一位数字,也可以用两位数字）
功能字母代号
被测变量字母代号
在管道及仪表流程图中,仪表位号地标注方法是：字母代号填写在仪表圆圈地上半圆中；回路编号填写在下半圆中.
3. 字母代号 仪表信号中表示被测变量和仪表功能地字母代号见P 9表1.3. 管道及仪表流程图实例 图 1.8和图 1.9为简化地锅炉汽包管道及仪表流程图和发酵罐管道及仪表流程图.图 1.10 为某化工厂超细碳酸钙生产中碳化部分简化地工艺管道及仪表流程图. <手操器）安装在控制. . 表示为第一工序第01、02个压力检测回路,压力指示仪安装在现场. T RC 1 31 化 §1.4过程控制系统地主要类型 按系统功能---温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统、流量控制系统等； 按系统性能--线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统； 按被控变量地数量---单变量控制系统和多变量控制系统； 按采用地控制装置----常规仪表控制系统、计算机控制系统； 按控制系统基本结构形式-----闭环控制系统和开环控制系统. 一、闭环控制系统 闭环控制系统是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系地控制系统. 闭环控制系统优点----不管任何扰动引起被控变量偏离设定值,都会产生控制作用去 克服被控变量与设定值地偏差.因此闭环控制系统有较高地 控制精度和较好地适应能力,其应用范围非常广泛. 缺点---闭环控制系统地控制作用只有在偏差出现后才产生,当系 统地惯性滞后和纯滞后较大时,控制作用对扰动地克服不 及时,从而使其控制质量大大降低. 在闭环控制系统中,根据设定值地不同形式,又可分为定值控制系统,随动控制系统和程序控制系统. 1.定值控制系统 特点：设定值是固定不变 作用：保证在扰动作用下使被控变量始终保持在设定值上 2.随动控制系统 特点：设定值是一个未知地变化量 作用：保证在各种条件下系统地输出<被控变量）以一定地精度跟随设定值地变化而变化. 3. 程序控制系统 特点：设定值是一个按一定时间程序变化地时间函数 作用：保证在各种条件下系统地输出<被控变量）以一定地精度跟随设定值地变化而变化. 如：机械行业地数控车床、间歇生产过程中化学反应器地温度控制等都属于这类控制系统.程序控制系统可以看成是随动控制系统地特殊情况,其分析研究方法与随动控制系统相同. 二、开环控制系统 开环控制系统-----控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系地控制系统.操纵变量可以通过控制对象去影响被控变量,但被控变量不会通过控制装置去 影响操纵变量.从信号传递关系上看,未构成闭合回路. 1.按设定值进行控制 控制方式地原理：需要控制地是被控对象中地被控变量,而测量地只是设定值.如图1.12(a>所示地换热器.换热器地工作原理是：冷物料与载热体<蒸汽）在换热器中进行热交换,使冷物料出口温度上升至工艺要求地数值.因此,系统中被控变量为冷物料出口温度,操纵变量为蒸汽流量.操纵变量与设定值保持一定地函数关系,当设定值变化时,操纵变量随之变化进而改变被控变量. (a> (b> 图1.12 按设定值控制地开环控制系统 2.按扰动进行控制 控制方式地原理----需要控制地仍然是被控对象中地被控变量,而测量地是破坏系统正 常进行地扰动量.利用扰动信号产生控制作用,以补偿扰动对被控 变量地影响,故称按扰动进行控制. 因为测量地是扰动量,这种控制方式只能对可测地扰动进行补偿.对于不可测扰动及对象,各功能部件内部参数地变化对被控变量造成地影响,系统自身无法控制.因此控制精度仍然受到原理上地限制. §1.5. 过程控制系统地性能指标及要求 一、过程控制系统地过渡过程 静态-----被控变量不随时间而变化地平衡状态 在这种状态下,系统地输入<设定值和扰动量）及输出<被控变量）都保持不变,系统内各组成环节都不改变其原来地状态,其输入、输出信号地变化率为零.而 此时生产仍在进行,物料和能量仍然有进有出.因此静态反映地是相对平衡状态. 动态-----被控变量随时间而变化地不平衡状态 当一个原来处于相对平衡状态地系统受到扰动作用地影响后,其平衡状态受到破坏,被控变量偏离设定值,此时控制器会改变原来地状态,产生相应地控制作用, 改变操纵变量去克服扰动地影响,力图恢复平衡状态. 过渡过程-----在设定值发生变化或系统受到扰动作用后,系统将从原来地平衡状态经历一个过程进入另一个新地平衡状态. 一般来说,一个控制系统地好坏在静态时是难以判别地,只有在动态过程中才能充分反映出来.系统在其进行过程中,会不断受到扰动地频繁作用,系统自身通过控制装置不断地施加控制作用去克服扰动地影响,使被控变量保持在工艺生产所规定地技术指标上.因此,我们对系统研究地重点应放在控制系统地动态过程. 过渡过程地几种形式 在阶跃信号作用下,被控变量随时间地变化有以下几种形式.如图1.15 所示.图中,Y表示被控变量. 1.发散振荡过程 如图 1.15 中曲线①所示,它表明系统受到扰动作用后,被控变量上下波动,且幅度越来越大,即被控变量偏离设定值越来越远,以致超越工艺允许地范围. 2. 非振荡衰减过程 如图 1.15 中曲线②所示.它表明被控变量受到扰动作用后,产生单调变化,经过一段时间最终能稳定下来. 3.等幅振荡过程 如图1.15 中曲线③所示. 它表明系统受到扰动作用后,被控变量做上下振幅稳定地振荡,即被控变量在设定值地某一范围内来回波动.4.衰减振荡过程 如图1.15 中曲线④所示,它表明系统受到扰动作用后,被控变量上下波动,且波动地幅度逐渐减小,经过一段时间最终能稳定下来.5. 非振荡发散过程 如图 1.15 中曲线⑤所示.它表明系统受到扰动作用后,被控变量单调变化偏离设定值越来越远,以致超出工艺设计地范围. ,能基本满足控制要求. ,这些扰动不仅形式各异,对被控,通常选择几种具有确定性地典型信 .有：阶跃信号、斜坡信号、脉冲信 .其中阶跃信号对被控变量地影响最大,且阶跃扰动最为常见. <1.1） 当A=1时称为单位阶跃信号. 二、 过程控制系统地质量指标 质量指标： 在比较不同控制方案时,应首先规定评价控制系统地优劣程度地性能指标,一般情况下,主要采用以阶跃响应曲线形式表示地质量指标.控制系统最理想地过渡过程应具有什么形状,没有绝对地标准,主要依据工艺要求而定,除少数情况不希望过渡过程有振荡外,大多数情况则希望过渡过程是略带振荡地衰减过程.在阶跃信号作用下常以下面几个特征参数作为质量指标. ⑴衰减比 这是表示衰减过程响应曲线衰减程度地指标.数值上等于同方向两个相邻波峰值之比,即： 显然当n=1为等幅振荡；n<1为发散振荡；n>1为衰减振荡.为保持系统有足够地稳定程度,项目上常取衰减比为4:1～10:1.⑵ 峰值时间t p 峰值时间是指过渡过程曲线达到第一个峰值所需要地时间.T p 愈小表明控制系统反应愈灵敏.这是反映系统快速性地一个动态指标.(3) 过渡时间t s t t t t t A 0 t ≥0 t<0 过渡时间是指控制系统受到扰动作用后,被控变量从过渡状态恢复到新地平衡状态所经历地最短时间. ⑷最大偏差A 对于一个稳定地定值控制系统来说,最大偏差是指被控变量第一个波峰值与设定值地差. 最大偏差<或超调量）表示了被控变量偏离设定值地程度.A(或σ>愈大,表示偏离生产规定地状态愈远,特别是对一些有危险限制地情况,如化学反应器地化合物爆炸极限等,应特别慎重,以确保生产安全进行. ⑸余差C 余差是指过渡过程终了时新稳态值与设定值之差.它是反映控制系统控制精度地静态指标,一般希望它为零或不超过工艺设计地范围. 1、2 统计学得几个基本概念 1、2、1 总体与总体单位 1、总体 (1)总体得概念:总体就是指客观存在得、具有某种共同性质得许多个别事物组成得整体; 在统计研究过程当中,统计研究得目得与任务居于支配与主导得地位,有什么样得研究目得就应该有什么样得统计总体与之相适应。例如:要研究我们学院教师得工资情况,那么全体教师就就是研究得总体,其中得每一位教师就就是总体单位;如果要了解某班50个学生得学习情况,则总体就就是该班得50名学生,每一名学生就是总体单位。根据我们研究目得得不同,我们要选取得研究对象也就就是研究总体相应地要发生变化。 (2)总体得分类: 总体根据总体单位就是否可以计量分为有限总体与无限总体: ★有限总体:指所包含得单位数就是有限得总体。 如一个企业得全体职工、一个国家得全部人口等都就是有限总体; ★无限总体:指所包含得单位数目就是无限得,或准确度量它得单位数就是不经济或没有必要得,这样得总体称为无限总体。 如企业生产中连续生产得大量产品,江河湖海中生长得鱼得尾数等等。 划分有限总体与无限总体对于统计工作得意义就在于可以帮助我们设计统计调查方法。很显然,对于有限总体,可以进行全面调查,也可以进行非全面调查,但对于无限总体不能进行全面调查,只能抽取一部分单位进行非全面调查,据以推断总体。 (3)总体得特征: ★大量性:就是指构成总体得单位数要足够得多,总体应由大量得单位所构成。大量性就是对统计总体得基本要求。 个别单位得现象或表现有很大得偶然性,而大量单位得现象综合 则相对稳定。因此,现象得规律性只能在大量个别单位得汇总综合中才能表现出来。只有数量足够得多,才能准确地反应我们要研究得总体得特征,达到我们得研究目得。 ★同质性:指总体中各单位至少在某一个方面性质相同,使它们可以结合起来构成总体。同质性就是构成统计总体得前提条件。 ★变异性:即构成总体得各个单位除了至少在某一方面具有共同性质外,在其她方面具有一定得差异。差异性就是统计研究得主要内容。 如以一个班级得所有学生作为一个总体,则“专业”就是该总体得同质性,而“性别”、“籍贯”等则就是个体之间得变异性;以我院全体教师为一个总体,则“工作单位”就是其同质性,而“学历”、“月工资”等则就是它得变异性。 需要特别说明得三个问题: ★变异就是客观存在得,没有变异得事物就是不存在得; ★变异对于统计非常重要,没有变异就没有统计。这就是因为,如果总体单位之间不存在变异,我们只需要了解一个总体单位得资料就可以推断总体情况了; ★变异性与同质性之间相互联系、相互补充,就是辩证统一得关系。用同质性否定变异性或用变异性否定同质性都就是错误得。 2、总体单位 就是构成总体得每一个个体。 【思维动起来】 对2015年10月份某市小学生得近视情况进行调查: 统计总体就是什么?总体单位就是什么? 总体得同质性就是什么？变异性就是什么？ 3、总体与总体单位得关系 在统计研究中,确定统计总体与总体单位就是十分重要得,它决定于统计研究目得与认识对象得性质。在一次特定范围、目得得统计研究中,统计总体与总体单位就是不容混淆得,二者得含义就是确切得, 第一 章 过 程控制基本概念 教学要求：了解过程 控制的发展概况及特点； 负反馈概念； 控制系统的基本控制 要求及质量指标。 难 点：常用术语物理意 义（操纵变量与扰动量区别 ）； 根据控制系统要求绘 制方框图； 静态，过渡过程概念 。 自动控制技术在工业 、农业、国防和科学技术现代化中起着十 分重要的作用，自动控 制水平的高低也是衡 量一个国家科学技术先进与否的重要标志 之一。随着国民经济和国防 建设的发展，自动控 制技术的应用日益广泛，其重要作用也越 来越显著。 生产过程自动控制（ 简称过程控制） ------------ 自动 控制技术在石油、化工、电力、冶金、 机械、轻工、纺织等 生产过程的具体应用，是自动化技术的重 要组成部分。 §1.1 过程控 制的发展概况及特点 一、过 程控制的发展概况 在过程控制发展的历 程中，生产过程的需求、控制理论的开拓 和控制技术工具和手段 的进展三者相互影响 、相互促进，推动了过程控制不断的向前 发展。纵观过程控制的发展 历史，大致经历了以 下几个阶段： 20 世纪 40 年代： 手工操作状态，只有 少量的检测仪表用于生产过程，操作人员 主要根据观测 到的反映生产过程的 关键参数，用人工来改变操作条件，凭经 验去控制生产 过程。 20世纪40年代末?50年代： 过程控制系统：多为 单输入、单输出简单控制系统 过程检测：采用的是 基地式 仪表和部分单元组合仪表（气动I 型和电动I 型）； 部分生产过程实现了 仪表化和局部自动化 控制理论：以反馈为 中心的经典控制理论 掌握管道及仪表流程 学会绘制简单系 统的 图绘制方法，认识常见图形符号、文字代 号 ； 掌握控制系统的基本 控制要求（稳定、快速、准确 ）； 掌握静态、动态及过 渡过程概念； 掌握品质指标的定义 ，学会计算品质指标。 掌握过程控制系统各 部分作用，系统的组成； 重 点：自动控制系统的 组成及各部分的功能； 第二章进程管理习题及答案 一、填空题 1．进程的静态描述由三部分组成：① 、② 和③ 。 【答案】①PCB、②程序部分、③相关的数据结构集 【解析】PCB是系统感知进程的唯一实体。进程的程序部分描述了进程所要 完成的功能，而数据结构集是程序在执行时必不可少的工作区和操作对象。后两 部分是进程完成所需功能的物质基础。 2．进程存在的标志是。 【答案】进程控制块PCB 【解析】系统根据PCB感知进程的存在和通过PCB中所包含的各项变量的变化，掌握进程所处的状态以达到控制进程活动的目的。 3．① 是现代操作系统的基本特征之一，为了更好地描述这一特征而 引入了 ② 这一概念。 【答案】①程序的并发执行，②进程 【解析】程序的并发执行和资源共享是现代操行系统的基本特征。程序的并 发执行使程序失去了程序顺序执行时所具有的封闭性和可再现性。在程序并发执 行时，程序这个概念不能反映程序并发执行所具有的特性，所以引入进程概念来 描述程序并发执行所具有的特点。 4．给出用于进程控制的四种常见的原语① 、② 、③ 和④ 。【答案】①创建原语、②撤消原语、③阻塞原语、④唤醒原语 【解析】进程控制是系统使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤消进程 以及完成进程各状态间的转换，从而达到多个过程高效率地并行执行和协调，实 现资源共享的目的。把那些在管态下执行的具有特定功能的程序段称为原语。 5．进程被创建后，最初处于① 状态，然后经② 选中后进入③ 状态。 【答案】①就绪，②进程调度程序，③运行 【解析】进程的从无到有，从存在到消亡是由进程创建原语和撤消原语完成的。被创建的进程最初处于就绪状态，即该进程获得了除处理机以外的所有资源，处于准备执行的状态；从就绪状态到运行状态的转换是由进程调度程序来完成的。 6．进程调度的方式通常有① 和② 方式两种。 【答案】①可剥夺、②非剥夺 【解析】所谓可剥夺方式，是指就绪队列中一旦有优先级高于当前运行进程 的优先级的进程存在时，便立即发生进程调度，转让处理机。而非剥夺方式则是指：即使在就绪队列中存在有优先级高于当前运行进程的进程，当前进程仍将继 续占有处理机，直到该进程完成或某种事件发生（如I／O事件）让出处理机。 7．轮转法主要是用于① 的调度算法，它具有较好的② 时间， 且对每个进程来说都具有较好的③ 性。 【答案】①分时系统②响应③公平 【解析】所谓轮转调度算法，就是将CPU的处理时间分成固定的时间片，处 于就绪状态的进程按一定的方式（如先到先服务FCFS）排成一个队列，该队列 第六章交通信号控制理论基础 经过调查统计发现，将城市道路相互连接起来构成道路交通网的城市道路平面交叉口，是造成车流中断、事故增多、延误严重的问题所在，是城市交通运输的瓶颈。一般而言，交叉口的通行能力要低于路段的通行能力，因此如何利用交通信号控制保障交叉口的交通安全和充分发挥交叉口的通行效率引起了人们的高度关注。 交通信号控制是指利用交通信号灯，对道路上运行的车辆和行人进行指挥。交通信号控制也可以描述为：以交通信号控制模型为基础，通过合理控制路口信号灯的灯色变化，以达到减少交通拥挤与堵塞、保证城市道路通畅和避免发生交通事故等目的。其中，交通信号控制模型是描述交通性能指标（延误时间、停车次数等）随交通信号控制参数（信号周期、绿信比和信号相位差），交通环境（车道饱和流量等），交通流状况（交通流量、车队离散性等）等因素变化的数学关系式，它是交通信号控制理论的研究对象，也是交通工程学科赖以生存和发展的基础。 本章主要针对建立交通信号控制模型所涉及到的基本概念、基本理论与基本方法，对交通信号控制的理论基础进行较为全面深入的阐述。 6．1交通信号控制的基本概念 城市道路平面交叉口是道路的集结点、交通流的疏散点，是实施交通信号控制的主要场所。根据交叉口的分岔数平面交叉口可以分为三岔交叉口、四岔交叉口与多岔交叉口；根据交叉口的形状平面交叉口可以分为T型交叉口、Y型交叉口、十字型交叉口、X型交叉口、错位交叉口、以及环形交叉口等。 6．1．1交通信号与交通信号灯 交通信号是指在道路上向车辆和行人发出通行或停止的具有法律效力的灯色信息，主要分为指挥灯信号、车道灯信号和人行横道灯信号。交通信号灯则是指由红色、黄色、绿色的灯色按顺序排列组合而成的显示交通信号的装置。世界各国对交通信号灯各种灯色的含义都有明确规定，其规定基本相同。我国对交通信号灯的具体规定简述如下：对于指挥灯信号： 1、绿灯亮时，准许车辆、行人通行，但转弯的车辆不准妨碍直行的车辆和被放行的行人通行； 2、黄灯亮时，不准车辆、行人通行，但已越过停止线的车辆和已进入人行横道的行人，可以继续通行； 1.2 统计学的几个基本概念 1.2.1 总体和总体单位 1.总体 （1）总体的概念：总体是指客观存在的、具有某种共同性质的许多个别事物组成的整体； 在统计研究过程当中，统计研究的目的和任务居于支配和主导的地位，有什么样的研究目的就应该有什么样的统计总体与之相适应。例如：要研究我们学院教师的工资情况，那么全体教师就是研究的总体，其中的每一位教师就是总体单位；如果要了解某班50个学生的学习情况，则总体就是该班的50名学生，每一名学生是总体单位。根据我们研究目的的不同，我们要选取的研究对象也就是研究总体相应地要发生变化。 （2）总体的分类： 总体根据总体单位是否可以计量分为有限总体和无限总体： ★有限总体：指所包含的单位数是有限的总体。 如一个企业的全体职工、一个国家的全部人口等都是有限总体； ★无限总体：指所包含的单位数目是无限的，或准确度量它的单位数是不经济或没有必要的，这样的总体称为无限总体。 如企业生产中连续生产的大量产品，江河湖海中生长的鱼的尾数等等。 划分有限总体和无限总体对于统计工作的意义就在于可以帮助我们设计统计调查方法。很显然，对于有限总体，可以进行全面调查，也可以进行非全面调查，但对于无限总体不能进行全面调查，只能抽取一部分单位进行非全面调查，据以推断总体。 （3）总体的特征： ★大量性：是指构成总体的单位数要足够的多，总体应由大量的单位所构成。大量性是对统计总体的基本要求。 个别单位的现象或表现有很大的偶然性，而大量单位的现象综合则相对稳定。因此，现象的规律性只能在大量个别单位的汇总综合中 才能表现出来。只有数量足够的多，才能准确地反应我们要研究的总体的特征，达到我们的研究目的。 ★同质性：指总体中各单位至少在某一个方面性质相同，使它们可以结合起来构成总体。同质性是构成统计总体的前提条件。 ★变异性：即构成总体的各个单位除了至少在某一方面具有共同性质外，在其他方面具有一定的差异。差异性是统计研究的主要内容。 如以一个班级的所有学生作为一个总体，则“专业”是该总体的同质性，而“性别”、“籍贯”等则是个体之间的变异性；以我院全体教师为一个总体，则“工作单位”是其同质性，而“学历”、“月工资”等则是它的变异性。 需要特别说明的三个问题： ★变异是客观存在的，没有变异的事物是不存在的； ★变异对于统计非常重要，没有变异就没有统计。这是因为，如果总体单位之间不存在变异，我们只需要了解一个总体单位的资料就可以推断总体情况了； ★变异性和同质性之间相互联系、相互补充，是辩证统一的关系。用同质性否定变异性或用变异性否定同质性都是错误的。 2.总体单位 是构成总体的每一个个体。 【思维动起来】 对2015年10月份某市小学生的近视情况进行调查： 统计总体是什么?总体单位是什么? 总体的同质性是什么？变异性是什么？ 3.总体和总体单位的关系 在统计研究中，确定统计总体和总体单位是十分重要的，它决定于统计研究目的和认识对象的性质。在一次特定范围、目的的统计研究中，统计总体与总体单位是不容混淆的，二者的含义是确切的，是包含与被包含的关系，但是随着统计研究任务、目的及范围的变化，统计总体和总体单位可以相互转化。 进程管理习题答案一．选择题.时进程从阻塞状态变为就绪状态1．在进程管理中，当．等待某一事件B A. 进程被进程调度程序选中．时间片用完D C．等待的事件发生 C答：。2．分配到必要的资源并获得处理机时的进程状态是 ．执行状态B A．就绪状态 ．撤消状态D C．阻塞状态 B答：。V操作是3．P、．两组不同的机器指令B ．两条低级进程通信原语A．两条高级进程通信原语D ．两条系统调用命令C A答：。．对进程的管理和控制使用4．原语 B A．指令 ．信箱通信 D C．信号量 B答：。5．进程的并发执行是指若干个进程 ．在执行的时间上是重叠的 B A．同时执行 ．共享系统资源D C．在执行的时间上是不可重叠的B答：等待进程。1，则表示有初值为6．若P、V操作的信号量S2，当前值为－个3D．2．1个 C ．个0A．个B B答：7．进程的三个基本状态在一定条件下可以相互转化，进程由就绪状态变为运行状态的条件。②①；由运行状态变为阻塞状态的条件是是 ．等待某事件发生B A．时间片用完 ．被进程调度程序选中D C．等待的某事件己发生 B②答，①D 变化是不可能发生的。8．下列的进程状态变化中， ．运行一等待 B A．运行一就绪 ．等待一就绪D ．等待一运行C C答：。．一个运行的进程用完了分配给它的时间片后，它的状态变为9．等待 B ．就绪A ．由用户自己确定D ．运行C． A答：。10．用P、V操作管理临界区时，信号量的初值应定义为．任意值D B．．1 A．一1 C答：．11．用V操作唤醒一个等待进程时，被唤醒进程的状态变为 ．完成D C．运行．就绪 B A．等待B答：关系。．进程间的同步是指进程间在逻辑上的相互12．调用D继续B．制约 C. A．联接 B答：操作的特殊变量。操作和V 是一种只能进行P13． ．信号量 D ．进程C．同步．调度A B D答：。14．下面对进程的描述中，错误的是 ．进程执行需要处理机B A．进程是动态的概念 ．进程是指令的集合D C．进程是有生命期的 D答：。15．下面的叙述中正确的是 ．操作系统的一个重要概念是进程，因此不同进程所执行的代码也一定不同。A．为了避免发生进程死锁，各进程只能逐个申请资源。B中读出与本身运行状况有关的信息PCBPCB管理进程，用户进程可以从此C．操作系统用．进程同步是指某些进程之间在逻辑上的相互制约关系D D答：16．进程控制就是对系统中的进程实施有效的管理，通过使用、进程撤销、进程阻塞、进程唤醒等进程控制原语实现。．进程管理 B A．进程运行 ．进程同步D C．进程创建 C答：对进程进行管理。17．操作系统通过 CHCTD．DCT C B．PCB ．．AJCB 2交通信号控制的基本理论 本章首先给出了交通信号控制的基本概念，包括：信号相位，周期时长，绿信比，相位差，绿灯间隔时间，有效绿灯时间等，然后介绍了常用的交叉口性能指标以及计算方法，最后给出了常用交叉口的信号配时方法。这些研究为后面的信号配时模型及优化方法的研究奠定了理论基础。 2.1交通控制的基本概念 交叉路口信号配时参数优化，首先必须准确把握和理解交通控制中的一些基本概念。下面对信号配时设计中部分参数作一介绍。 (l)信号相位：在一个信号周期内，具有相同的信号灯色显示的一股或几股交通流的信号状态序列称作一个信号相位。信号相位是按车流获得信号显示的时序来划分的，有多少种不同的时序排列，就有多少个信号相位。每一个控制状态，对应显示一组不同的灯色组合，称为一个相位。简而言之，一个相位也被称作一个控制状态。以四相位为例如图所示： 相位1 相位2 相位3 相位4 图1 四相位信号相序控制示意图 (2)周期时长：信号灯发生变化，信号运行一个循环所需的时间，等于绿、黄、红灯时间之和；也等于全部相位所需的绿灯时间和黄灯时间(一般是固定的)的总和。周期过长时，等待的人容易产生急躁情绪，因此通常以180秒为最高界限。 图1 第一、三配时表 (3)绿信比：是指在一个周期内(对一指定相位)，有效绿灯时间与信号周期长度之比。 (4)相位差(又叫绿时差或绿灯起步时距)：相位差是针对两个信号交叉口而言，是指两个相邻交叉口它们同一相位绿灯(或红灯)开始时间之差。 它分为绝对相位差和相对相位差。相对相位差是指在各路口的周期时间均相同的联动信号系统中，相邻两个交叉路口协调相位的绿灯起始时间之差。绝对相位差是指在联动信号系统中选定一标准路口，规定该路口的相位差为零，其他路口相对于标准路口的相位差叫绝对相位差。 (5)绿灯间隔时间：是指从失去通行权的相位的绿灯结束，到下一个得到通行权的相位绿灯开始所用的时间。绿灯间隔时间的长短主要取决于交叉口的几何尺寸，因此，要确定该时间的长度就必须首先考虑停止线和潜在冲突点之间的相关距离，以及车行驶这段距离所需的时间。 (6)有效绿灯时间：是指被有效利用的实际车辆通行时间。它等于绿灯时间与黄灯时间之和减去损失时间。损失时间包括两部分，一是绿灯信号开启时，车辆启动时的时间；还有绿灯关闭、黄灯开启时，只有越过停止线的车辆才能继续通行，所以也有一部分损失时间，即为绿灯时间减去启动时间加上结束滞后时间。结束滞后时间是黄灯时间中有效利用的那部分。每一相位的损失时间为启动延迟时间和结束滞后时间之差。 在实际工作中，损失时间的精确计算是非常困难的，也没有必要。通常取绿灯时间代替有效绿灯时间 2.2交通信号控制类型简述 2.2.1定时控制 (l)定义 依据交通量历史数据进行配时，交通信号按照配时方案运行，一天只按一个配时方案的配时方法。定时控制是单个交叉路口最基本的控制方法。 (2)适用条件及优点 过程控制基本概念 自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。 生产过程自动控制（简称过程控制）-------自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。 §1.1 过程控制的发展概况及特点 一、过程控制的发展概况 在过程控制发展的历程中，生产过程的需求、控制理论的开拓和控制技术工具和手段的进展三者相互影响、相互促进，推动了过程控制不断的向前发展。纵观过程控制的发展历史，大致经历了以下几个阶段： 20世纪40年代： 手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程，操作人员主要根据观测到 的反映生产过程的关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。 20世纪40年代末～50年代： 过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统 过程检测：采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表（气动Ⅰ型和电动Ⅰ型）； 部分生产过程实现了仪表化和局部自动化 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论 20世纪60年代： 过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。 自动化仪表：单元组合仪表（气动Ⅱ型和电动Ⅱ型）成为主流产品 60年代后期，出现了专门用于过程控制的小型计算机，直接数字控 制系统和监督计算机控制系统开始应用于过程控制领域。 控制理论：出现了以状态空间方法为基础，以极小值原理和动态规划等最优控制 理论为基本特征的现代控制理论,传统的单输入单输出系统发展到多 输入多输出系统领域，、型、型 20世纪70～80年代： 微电子技术的发展，大规模集成电路制造成功且集成度越来越高（80年代初一片硅片可集成十几万个晶体管，于是32位微处理器问世），微型计算机的出 现及应用都促使控制系统发展。 过程控制系统：最优控制、非线性分布式参数控制、解耦控制、模糊控制 自动化仪表：气动Ⅲ型和电动Ⅲ型，以微处理器为主要构成单元的智能控制装置。 集散控制系统（DCS）、可编程逻辑控制器(PLC) 、工业PC机、 和数字控制器等，已成为控制装置的主流。 集散控制系统实现了控制分散、危险分散，操作监测和管理集中。 控制理论：形成了大系统理论和智能控制理论。模糊控制、专家系统控制、模式 识别技术 20世纪90年代至今：信息技术飞速发展 过程控制系统：管控一体化现场，综合自动化是当今生产过程控制的发展方向。 第1章自动控制系统的基本概念 内容提要： 本章通过开环与闭环控制具体实例，讲述自动控制系统的基本概念（如被控制对象、输入量、输出量、扰动量、开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念）、反馈控制任务、控制系统的组成及原理框图的绘制、控制系统的基本分类、对控制系统的基本要求。 1.1 概述 在科学技术飞速发展的今天，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（机器设备或生产过程）的某个参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。例如，数控车床按照预定程序自动地切削工件，化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定，人造卫星准确地进入预定轨道运行并回收，宇宙飞船能够准确地在月球着陆并返回地面等，都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。 自动控制理论是控制工程的理论基础，是研究自动控制共同规律的技术科学。自动控制理论按其发展过程分成经典控制理论和现代控制理论两大部分。 经典控制理论在20世纪50年代末已形成比较完整的体系，它主要以传递函数为基础，研究单输入、单输出反馈控制系统的分析和设计问题，其基本内容有时域法、频域法、根轨迹法等。 现代控制理论是20世纪60年代在经典控制理论的基础上，随着科学技术的发展和工程实践的需要而迅速发展起来的，它以状态空间法为基础，研究多变量、变参数、非线性、高精度等各种复杂控制系统的分析和综合问题，其基本内容有线性系统基本理论、系统辨识、最优控制等。近年来，由于计算机和现代应用数学研究的迅速发展，使控制理论继续向纵深方向发展。目前，自动控制理论正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。 1.2 自动控制的基本方式 在工业生产过程中，为了提高产品质量和劳动生产率，对生产设备、机器和生产过程需要进行控制，使之按预定的要求运行。例如，为了使发电机能正常供电，就必须使输出电压保持不变，尽量使输出电压不受负荷的变化和原动机转速波动的影响；为了使数控机床能加工出合格的零件，就必须保证数控机床的工作台或者刀架的位移量准确地跟随进给指令进给；为了使加热炉能保证生产出合格的产品，就必须对炉温进行严格的控制。其中，发电机、机床、加热炉是工作的机器装备；电压、刀架位移量、炉温是表征这些机器装备工作状态的物理参量；额定电压、进给的指令、规定的炉温是在运行过程中对工作状态物理参量的要求。 被控制对象或对象：将这些需要控制的工作机器装备称为被控制对象或对象，如发电机、机床。 一、概念篇 总体：总体是指客观存在的，在同一性质基础上结合起来的许多个别事务的整体，亦称统计总体。 总体单位：总体单位是指构成统计总体的个别事物的总称。 指标：指标是反映总体现象数量特征的概念。 标志：标志是说明总体单位特征的名称。 统计调查：是按照预定的目的和任务，运用科学的统计调查方法，有计划有组织地向客观实际搜集统计资料的过程。 调查对象：是根据调查目的、任务确定的调查的范围，即所要调查的总体，它是由某些性质上相同的许多调查单位所组成的。 调查单位：是所要调查的现象总体中的个体，即调查对象中的一个一个具体单位，它是调查中要调查登记的各个调查项目的承担者。 报告单位：是负责向统计调查机关提交调查资料的单位。 普查：是专门组织的一次性的全面调查，用来调查属于一定时点上或时期内的现象的总量。 抽样调查：是从研究的总体中按随机原则抽取部分单位作为样本进行观察研究，并根据这部分单位的调查结果来推断总体，以达到认识总体的一种统计调查方法。抽样调查又称为概率抽样或称为随机抽样。 抽样调查是抽取总体重的部分单位，收集这些单位的信息，用来对总体进行推断的调查方法。这里的总体是指抽样推断所要认识的研究对象的整体，它是由所要研究的范围内具同一性质的全体单位所组成的整体。被抽中的部分单位构成样本。一般的，将总体记作N，将样本记作n。 面谈访问法：是由访问员与被调查者见面，通过直接访问来填写调查问卷的方法。 统计整理：是统计工作的一个重要环节，它是根据统计研究的任务与要求，对调查所取得的各种原始资料，进行审核、分组、汇总，使之系统化、条理化，从而得到反映总体特征的综合资料的过程。 复合分组：对同一总体选择两个或两个以上的标志重叠起来进行分组。 复合分组体系：多个复合分组组成的分组体系。 频数：是指分配数列中各组的单位数，也称次数。 频率：是将跟组的单位数（频数）与总体单位数相比，求得的用百分比表示的相对数，也称比率或比重。 统计指标：是反映总体现象数量特征的基本概念及其具体数值的总称。 总量指标：是反映总体规模的统计指标，表明现象总体发展的结果。 平均指标：是总体各单位某一数量标志一般水平的统计指标。 是将一个总体内各个单位在某个数量标志上的差异抽象化，以反映总体的一般水平的综合指标。 标志变异指标：是表明总体各个单位标志值的差异程度（离散程度）的指标。 强度相对指标：是不属于同一总体的两个性质不同但相互间有联系的总量指标对比的比值，是用来反映现象的强度、密度和普遍程度、利用程度的综合指标。 加权算数平均数：是在总体经过分组形成变量数列（包括单项数列和组距数列），有变量值和次数的情况下，将各组变量值分别与其次数相乘后加总求得标志总量，再除以总体单位数（即次数总和）而求得的数值。 标准差：是总体各单位变量值与其平均数的离差平方的算术平均数的平方根。 发展速度：是表明社会经济现象发展程度的相对指标，它是根据两个不同时期发展水平对比求得，说明报告期水平是基期水平的几倍或百分之几，常用倍数或百分数来表示。由于所采用的基期不同，发展速度又可分为定基发展速度和环比发展速度。 概率抽样：概率抽样在抽取样本时不带有任何倾向性，它通过从总体中随机抽选单位来避免这种偏差，因而对总体的推断更具代表性。 比例分析法：比例分析法又名“比率分析法”，是用倍数或百分比表示的分数式，即通过计算相关指标之间的相对比值，来揭示和对比不同规模、不同性质事物的水平和效益的好坏，或分析部分和整体之间比例关系的分析方法。 国家统计报表制度：国家统计报表制度是各级政府统计部门实施国家统计调查项目的业务工作方案，由国家统计局制定，或者由国家统计局和国务院有关部门共同制定。 现行国家统计报表制度分为周期性普查制度、经常调查制度和非经常性调查制度三大类。 周期性普查制度：是国家统计报表制度的一个类型，是就我国社会经济发展的状况，由国务院组织，每隔一段时 ◆通信的基本概念 通信---- 由一地向另一地进行消息的有效传递 信道---- 载荷着信息的信号所通过的通道(或称媒质) ◆信息及其度量 信息---- 传输信息的多少可直观地使用“”进行衡量◆信息及其度量 信息----指消息中包含的有意义的内容 传输信息的多少可直观地使用“信息量”进行衡量 消息中的信息量I与消息发生的概率P（x）紧密相关 消息出现的概率愈小，则消息中包含的信 息量就（） 概率为0时（不可能发生事件），信息量 为（） 概率为1时（必然事件），信息量为（ 消息中的信息量I与消息发生的概率P（x）紧密相关消息出现的概率愈小，则消息中包含的信 息量就（愈大） 概率为0时（不可能发生事件），信息量 为（无穷大） 概率为1时（必然事件），信息量为（0 ）◆I与P（x）的关系式 当a取2时，单位为比特（bit） 当a取e时，单位为奈特（nit） 当a取10时，单位为哈特（hart） ◆通信系统的基本概念 通信系统----指传递信息所需的一切设备的总和 通信系统的任务----将不同形式的消息从发送端传递到接收端 通信系统的一般模型----由信源,发送设备,信道,接收设备,信宿和噪声源六部分组成 ◆数字通信系统的组成 信源和信宿 信源编码和信源解码 信道编码和信道解码 调制和解调 信道 噪声源 信源—把消息转换成原始的电信号，完成非电/电的转换 信宿—把复原的电信号转换成相应的消息，完成电/非电的转换 信源编码—有两个作用：一是进行模/数转换；一是数字压缩（即降低数字信号的数码率） 信源译码是信源编码的逆过程 信道编码器—对传输的信号码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓的“抗 干扰编码” 信道译码器—按一定规则进行解码，从解码的过程中发现错误或纠正错误，从而提高系统 的抗干扰能力 调制—把各种数字基带信号转换成适应于信道 传输的数字频带信号（已调信号） 第二章进程管理 ——进程概念—— 单选题 1.下面对进程的描述中，错误的是_____。 A.进程是动态的概念 B.进程的执行需要处理机 C.进程具有生命周期 D.进程是指令的集合 2.进程的并发性是指_____。 A.多个进程实体能在一个时刻同时执行 B.多个进程实体能在一段时间内同时执行 C.多个程序能在一个时刻同时执行 D.多个程序能在一段时间内同时执行 3.由于进程间共享资源和协同工作，造成进程执行时的间断性。进程的这种特性称为 _____。 A.独立性 B.动态性 C.异步性 D.协作性 4.通常用户进程被建立后，_____。 A.便一直存在于系统中，直到被操作人员撤消 B.随着作业运行正常或不正常结束而撤消 C.随着时间片轮转而撤消与建立 D.随着进程的阻塞或唤醒而撤消与建立 5.在操作系统中。进程是一个具有一定独立功能的程序在某个数据集上的一次_____。 A.等待活动 B.运行活动 C.单独操作 D.关联操作 6.多道程序环境中，操作系统分配资源以_____为基本单位。 A.程序 B.指令 C.进程 D.作业 7.进程存在的唯一标志是_____。 A.程序状态字 B.程序 C.进程映象 D.进程控制块 8.操作系统通过_____对进程进行管理。 A.JCB B.PCB C.DCT D.FCB 9.不包含在进程控制块中的是_____。 A.系统当前的进程数 B.进程标识 C.处理机状态 D.进程所占资源清单 10.进程的三种基本状态是_____。 A.就绪、阻塞和挂起 B.执行、就绪和阻塞 C.执行、就绪和挂起 D.执行、挂起和阻塞 11.分配到必要的资源并获得处理机时间的进程状态是_____。 A.就绪状态 B.执行状态 C.阻塞状态 D.撤消状态 12.在进程管理中，当_____时，进程从阻塞状态变为就绪状态。 A.进程被调度程序选中 B.进程等待某一事件发生 C.等待的事件出现 D.时间片到 13.在分时系统中，一个进程用完给它的时间片后，其状态为_____。 A.就绪 B.等待 C.运行 D.由用户设定 14.一个正在CPU上运行的进程，其进程状态_____。 A.只能转变为阻塞状态 B.只能转变为就绪状态 C.可以转变为就绪状态也可以转变为阻塞状态 D.可以转变为就绪状态也可以转变为执行状态 15.一个进程被唤醒，意味着该进程_____。 A.重新占有CPU B.优先级变为最大 C.移至等待队列之首 D.变为就绪状态 16.下列的进程状态变化中，_____变化是不可能发生的。 A.运行→就绪 B.运行→等待 C.等待→运行 D.等待→就绪 17.进程的三个基本状态在一定条件下可以相互转化，进程由就绪状态变为运行状态的条件 是__D___；由运行状态变为阻塞状态的条件是__B___。 进程管理习题 1现代操作系统中为什么要引入“进程”概念? 它与程序有什么区别? 答：之所以要引入进程的概念，是因为在一些可以并发的程序段之间，存在着某种相互制约的关系，每个程序段的执行不仅要受到其它程序执行的制约，而且还要动态地依赖系统资源的分配情况，因此每个可以并发执行的程序段就会因外界条件的限制而不能运行，被迫处于阻塞状态。仅用程序的概念无法表示程序的走走停停以及程序运行过程中对资源的竞争现象，因此需要采用一种动态的概念描述并发程序这种走走停停的现象，这就产生了进程的概念。 进程和程序的区别： （1）进程是程序的执行过程，是动态的过程，属于一种动态概念。程序是一组有序静态指令和数据的集合，用来指示处理机的操作，是一种静态概念。 （2）从结构上看，每个进程实体是由程序段和相应的数据段两部分构成，并且进程结构中还要包含PCB,即进程控制块。 （3）一个进程可以涉及到一个或几个程序的执行；反之，同一程序可以对应多个进程，即同一个程序段可以在不同数据集合上运行，可以构成不同的进 程。 （4）进程能真实地描述并发执行的过程，而程序仅仅是静态指令堆积的序列。 （5）进程有可创建其他进程的功能，而一般的程序不具有创建其它程序的功能。 （6）每一个程序都是在一个进程现场中运行的。 2叙述进程的并发性和制约性。 答：并发性是进程的重要特征。即多道程序中多个进程同时向前推进的过程，没个进程总是与其它进程并发地执行的。进程的制约性是指一个进程的运行受到另一进程的制约。比如有的进程可能正在等待另一进程的计算结果而无法运行，或者进程所需的资源被别的进程占有而无法运行。 3进程的含义是什么? 如何构造和描述进程? 答：进程是程序的一次执行。进程由“进程控制块+程序+数据”构成，用进程控制块描述进程。 4有三个并发进程，R负责从输入设备读入信息并传送给M，M将信息加工并传送给P，P将打印输出，写出下列条件下的并发程序。 (1) 双缓冲区，每个区大小为K。 (2) 单缓冲区，其大小为K。 答： （1）双缓冲区，每个区大小为K，信号量初值如下： mutexR=mutexP=1； emptyR=emptyP=k; fullR= fullP=0; 变量的初值如下： inR=outR=inP=outP=0； 用类Pascal编写程序如下： 实验二进程管理 （一）实验目的或实验原理 1．加深对进程概念的理解，明确进程和程序的区别。 2．进一步认识并发执行的实质。 3．分析进程竞争资源现象，学习解决进程互斥的方法。 4．了解Linux系统中进程通信的基本原理。 （二）实验内容 1．进程的创建。 2．进程的控制。 3．①编写一段程序，使其现实进程的软中断通信。 要求：使用系统调用fork()创建两个子进程，再用系统调用signal()让父进程捕捉键盘上来的中断信号（即按DEL键）；当捕捉到中断信号后，父进程用系统调用Kill()向两个子进程发出信号，子进程捕捉到信号后分别输出下列信息后终止： Child Processll is Killed by Parent! Child Processl2 is Killed by Parent! 父进程等待两个子进程终止后，输出如下的信息后终止 Parent Process is Killed! ②在上面的程序中增加语句signal (SIGNAL, SIG-IGN) 和signal (SIGQUIT, SIG-IGN), 观察执行结果，并分析原因。 4．进程的管道通信。 编制一段程序，实现进程的管理通信。 使用系统调用pipe()建立一条管道线；两个子进程P1和P2分别向管道中写一句话： Child 1 is sending a message! Child 2 is sending a message! 而父进程则从管道中读出来自于两个子进程的信息，显示在屏幕上。 要求父进程先接收子进程P1发来的消息，然后再接收子进程P2发来的消息。 实验2 指导 [实验内容] 1．进程的创建 〈任务〉 编写一段程序，使用系统调用fork( )创建两个子进程。当此程序运行时，在系统中有一个父进程和两个子进程活动。让每一个进程在屏幕上显示一个字符；父进程显示字符“a”，子进程分别显示字符“b”和“c”。试观察记录屏幕上的显示结果，并分析原因。〈程序〉 #include 过程控制系统复习 总结! 过程控制系统知识点总结 ） 一、概论 1、过程控制概念：五大参数。 过程控制的定义：工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。 2、简单控制系统框图。 控制仪表的定义：接收检测仪表的测量信号，控制生产过程正常进行的仪表。主要包括：控制器、变送器、运算器、执行器等，以及新型控制仪表及装置。 控制仪表的作用：对检测仪表的信号进行运算、处理，发出控制信号，对生产过程进行控制。 3、能将控制流程图（工程图、工程设计图册）转化成控制系统框图。 4、DDZ -Ⅲ型仪表的电压信号制，电流信号制。QDZ-Ⅲ型仪表的信号制。它们之间联用要采用电气转换器。 5、电信号的传输方式，各自特点。 电压传输特点： 1). 某台仪表故障时基本不影响其它仪表； 2). 有公共接地点； 3). 传输过程有电压损耗，故电压信号不适宜远传。 电流信号的特点： 1).某台仪表出故障时，影响其他仪表； 第一个字母：参数类型 T ——温度（Temperature ） P ——压力（Pressure ） L ——物位（Level ） F ——流量（Flow ） W ——重量（Weight ） 第二个字母：功能符号 T ——变送器（transmitter ） C ——控制器（Controller ） I ——指示器（Indicator ） R ——记录仪 （Recorder ） A ——报警器（Alarm ） 2).无公共地点。若要实现仪表各自的接地点,则应在仪表输入、输出端采取直流隔离措施。 6、变送器有四线制和二线制之分。区别。 1、四线制：电源与信号分别传送，对电流信号的零点及元件的功耗无严格要求。 2、两线制：节省电缆及安装费用，有利于防爆。活零点，两条线既是信号线又是电源线。 7、本安防爆系统的2个条件。 1、在危险场所使用本质安全型防爆仪表。 2、在控制室仪表与危险场所仪表之间设置安全栅，以限制流入危险场所的能量。 8、安全栅的作用、种类。 安全栅的作用： 1、安全栅作为本安仪表的关联设备，可用于传输信号。 2、控制流入危险场所的能量在爆炸性气体或混合物的点火能量以下， 以确保系统的本安防爆性能。 安全栅的种类：齐纳式安全栅、隔离式安全栅 二、基型调节器 1、基型调节器组成：控制单元和指示单元。基型调节器控制单元构成。 基型控制器又称基型调节器，对来自变送器的1-5V直流电压信号与给定值相比较所产生的偏差进行PID运算，输出4-20mA（DC）直流控制信号。 控制单元：输入电路(偏差差动和电平移动电路)、PID运算电路(由PD与PI运算电路串联)、输出电路(电压、电流转换电路)以及硬、软手操电路； 指示单元：测量信号指示电路、设定信号指示电路。 2、测量信号、内给定信号范围；外给定信号范围。 测量和内给定信号：1~5V(DC)； 外给定信号：4～20mA直流电流。（它经过250Ω精密电阻转换成1～5V直流电压） 3、输入电路、输出电路的作用。 输入电路作用： 1). 信号综合。将（U i-U s）后放大两倍反相以U o1输出，即U o1= -2(U i-U s)。 2). 电平转换。将以0V为基准的输入信号转换为以U B（10V）为基准的输出信号U o1。 电平转换的目的：使运算放大器工作在允许的共模输入电压范围内。 输出电路作用：把PID输出ΔU o3（以UB为基准）转换成4-20mA.DC输出。实现电压—电流转换。 4、放大系数和比例度。 第一章统计概述 【教学目的】 1.明确统计的含义、方法及职能 2.能够灵活运用统计资料反映社会经济现象的数量方面 3.重点理解统计的基本概念及各概念之间的区别与联系 【教学重点】 1.能够运用统计资料反映社会经济现象的数量方面 2.重点理解统计的基本概念及各概念之间的区别与联系 【教学难点】 难点为理解统计的基本概念及各概念之间的区别与联系 【教学时数】 教学学时为4课时 【教学容参考】 第一节统计的研究对象 一、统计的含义 【引言】 当我们跨入新世纪的时候，人们已经对这个时代的特征作了概括性的描述，这就是信息时代。面对来自方方面面的各种信息，我们只有利用统计这一工具，才能理解世界的精彩，了解世界宏微观的经济运行状况。为了管理好国家，搞好企业的生产经营，政府和企业都设立了专门的统计机构，或专门成立企业营销组织、营销策划等机构，由专门的统计人员或营销策划人员负责国民经济各行各业的信息搜集、整理、分析工作，为国家和企业进行各项决策提供可靠、及时的统计信息。 【案例】 据统计，2008年国生产总值300670亿元，比上年增长9.0%。分产业看，第一产业增加值34000亿元，增长5.5%；第二产业增加值146183亿元，增长9.3%；第三产业增加值120487亿元，增长9.5%。第一产业增加值占国生产总值的比重为11.3%，比上年上升0.2个百分点；第二产业增加值比重为48.6%，上升0.1个百分点；第三产业增加值比重为40.1%，下降0.3个百分点。年末全国就业人员77480万人，比上年末增加490万人。其中城镇就业人员30210万人，净增加860万人，新增加1113万人。年末城镇登记失业率为4.2%，比上年末上升0.2个百分点。这些都是统计信息的基本表现形式。 因此，我们将统计的含义概括为统计资料、统计工作和统计学。 反映社会经济现象情况和特征的数字及文字材料，称为统计资料； 对统计资料的搜集、整理、分析的工作总称，称为统计工作（或统计活动）。 统计过程包括统计设计、统计调查、统计整理与统计分析； 系统论述统计工作的学科，称为统计学。 三者之间的关系比较密切。统计资料是统计工作的成果，统计学与统计工作是理论与实践的辩证关系。了解和掌握统计学的基本理论和方法，是做好统计工作、取得有效统计资料的基础。 二、统计的研究对象 社会经济统计的研究对象是社会经济现象的总体数量方面，即以统计资料为依据具体说明社会经济现象总体的数量特征、数量关系及数量界限。下面举例说明如何根据统计资料说明社会经济现象的数量特征、数量关系及数量界限。 【案例】 第一章过程控制基本概念 教学要求：了解过程控制的发展概况及特点； 掌握过程控制系统各部分作用，系统的组成； 掌握管道及仪表流程图绘制方法，认识常见图形符号、文字代号； 学会绘制简单系统的管道及仪表流程图； 掌握控制系统的基本控制要求（稳定、快速、准确）； 掌握静态、动态及过渡过程概念； 掌握品质指标的定义，学会计算品质指标。 重点：自动控制系统的组成及各部分的功能； 负反馈概念； 控制系统的基本控制要求及质量指标。 难点：常用术语物理意义（操纵变量与扰动量区别）； 根据控制系统要求绘制方框图； 静态，过渡过程概念。 自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一。随着国民经济和国防建设的发展，自动控制技术的应用日益广泛，其重要作用也越来越显著。 生产过程自动控制（简称过程控制）-------自动控制技术在石油、化工、电力、冶金、机械、轻工、纺织等生产过程的具体应用，是自动化技术的重要组成部分。 §1.1 过程控制的发展概况及特点 一、过程控制的发展概况 在过程控制发展的历程中，生产过程的需求、控制理论的开拓和控制技术工具和手段的进展三者相互影响、相互促进，推动了过程控制不断的向前发展。纵观过程控制的发展历史，大致经历了以下几个阶段： 20世纪40年代： 手工操作状态，只有少量的检测仪表用于生产过程，操作人员主要根据观测到 的反映生产过程的关键参数，用人工来改变操作条件，凭经验去控制生产过程。 20世纪40年代末～50年代： 过程控制系统：多为单输入、单输出简单控制系统 过程检测：采用的是基地式仪表和部分单元组合仪表（气动Ⅰ型和电动Ⅰ型）； 部分生产过程实现了仪表化和局部自动化 控制理论：以反馈为中心的经典控制理论 20世纪60年代： 过程控制系统：串级、比值、均匀、前馈和选择性等多种复杂控制系统。统计学中的基本概念
第一章-过程控制基本概念
进程管理习题及答案
交通信号控制理论基础
统计学中的基本概念
进程管理习题及答案
第二章交通信号控制的基本理论
过程控制基本概念
第1章自动控制系统的基本概念
统计学基础知识及其概念
(整理)通信的基本概念
第二章 进程管理(进程概念)
第三章进程管理课后习题答案解析
实验二 进程管理
过程控制系统 复习总结!培训资料
统计学基础第一章统计概述
第一章 过程控制基本概念
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