第2章 模糊控制 1 3.1 模糊控制的基本思想 研究和考虑人的控制行为特点，对于无法构造数学模型的对象让计算机模拟人的思维方式，进行控制决策。 将人的控制行为，总结成一系列条件语句，运用微机的程序来实现这些控制规则。 在描述控制规则的条件语句中的一些词，如“较大”、“稍小”、“偏高”等都具有一定的模糊性，因此用模糊集合来描述这些模糊条件语句，即组成了所谓的模糊控制器。 3.2 模糊集合的定义 模糊集合的定义：给定论域U ，U 到[0,1]闭区间的任一映射A μ ]1,0[:→U μA 都确定U 的一个模糊集合A , A μ称为模糊集合且的隶属函数。 )(x μA 的取值范围为闭区间[0,1]，)(x μA 接近1，表示x 属于A 的程度高；)(x μA 接近0，表示x 属于A 的程度低。 3.3 常用的3种模糊集合的表示方法， (1)Zadeh 表示法 用论域中的元素x i 与其隶属度)(i A x μ按下式表示A ，则 在Zadeh 表示法中，隶属度为零的项可不写入。 (2)序偶表示法 用论域中的元素x i 与其隶属度)(i A x μ的构成序偶来表示且，则 在序偶表示法中，隶属度为零的项可省略。 (3)向量表示法 用论域中元素x i 的隶属度)(i A x μ构成向量来表示，则 在向量表示法中，隶属度为零的项不能省略。 3.4凸模糊集的定义 若A 是以实数R 为论域的模糊集合，其隶属函数为)(x μA ，如果对任意实数b x a <<，都有 则称A 为凸模糊集。 凸模糊集实质上就是其隶属函数具有单峰值特性。
第2章 模糊控制 2 3．5 常见的4种隶属函数 (1)正态型 正态型是最主要也是最常见的一种分布，表示为 其分布曲线如图2-4所示。 图2-4 正态型分布曲线 (2)三角型 1 (),1()(),0,x a a x b b a x x c b x c b c μ?-≤
第3章Java程序流程控制 实验1 三种基本程序结构 【实验目的】 （1）掌握Java中顺序语句、选择语句及循环语句的使用。 （2）熟练掌握用三种基本程序结构及相关的变量、表达式、运算符及有关类的方法来解决问题的思想。 【实验要求】 （1）设置MyEclipse的当前工作空间为D:\java。 （2）在MyProject3项目中创建GuessNumber类，并实现猜数游戏。 （3）编写程序WhileLoop实现用while结构求0~100整数数字之和。 （4）编写程序DoWhileLoop实现用do-while结构求0~100整数数字之和。 （5）编写程序ForLoop实现用for结构求0~100整数数字之和。 （6）求三个数中的最大值和最小值。 【实验内容】 （1）启动MyEclpise并设置MyEclipse的工作空间为D:\java。 （2）创建MyProject3项目并在该项目创建GuessNumber类，实现猜数游戏。利用Math.random()方法产生1~100的随机整数，利用JOptionPane.showInputDialog()方法产生一个输入对话框，用户可以输入所猜的数。若所猜的数比随机生成的数大，则显示“猜大了，再输入你的猜测：”；若所猜的数比随机生成的数小，则显示“猜小了,再输入你的猜测：”；若所猜的数正好为随机生成的数，则显示“猜对了！”。 （3）在MyProject3项目中创建WhileLoop类，用while结构求0~100的整数数字之和。 （4）在MyProject3项目中创建DoWhileLoop类，用do -while结构求0~100的整数数字之和。 （5）在MyProject3项目中创建ForLoop类，用for结构求0~100的整数数字之和。 （6）在MyProject3项目中创建MaxMinDemo类，求给定三个数中的最大值和最小值并输出这两个值。 【实验步骤】 1.设置MyEclipse的工作空间为D:\java （1）单击【开始】|【所有程序】|【MyEclipse】|【MyEclipse 8.5】选项启动MyEclipse。 （2）在出现的当前工作空间设置对话框中输入“D:\java”，并按【OK】按钮进入MyEclipse 工作界面。
第三章程序流程控制 一、教学内容 在Visual Basic6.0中，其流程控制语句分为条件测试语句和循环语句。本章将重点介绍这两种流程控制语句的用法与功能 二、目的要求 1．熟练掌握行if语句、块if结构、Select Case情况选择结构有使用，掌握选择的嵌套结构； 2．熟练掌握实现循环结构的For/Next循环结构及Exit For语句、Do/Loop循环结构的使用，掌握多重循环。 三、教学重点与难点 教学重点：选择结构及循环结构的实现及其应用 教学难点：选择的嵌套及多重循环结构 四、教学方法 多媒体教学为主。适当提问，加深学生对概念的理解。
第一讲（2学时） 一、教学内容 3种条件测试语句：由If构成的两种类型测试语句和由Select Case构成的测试语句二、目的要求 1．熟悉If…Then结构，If…Then…Else结构，Select…Case 结构 2．了解多重If语句，If语句的嵌套 三、教学重点与难点 教学重点：If…Then结构，If…Then…Else结构。 教学难点：多重If语句，If语句的嵌套 四、教学方法 多媒体教学。 五、教学过程 3.1.1 If测试语句 1. If…Then结构 单行语句格式： If 条件表达式Then 语句 多行语句格式： If 条件表达式Then 语句块 End If 2. If…Then…Else结构
语句格式： If 条件表达式Then 语句块1 Else 语句块2 End If 3. 多重If语句 语句格式： If 条件表达式1 Then 语句块1 ElseIf 条件表达式2 Then 语句块2 ElseIf 条件表达式3 Then 语句块3 …… ElseIf 条件表达式n Then 语句块n Else 语句块 End If
概论思考题与习题 0-1 控制仪表与装置采用何种信号进行联络？电压信号传输和电流信号传输各有什么特点？使用在何种场合？ 0-2 说明现场仪表与控制室仪表之间的信号传输及供电方式。0～10mA的直流电流信号能否用于两线制传输方式？为什么？ 0-3 什么是本质安全型防爆仪表，如何构成本质安全防爆系统？ 0-4 安全栅有哪几种？它们是如何实现本质安全防爆的？ 第一章思考题与习题 1-1 说明P、PI、PD调节规律的特点以及这几种调节规律在控制系统中的作用。 1-2 调节器输入一阶跃信号，作用一段时间后突然消失。在上述情况下，分别画出P、PI、PD调节器的输出变化过程。如果输入一随时间线性增加的信号时，调节器的输出将作何变化？ 1-3 如何用频率特性描述调节器的调节规律？分别画出PI、PD、PID的对数幅频特性。 1-4 什么是比例度、积分时间和微分时间？如何测定这些变量？ 1-5 某P调节器的输入信号是4～20mA，输出信号为1～5Ｖ，当比例度δ=60%时，输入变化6mA所引起的输出变化量是多少？ 1-6 说明积分增益和微分增益的物理意义。它们的大小对调节器的输出有什么影响？ 1-7 什么是调节器的调节精度？实际PID调节器用于控制系统中，控制结果能否消除余差？为什么？ 1-8 某PID调节器（正作用）输入、输出信号均为4～20mA，调节器的初始值I i=I0=4mA，δ=200%，T I=T D=2min，K D=10。在t=0时输入ΔI i=2mA的阶跃信号，分别求取t=12s 时：（1）PI工况下的输出值；（2）PD工况下的输出值。 1-9 PID调节器的构成方式有哪几种？各有什么特点？ 1-10 基型调节器的输入电路为什么采用差动输入和电平移动的方式？偏差差动电平移动电路怎样消除导线电阻所引起的运算误差？ 1-11 在基型调节器的PD电路中，如何保证开关S从“断”位置切至“通”位置时输出信号保持不变？ 1-12 试分析基型调节器产生积分饱和现象的原因。若将调节器输出加以限幅，能否消除这一现象？为什么？应怎样解决？ 1-13 基型调节器的输出电路（参照图1-20）中，已知R1=R2=KR=30kΩ，R f=250Ω，试通过计算说明该电路对运算放大器共模输入电压的要求及负载电阻的范围。 1-14 基型调节器如何保证“自动”→“软手操”、“软手操”（或硬手操）→“自动”无平衡、无扰动的切换？ 1-15 积分反馈型限幅调节器和PI-P调节器是如何防止积分饱和的？ 1-16 简述前馈调节器和非线性调节器的构成原理。 1-17 偏差报警单元为什么要设置U b和U c？简述其工作原理。 1-18 输出限幅单元是如何实现限幅的？电路中的二极管起什么作用？ 第二章思考题与习题 2-1 变送器在总体结构上采用何种方法使输入信号与输出信号之间保持线性关系？ 2-2 何谓量程调整、零点调整合零点迁移，试举一例说明。 2-3 简述力平衡式差压变送器的结构和动作过程，并说明零点调整合零点迁移的方法。 2-4 力平衡式差压变送器是如何实现量程调整的？试分析矢量机构工作原理。 2-5 说明位移检测放大器的构成。该放大器如何将位移信号转换成输出电流的？ 2-6 以差压变送器为例说明“两线制”仪表的特点。
第三章 过程检测技术 目的：为了实现对生产过程的自动控制，首先必须对生产过程的各参数进行可靠地测量。 要点：学习和掌握过程测试及应用；正确地选择测试原理和方法；组成合适的测试系统。 第一节 测量与误差基本知识 测量基本知识 一．测量的概念 1．概念 测量是人类对自然界的客观事物取得数量概念的一种认识过程。或者说 测量就是为取得任一未知参数而做的全部工作。 4．测量的基本方程式 u X x /00 5．测量过程三要素 （1） 测量单位； （2） 测量方法； （3） 测量仪器与设备。 二．测量单位 1．概念 数值为1的某量，称为该量的测量单位或计量单位。 三．测量方法 （一）测量方法的分类 1．直接测量与间接测量 2．等精度测量和不等精度测量
3．接触测量与非接触测量 4．静态测量与动态测量 （二）直接测量法有以下几种常用方法： 1．直接比较测量法 2．微差测量法 3．零位测量法（又称补偿测量法或平衡测量法） （三）间接测量法 1．定义通过对与被测量有函数关系的其它量进行测量，才能得到被测量值的测量方法。 4．组合测量法 四．测量仪器与设备 （一）感受件（传感器） （二）中间件（变送器或变换器） （三）显示件（显示器） 误差基本知识 一.误差基础 （一）测量误差及分类 1．系统误差 2．随机误差（又称偶然误差） 3．粗大误差 （二）测量的精密度、准确度和精确度 1．精密度
2．准确度 3．精确度 （三）不确定度 概念用测量值代表被测量真值的不肯定程度。是测量精确度的定量表示。（四）仪表的基本误差限 1．绝对误差 2．相对误差 3．引用误差 二．误差分析与处理 （一）随机误差的分析与处理 1．统计特性（随机过程） 2．算术平均值原理 (1)真值的最佳估计值（最佳信赖值）。 （2）剩余误差 3．随机误差的标准误差估计（贝塞尔公式） 4．置信概率与置信区间 （二）系统误差的分析与处理 1．系统误差的估计 （1）恒定系统误差指误差大小和符号在测量过程中不变的误差。 （2）变值系统误差它是一种按照一定规律变化的系统误差。可分为 a.累积性系统误差随着时间的增长，误差逐渐增大或减少的系统误差。 b.周期性系统误差误差大小和符号均按一定周期变化的系统误差。 2．系统误差的消除 校准法、零示法、替代法、交换法、还有对称法、微差法、比较法等。
过程控制系统与仪表习题答案---第三章
第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？ 解答： 1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？ 解答： 1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。 3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差？ 解答： 产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： e K y p = 为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？ 解答： 1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：?=edt T y 1 1
2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的影响。 解答： 1）? =edt T y 11 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。 2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i =1／K i 。显然，T i 越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA ，若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ，某时刻，输入阶跃增加0.2mA ，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化为多少？ 解答： 由比例积分公式：??? ? ??+=?edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==p K p ，即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋0.2； 稳态时：y 0＝5mA ， 5min 后：mA edt T e P y y )7.05()52.02 12.0(151110±=??±±?+=???? ??++ =? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？ 解答：P74 1）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p K 就越大，它将偏差放大的能力越
第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？ 解答： 1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？ 解答： 1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。 3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差？ 解答： 产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： e K y p = 为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？ 解答： 1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：?=edt T y 1 1
2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的影响。 解答： 1）? =edt T y 11 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。 2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i =1／K i 。显然，T i 越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA ，若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ，某时刻，输入阶跃增加0.2mA ，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化为多少？ 解答： 由比例积分公式：??? ? ??+=?edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==p K p ，即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋0.2； 稳态时：y 0＝5mA ， 5min 后： m A edt T e P y y )7.05()52.0212.0(151110±=??±±?+=??? ? ??++=? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？ 解答：P74 1）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p K 就越大，它将偏差放大的能力越
3-1 模糊逻辑控制器由哪几部分组成各完成什么功能 答：模糊控制系统的主要部件是模糊化过程、知识库（数据库和规则库）、推理决策和精确化计算。 1、模糊化过程模糊化过程主要完成：测量输入变量的值，并将数字表示形式的输入量转化为通常用语言值表示的某一限定码的序数。 2、知识库知识库包括数据库和规则库。 1）、数据库数据库提供必要的定义，包含了语言控制规则论域的离散化、量化和正规化以及输入空间的分区、隶属度函数的定义等。 2）、规则库规则库根据控制目的和控制策略给出了一套由语言变量描述的并由专家或自学习产生的控制规则的集合。它包括：过程状态输入变量和控制输出变量的选择，模糊控制系统的建立。 3、推理决策逻辑推理决策逻辑是利用知识库的信息模拟人类的推理决策过程，给出适合的控制量。（它是模糊控制的核心）。 4、精确化过程在推理得到的模糊集合中取一个能最佳代表这个模糊推理结果可能性的精确值的过程称为精确化过程。 {模糊控制器采用数字计算机。它具有三个重要功能： 1）把系统的偏差从数字量转化为模糊量（模糊化过程、数据库两块）； 2）对模糊量由给定的规则进行模糊推理（规则库、推理决策完成）； 3）把推理结果的模糊输出量转化为实际系统能够接受的精确数字量或模拟量（精确化接口）。3-2 模糊逻辑控制器常规设计的步骤怎样应该注意哪些问题 答：常规设计方法设计步骤如下： 1、确定模糊控制器的输入、输出变量 2、确定各输入、输出变量的变化范围、量化等级和量化因子 3、在各输入和输出语言变量的量化域内定义模糊子集。 4、模糊控制规则的确定 5、求模糊控制表 3-3 已知由极大极小推理法得到输出模糊集为： 0.30.810.50.1 12345 C=++++ ----- .试用重心
补充练习第三章流程控制 第三章流程控制 一、单项选择题： 1. 两次运行下面的程序，如果从键盘上分别输入6和4，输出的结果是。 main() { int x; scanf(―%d‖,&x); if(x++>5) printf(―%d‖,x); else prinf(―%d\n‖,x--); } 2. 设a为整型变量，不能正确表达数学关系: 10 10．逻辑运算符两侧运算对象的数据类型。 A. 只能是0或1 B. 只能是0或非0正数 C. 只能是整型或字符型数据 D. 可以是任何类型的数据 11．当执行以下程序段时,供选择的答案是___________。 x=-1; do { x=x*x; } while(!x); A. 循环体将执行一次 B. 循环体将执行两次 C. 循环体将执行无限次 D. 系统提示有语法错误 12．执行语句: for(i=1;i++<4;);后,变量i的值，供选择的答案是___________。 A. 3 B. 4 C. 5 D. 不定 13. 以下for循环是: for(x=0,y=0;(y!=123)&&(x<4);x++)； Ａ. 无限循环 B. 循环次数不变 C. 执行4次 D. 执行3次 14．若i,j已定义为int类型,则以下程序段中 for(i=5;i;i--) for(j=0;j<4;j++) {…} 内循环体的总的执行次数，供选择的答案是___________。 A. 20 B. 24 C. 25 D. 30 15．执行下列程序段后,变量i的正确结果, 供选择的答案是___________。 int i=10,j=0; do { switch(i) { case 9 : i++; case 10 : i++; case 11 : i++; defaut : i++; } } while (j); A. 10 B. 11 C. 12 D. 13 16．若a,b均为int型变量,且a=100,则关于循环语句 for(b=100;a!=b;++a,b++) printf(―---―); 的正确说法, 供选择的答案是___________。 A. 循环体只执行一次, B. 是死循环, C. 循环体一次也不执行, D. 输出---. 习题3 3-1 什么叫测量过程？ 解 测量过程就是将被测参数与其相应的测量单位进行比较的过程 3-5 某一标尺为0~1000℃的温度仪表出厂前经校验，其刻度标尺上的各点测量结果分别为： (2)确定该温度仪表的精度等级； (3)如果工艺上允许的最大绝对误差为±8℃，问该温度仪表是否符合要求？ 解 (1) 校验数据处理： 由以上数据处理表知，最大绝对误差：+6℃； (2)仪表误差：%6.0%1001000 6 max ±=?± =δ， 仪表的精度等级应定为1.0级； (3)仪表的基本误差：?m =1000?(±1.0%)=±10℃, 该温度仪表不符合工艺上的误差要求。 (1)求出该压力表的变差； (2)问该压力表是否符合1.0级精度？ 解 （1）校验数据处理： 由以上数据处理表知，该压力表的变差：1.2%； （2）仪表误差：%5.0%10010 005 .0max ±=?± =δ； 但是，由于仪表变差为1.2%>1.0%，所以该压力表不符合1.0级精度。 3-7．什么叫压力？表压力、绝对压力、负压力(真空度)之间有何关系？ 解 （1）工程上的压力是物理上的压强，即P=F/S （压强）。 （2）绝对压力是指物体所受的实际压力； 表压力=绝对压力-大气压力； 负压力（真空度）=大气压力-绝对压力 3-10．作为感受压力的弹性元件有哪几种？ 解 弹簧管式弹性元件、薄膜式弹性元件（有分膜片式和膜盒式两种）、波纹管式弹性元件。 3-11．弹簧管压力计的测压原理是什么？试述弹簧管压力计的主要组成及测压过程。 解：（1）弹簧管压力计的测压原理是弹簧管受压力而产生变形，使其自由端产生相应的位移，只要测出了弹簧管自由端的位移大小，就能反映被测压力p 的大小。 （2）弹簧管式压力计的主要组成：弹簧管（测量元件），放大机构，游丝，指针，表盘。 （3）弹簧管压力计测压过程为：用弹簧管压力计测量压力时，压力使弹簧管产生很小的位移量，放大机构将这个很小的位移量放大从而带动指针在表盘上指示出当前的压力值。 3-14 电容式压力传感器的工作原理是什么？有何特点？ 解 见教材第3章3.2.5节。当差动电容传感器的中间弹性膜片两边压力不等时，膜片变形，膜片两边电容器的电容量变化（不等），利用变压器电桥将电容量的变化转换为电桥输出电压的变化，从而反映膜片两边压力的差异（即压差）。 其特点：输出信号与压差成正比；应用范围广，可用于表压、差压、流量、液位等的测量。 3-15 某压力表的测量范围为0～1MPa ，精度等级为1.0级，试问此压力表允许的最大绝对误差是多少？若用标准压力计来校验该压力表，在校验点为0.5MPa 时，标准压力计上读数为0.508MPa ，试问被校压力表在这一点是否符合1级精度，为什么？ 解 压力表允许的最大绝对误差为 ?max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa 在校验点0.5MPa 处，绝对误差为 ?=0.5-0.508=-0.008(MPa) 该校验点的测量误差为 %57.1%100508 .0008 .0-=?-= δ 故该校验点不符合1.0级精度。 3-16．为什么测量仪表的测量范围要根据测量大小来选取？选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值有何问题？ 解 （1）为了保证敏感元件能在其安全的范围内可靠地工作，也考虑到被测对象可能发生的异常超压情况，对仪表的量程选择必须留有足够的余地，但还必须考虑实际使用时的测量误差，仪表的量程又不宜选得过大。 （2）由于仪表的基本误差?m 由其精度等级和量程决定，在整个仪表测量范围内其大小是一定的，选一台量程很大的仪表来测量很小的参数值这样会加大测量误差。 3-17 如果某反应器最大压力为0.8MPa ，允许最大绝对误差为0.01MPa 。现用一台测量范围为0~1.6MPa ，精度为l.0级的压力表来进行测量，问能否符合工艺上的误差要求？若采用一台测量范围为0~1.0MPa ，精度为1.0级的压力表，问能符合误差要求吗？试说明其理由。 解 用0~1.6MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差 ?1max =1.6MPa ?1.0%=0.016MPa>0.01MPa(允许值) 该表不符合工艺上的误差要求。 用0~1.0MPa 、精度为l.0级的压力表来进行测量的基本误差 ?2max =1.0MPa ?1.0%=0.01MPa>0.01MPa(允许值) 该表符合工艺上的误差要求。 第2章 模糊控制 1 3.1 模糊控制的基本思想 研究和考虑人的控制行为特点，对于无法构造数学模型的对象让计算机模拟人的思维方式，进行控制决策。 将人的控制行为，总结成一系列条件语句，运用微机的程序来实现这些控制规则。 在描述控制规则的条件语句中的一些词，如“较大”、“稍小”、“偏高”等都具有一定的模糊性，因此用模糊集合来描述这些模糊条件语句，即组成了所谓的模糊控制器。 3.2 模糊集合的定义 模糊集合的定义：给定论域U ，U 到[0,1]闭区间的任一映射A μ ]1,0[:→U μA 都确定U 的一个模糊集合A , A μ称为模糊集合且的隶属函数。 )(x μA 的取值范围为闭区间[0,1]，)( x μA 接近1，表示x 属于A 的程度高；)(x μA 接近0，表示x 属于A 的程度低。 3.3 常用的3种模糊集合的表示方法， (1)Zadeh 表示法 用论域中的元素x i 与其隶属度)(i A x μ按下式表示A ，则 在Zadeh 表示法中，隶属度为零的项可不写入。 (2)序偶表示法 用论域中的元素x i 与其隶属度)(i A x μ的构成序偶来表示且，则 在序偶表示法中，隶属度为零的项可省略。 (3)向量表示法 用论域中元素x i 的隶属度)(i A x μ构成向量来表示，则 在向量表示法中，隶属度为零的项不能省略。 3.4凸模糊集的定义 若A 是以实数R 为论域的模糊集合，其隶属函数为)(x μA ，如果对任意实数b x a <<，都有 则称A 为凸模糊集。 凸模糊集实质上就是其隶属函数具有单峰值特性。 第2章 模糊控制 2 3．5 常见的4种隶属函数 (1)正态型 正态型是最主要也是最常见的一种分布，表示为 其分布曲线如图2-4所示。 图2-4 正态型分布曲线 (2)三角型 1 (),1()(),0,x a a x b b a x x c b x c b c μ?-≤ 第3章 习题与思考题 3-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？ 解答： 1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。 2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。 3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？ 解答： 1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。 2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。 3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度，延长控制器中运动部件的使用寿命。 3-3 比例控制为什么会产生余差？ 解答： 产生余差的原因：比例控制器的输出信号y 与输入偏差e 之间成比例关系： 为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。 3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？ 解答： 1）积分控制作用的输出变化量y 是输入偏差e 的积分：? =edt T y 11 2）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小）。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。 3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的影响。 解答： 1）?=edt T y 1 1 积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小）。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。 2） 在实际的控制器中，常用积分时间Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i =1／K i 。显然，T i 越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。 3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为4～20mA ，若将比例度设为100%、积分时间设为2min 、稳态时输出调为5mA ，某时刻，输入阶跃增加，试问经过5min 后，输出将由5mA 变化为多少？ 解答： 由比例积分公式：??? ? ??+=?edt T e P y 111分析： 依题意：%1001==p K p ，即K p =1, T I = 2 min , e ＝＋； 稳态时：y 0＝5mA ， 5min 后：mA edt T e P y y )7.05()52.02 12.0(151110±=??±±?+=???? ??++ =? 3-7 比例控制器的比例度对控制过程有什么影响？调整比例度时要注意什么问题？ 解答：P74 1）控制器的比例度P 越小，它的放大倍数p K 就越大，它将偏差放大的能力越强，控制力也越强，反之亦然，比例控制作用的强弱通过调整比例度P 实现。 2）比例度不但表示控制器输入输出间的放大倍数，还表示符合这个比例关系的有效输入区间。一表的量程是有限的，超出这个量程的比例输出是不可能的。 所以，偏差的变化使控制器的输出可以变化全量程（16mA ），避免控制器处于饱和状态。 3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么？为什么常用实际为分控制规律？ 解答： 第3章习题与思考题 3-1.简单控制系统由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 解答： 简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。 检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。 控制器的作用是接受检测装置送来的信号，与给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果送往执行器。 执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值，以达到控制被控变量的目的。 被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置。 3-2.什么叫直接参数和间接参数？各使用在什么场合？ 解答： 如果被控变量本身就是需要控制的工艺指标，则称为直接参数；如果被控变量本身不是需要控制的工艺指标，但与其有一定的间接对应关系时，称为间接参数。 在控制系统设计时，尽量采用直接参数控制，只有当被控变量无法直接检测，或虽能检测，但信号很微弱或滞后很大，才考虑采用间接参数控制。 3-3.被控变量的选择应遵循哪些原则？ 解答： 被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素，它选择的一般原则是： （1）被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态重要变量； （2）被控变量应是工艺生产过程中经常变化，因而需要频繁加以控制的变量； （3）被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标，当无法获得直接控制指标信号，或其测量或传送滞后很大时，可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标； （4）被控变量应是能测量的，并具有较大灵敏度的变量； （5）被控变量应是独立可控的； （6）应考虑工艺的合理性与经济性。 3-4.操纵变量的选择应遵循哪些原则？ 解答： （1）操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量； （2）操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量，即控制通道的放大系数要大一些，时间常数要小一些，纯滞后时间要尽量小； （3）操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。 3-5.简述选择调节器正、反作用的目的，如何选择? 解答： 其目的是使控制器、执行器、对象三个环节组合起来，能在控制系统中起负反馈作用。 一般步骤，首先由操纵变量对被控变量的影响方向来确定对象的作用方向，然后由工艺安全条件来确定执行器（调节阀）的气开、气关型式，最后由对象、执行器、控制器（调节器）三个环节组合后为“负”来确定控制器的正、反作用。（变送器总为正作用） “对象”ד执行器”ד控制器”=“负反馈” 3-6.被控对象、执行器、控制器的正、反作用方向各是怎样规定的？ 解答：第三章仪表检测与传感器
第三章模糊控制题资料
过程控制系统与仪表习题答案 第三章
过程控制系统 第3章 简单系统 习题与解答
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