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。
名师整理
精华知识点
(一) 概述
1. 过程控制概念：采用数字或模拟控制方式对生产过程的某一或某些物理参数进行的自动控制。
2. 学科定位：过程控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表知识相结合而构成的一门应用学科。
3. 过程控制的目标：安全性，稳定性，经济性。
4. 过程控制主要是指连续过程工业的过程控制。
5. 过程控制系统基本框图：
6. 过程控制系统的特点 :
1) 被控过程的多样性
2) 控制方案的多样性,包括系统硬件组成和控制算法以及软件设计的多样性。
3) 被控过程属慢过程且多属参数控制
4) 定值控制是过程控制的主要形式
5) 过程控制有多种分类方法。
过程控制系统阶跃应曲线：
7. 衰减比：衡量振荡过程衰减程度的指标，等于两个相邻同向波峰值之比。即：
8. 衰减率：指每经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数，即：
衰减比常用 表示。
9. 最大动态偏差y1：被控参数偏离其最终稳态值的最大值。衡量过程控制系统动态准确性的指标
10. 超调量：最大动态偏差占稳态值的百分比。
11. 余差：衡量控制系统稳态准确性的性能指标。 12. 调节时间 ：从过渡过程开始到结束的时间。当被控量进入其稳态值的 范围内，过渡过程结束。
调节时间是过程控制系统快速性的指标。
13. 振荡频率 ：振荡周期P的倒数，即：
当 相同， 越大则 越短；当 相同时，则 越高， 越短。因此，振荡频率也可衡量过程控制系统快速性。
被控对象的数学模型（动态特性）：过程在各输入量(包括控制量与扰动量)作用下，其相应输出量(被控量)变化函数关系的数学表达式。
14. 被控对象的动态特性的特点：1单调不振荡。2具有延迟性和大的时间常数。3具有纯时间滞后。4具有自平衡和非平衡特性。5非线性。
(二) 过程控制系统建模方法
机理法建模：根据生产过程中实际发生的变化机理，写出各种有关方程式，从而得到所需的数学模型。
1 内 蒙 古 科 技 大 学 教 案
材 料 与 冶 金 学 院 李 振 亮
课程名称：《材料成型控制工程基础》 （第2章，共11章） 编写时间：2010年8月28日
授课章节 2过程控制系统的动态数学模型
2.1古典与现代控制理论研究方法2.2拉氏变换及反变换2.3传递函数
目的要求 本章内容属于古典控制理论的研究范畴。传递函数是古典控制理论中描述系统的主要数学模型，之所以讲这一章，目的是为下一章PID控制器做基础准备。
本章主要思路是：拉氏变换→传递函数→典型环节→PID控制。
重点难点 重点：传递函数定义、性质和等效变换等；典型环节
难点：拉氏变化的概念及性质。
2过程控制系统的动态数学模型
2.1古典与现代控制理论研究方法
2.1.1数学模型的概念
为研究控制系统的动态性质，必须把系统输出和输入变量之间在动态情况下的相互关系用数学方程的形式表示出来。描述系统动态性能的数学表达式叫系统的数学模型，求取这一数学表达式的过程叫建模。
注意：（1）描述同一系统的数学模型，有完整、复杂数学模型和简单、准确性较差的数学模型两类。建模中应在模型准确性和简化性之间折衷。不要盲目强调准确而过于复杂，也不要片面强调简化而使分析结果与实际出入太大。一般允许条件下，开始尽可能采用简化的线性、常系数、常微分方程形式的数学模型，如果有必要，再在上述简化基础上考虑忽略因素所引起的偏差，建立较完善﹑准确的数学模型。（2）过程控制系统数学模型有微分方程、传递函数、频率特性、状态方程等多种形式。
2.1.2按照系统的数学模型对过程系统分类
按照系统的数学模型可将过程控制系统分成如下几类：
（1）按照变量y(t)及其各阶导数的次数可将系统分为线性和非线性系统。
线性系统：系统的数学模型方程是线性的，如0kyycym,这种系统就叫线性系统，这种线性方程既可以是线性代数方程，线性差分方程，也可以是线性微分方程或线性偏微分方程。线性系统又可分为：
《过程控制系统》课程简介
课程编号：06024012课程名称：过程控制系统/ Process Control System
学分：2.5学时：40 （课内实验：4 上机： 课外实践： ）
适用专业：自动化专业建议修读学期：7
开课单位：测控技术与仪器系先修课程：《自动控制原理》《自动检测技术》等
考核方式与成绩评定标准：考试，成绩=期末成绩（70%） +平时成绩（30%）教材与主要参考书目：
《过程控制系统》（第二版） 方康玲主编 武汉理工大学出版社2007.2《过程控制工程》，蒋慰孙、俞金寿 编著，中国石化出版社，1999
《过程控制系统及工程》，翁维勤、周庆海编，化学工业出版社，1996《过程控制工程》，孙洪程等编，高等教育出版社，2006
《工业生产过程控制》，何衍庆等编，化学工业出版社，2004内容概述：中文：过程控制和运动控制是自动控制技术的两个重要分支。本课程主要介绍了过程控制的基 本概念、组成以及简单过程控制、复杂过程控制系统的基本原理、系统设计技术以及应用技术等。在介绍 每一种控制策略的同时，都给出了其在不同实际场合下的具体应用实例。
英文： Process control and motion control are the two important branch of automation control technology. This course
mainly introduce the basic concept of process control, constitution and the basic principle, system design technology,
and application technology of process control. At the same time, concrete examples are given to introduce the different
