第十章控制复决题及答案讲解

1.4 A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。

试画出该温度控制系统的方块图，并指出该系统中的被控对象、被控变量、操纵变量及可能影响被控变量的干扰是什么？反应器温度控制系统（1）该温度控制系统的方块图反应器温度控制系统方块图（2）被控对象：反应器；被控变量：反应器内的温度；控制变量：冷却水流量。

可能影响被控变量的干扰因素主要有A、B两种物料的温度、进料量，冷却水的压力、温度，环境温度的高低等。

1.5 锅炉是化工、炼油等企业中常见的主要设备。

汽包水位是影响蒸汽质量及锅炉安全的一个十分重要的参数。

水位过高，会使蒸汽带液。

降低了蒸汽的质量和产量，甚至会损坏后续设备。

而水位过低，轻则影响汽液平衡，重则烧干锅炉甚至引起爆炸。

因此，必须对汽包水位进行严格的控制。

图1-16是一类简单锅炉汽包水位控制示意图，要求：(1)画出该控制系统方块图；(2)指出该系统中被控对象、被控变量、操纵变量、扰动变量各是什么?(3)当蒸汽负荷忽然增加，该系统如何实现自动控制？(1)(2)被控对象：锅炉汽包。

被控变量：锅炉汽包水位。

操纵变量：锅炉给水量。

扰动量：冷水温度、压力、蒸汽压力、流量，燃烧状况等。

(3)当蒸汽负荷突然增加，会导致汽包水位下降，液位变送器检测到液位h 下降信号并与设定水位h0进行比较，将偏差信号传给控制器，控制器使执行器动作，增大阀门开度，使冷却水流量增加，从而降低加热室燃烧程度，进一步使得汽包液位升高。

2.4 P17-P18，精度等级为0.22.11 用热电偶测温时，为什么要进行冷端温度补偿?其冷端温度补偿的方法有哪几种? 解：（1）热电偶的热电势只有当T0（或t0）恒定是才是被测温度T （或t ）的单值函数。

热电偶标准分度表是以T0＝0℃为参考温度条件下测试制定的，只有保持T0＝0℃，才能直接应用分度表或分度曲线。

若T0≠0℃，则应进行冷端补偿和处理。

（2）冷端温度补偿的方法有：延长导线法，0℃恒温法，冷端温度修正法，冷端温度自动补偿法等。

第一章思考题与习题1－3 常用过程控制系统可分为哪几类?答：过程控制系统主要分为三类：1. 反馈控制系统：反馈控制系统是根据被控参数与给定值的偏差进行控制的，最终达到或消除或减小偏差的目的，偏差值是控制的依据。

它是最常用、最基本的过程控制系统。

2．前馈控制系统：前馈控制系统是根据扰动量的大小进行控制的，扰动是控制的依据。

3)5．过程过渡时间ts：过渡过程时间定义为从扰动开始到被控参数进入新的稳态值的±5%或±3％（根据系统要求）范围内所需要的时间。

它是反映系统过渡过程快慢的质量指标，t s越小，过渡过程进行得越快。

6．峰值时间tp: 从扰动开始到过渡过程曲线到达第一个峰值所需要的时间，（根据系统要求）范围内所需要的时间。

称为峰值时间tp。

它反映了系统响应的灵敏程度。

静态指标是余差，动态时间为衰减比（衰减率）、最大偏差、过程过渡时间、峰值时间。

第二章思考题与习题2－1如图所示液位过程的输入量为Q1，流出量为Q2，Q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻，要求：（1）列出过程的微分方程组；（2）求过程的传递函数W0（S）＝H（S）/Q1（S）；1（3）过程的方框图：2－2．如图所示：Q 1为过程的流入量，Q 2为流出流量，h 为液位高度，C 为容量系数，若以Q 1为过程的输入量，h 为输出量（被控量），设R 1、R 2为线性液阻，求过程的传递函数 W 0(S)＝H(S)/Q 1(S)。

2－5 某过程在阶跃扰动量Δu ＝20％，其液位过程阶跃响应数据见下表： （1） 画出液位h 的阶跃响应曲线τS2210e1S CR R )s (Q )s (H )s (W -+==（2） 求液位过程的数学模型 解：方法一：图解法t 1)＝0.33 y (∞) y (t 2)＝0.39y (∞) y (t 3)＝0.632 y(∞) y (t 4得t 1＝125s t 2 ＝140s t 3 ＝ 225s t 4 ＝260ss 150)t t (2T 231=-≈ s 55t t 2321=-≈τs 1688.0t t T 142=-≈s 572tt 3412=-≈τ 可见数据很接近，于是：s 1592T T T 210=+=s 562210=+=τττ 过程数学模型：S 56S00e 1S 159100e 1TS K )s (W --+=+=τ2－6 某过程在阶跃扰动ΔI ＝1.5mADC 作用下，其输出响应数据见下表：过程放大倍数 K 03.15.146x )0(y )(y K 00=-=-∞=根据直线2和直线3，与纵坐标、横坐标构成的两个三角形，可以求出时间参数T 1、T 2 ： 由A 1＝7，B 1＝0.1 ， t 1＝10s35.2)1.0lg 7(lg 303.2s10)B lg A (lg 303.2t T 1111=-=-=由 A 2＝5，B 2＝0.1 t 2＝6s该过程的数学模型为：33 ab : ac ＝eb : dc88.11665dc eb ac ab ≈⨯=⋅=∴ I 0＝10mA 时，输入电压为： V in ＝5＋1.88＝6.88（mVDC ）3－7.说明DDZ －Ⅲ热电偶温度变送器的冷端温度补偿原理。

机电自动控制课后习题答案机电自动控制课后习题答案机电自动控制是一门综合性的学科，涵盖了机械、电子、自动化等多个领域的知识。

在学习过程中，课后习题是巩固知识、提高能力的重要途径。

下面将为大家提供一些机电自动控制课后习题的答案，希望能对大家的学习有所帮助。

第一章：基础知识1. 什么是自动控制系统？答案：自动控制系统是由传感器、执行器、控制器和反馈回路组成的系统，用于实现对某个物理过程或工业过程的自动控制。

2. 什么是反馈控制？答案：反馈控制是指通过对被控对象输出的信息进行测量，并与期望输出进行比较，然后根据比较结果调整控制器的输出，以实现对被控对象的控制。

3. 什么是传感器？答案：传感器是一种能够将被测量物理量转换为电信号或其他形式的能量输出的装置。

4. 什么是执行器？答案：执行器是一种能够接受控制信号，并将其转换为相应的动作或输出的装置。

第二章：传感器与执行器1. 常见的传感器有哪些？答案：常见的传感器包括温度传感器、压力传感器、光电传感器、接近传感器等。

2. 常见的执行器有哪些？答案：常见的执行器包括电机、气缸、液压马达等。

3. 传感器的工作原理是什么？答案：传感器的工作原理基于物理量与电信号之间的相互转换。

常见的工作原理包括电阻、电容、电感、光电、压力等。

4. 执行器的工作原理是什么？答案：执行器的工作原理根据不同的类型而有所不同。

例如，电机的工作原理是利用电磁感应产生转矩，从而实现机械运动。

第三章：控制器1. 常见的控制器有哪些？答案：常见的控制器包括PID控制器、PLC控制器、单片机控制器等。

2. PID控制器的工作原理是什么？答案：PID控制器根据当前的误差、误差的变化率和误差的积分值，计算出控制器的输出信号。

其工作原理是通过比例、积分和微分三个部分的组合，实现对被控对象的控制。

3. PLC控制器的工作原理是什么？答案：PLC控制器通过输入模块获取外部信号，经过逻辑运算、计算和控制输出模块，实现对被控对象的控制。

1-3 （1）调速范围和静差率的定义是什么？（2）为什么说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”？ （3）调速范围、静差速降和最小静差率之间有什么关系？ 答：（1）调速范围：生产机械要求电动机提供的最高转速和最低转速之比。

用字母Ｄ表示，即max minn D n =其中：n max 和n min 一般指电动机额定负载时的最高和最低转速；对于少数负载很轻的机械，可以用实际负载时的最高和最低转速。

（2）静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由理想空载增加到额定值时所对应的转速降落，与理想空载转速之比，称作静差率s ，即：N o n s n ∆=，或用百分比表示：100%N ons n ∆=⨯同样硬度的特性，理想空载转速越低时，静差率越大，转速的相对稳定度也就越差。

如果低速时的静差率能满足要求，高速时的静差率肯定也能满足要求。

所以静差率的要求以低速时的静差率为准。

（3）在直流电动机变压调速系统中，一般以电动机的额定转速作为最高转速n N 作为最高转速，取调速系统的静差率为最低转速时的静差率：min min N No N n n s n n n ∆∆==+∆，得到最低转速 min (1)N s n n s-∆=，则max min (1)N N n n s D n n s ==-这就是调速系统的调速范围、静差速降和最小静差率之间的关系。

可见：∆n N 值一定时，对静差率s 要求越高（即要求s 越小），系统能够允许的调速范围也越小。

所以说“脱离了调速范围，要满足给定的静差率也就容易得多了”。

结论：一个调速系统的调速范围，是指在最低速时还能满足静差率要求的转速可调范围。

1-5 某闭环调速系统的调速范围是1500~150r/min ，要求系统的静差率s≤2%，那么系统允许的静态速降是多少？如果开环系统的静态速降是100r/min ，则闭环系统的开环放大倍数应有多大？解：因min N N o N n n s n n n ∆∆==+∆，所以 min 1500.023.06(/min)110.02N n s n r s ⨯∆===-- 因1op cl n n K ∆∆=+， 所以 10011131.73.06op op cl N n n K n n ∆∆=-=-=-=∆∆1-8 转速单闭环调速系统有那些特点？改变给定电压能否改变电动机的转速，为什么？如果给定电压不变，调节测速反馈电压的分压比是否能够改变转速，为什么？ 如果测速发电机的励磁发生了变化，系统有无克服这种干扰的能力？ 答:（1）转速单闭环调速系统有以下三个基本特征①只用比例放大器的反馈控制系统，其被被调量仍是有静差的。

第十章课后习题答案一、名词解释1．均衡产出：与总需求相等的产出，指一种相对的稳定、不再变动的状态。

2．消费函数：是指消费支出与决定消费的各种因素之间的数量依存关系。

储蓄函数：是指储蓄与决定储蓄的各种因素之间的数量依存关系。

3．边际消费倾向：是指消费增量与收入增量的比例。

平均消费倾向：是指消费支出占收入的比例。

4．边际储蓄倾向：是指储蓄增量与收入增量的比例。

平均储蓄倾向：是指储蓄占收入的比例。

5．乘数原理：影响国民收入的因素的变动会引起国民收入成倍的更大的变动。

6．投资乘数：是指收入变动对引起这种变动的投资支出变动的比率。

7．政府购买乘数：是指收入变动对引起这种变动的政府购买支出变动的比率。

8．税收乘数：是指收入变动对引起这种变动的税收变动的比率。

9．平衡预算乘数：是指政府收入和支出以相等数量增加或减少时的国民收入变动与政府收支变动的比例。

10．政府转移支付乘数：是指收入变动对引起这种变动的政府转移支付变动的比率。

11．对外贸易乘数：是指收入变动对引起这种变动的对外贸易变动的比率。

二、画图题1．画图说明消费函数与储蓄函数的对应关系。

2．图示线性消费函数的平均消费倾向递减规律。

3．画图说明两部门经济中均衡收入的决定及其变动。

三、计算题 1．假设某经济社会的消费函数为C = 100 + 0.8Y ，投资为50。

（1）求均衡收入、消费和储蓄；*10050750110.8I Y αβ++===--1004070010.2I C αββ++===- s = y – c = 750 – 700 = 50（2）如果当时实际产出（即GDP 或收入）为800，企业非意愿存货投资为多少？企业非意愿存货投资为：800 – 750 = 50（3）若投资增至100，求增加的收入；若投资增至100，则收入y '= (100 + 100 ) / ( 1 – 0.8 )= 1000，比原来的收入750增加250；(1000750250)y y y '=-=-=（4）若消费函数变为C = 100 + 0.9Y ，投资仍为50，收入和储蓄各为多少？投资增至100时收入增加多少？消费函数变动后，乘数有何变化？y=(100 + 50 )/ (1 – 0.9)= 1500………………………………消费函数变化后的收入 s = - a + (1 – b )y = - 100 + (1 – 0.9 )×1500 = 50…………………..储蓄若投资增至100，则收入y = (100 + 100) / (1 – 0.9 )= 2000，比原来1500增加500， (y = 2000 – 1500 = 500)消费函数从c = 100 + 0.8y 变为c =100 + 0.9y 以后，乘数从5 ( k = 1/ (1 – 0.8)= 5 ))变为10 ( k = 1 / ( 1 – 0.9 )= 10)2．设一个封闭经济体系中的消费函数为1000.9(1)C t Y =+-。

第一章引论1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。

答：自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。

控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。

如下图所示为自动控制系统的基本组成。

开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。

此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。

开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。

闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。

闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。

1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。

答：、自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。

稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。

稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。

对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。

对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。

快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。

在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。

准确性用稳态误差来衡量。

在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。

显然，这种误差越小，表示系统的精度越高，准确性越好。

当准确性与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求。

三.名词解释47、传递函数：传递函数是指在零初始条件下，系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。

48、系统校正：为了使系统达到我们的要求，给系统加入特定的环节，使系统达到我们的要求，这个过程叫系统校正。

49、主导极点：如果系统闭环极点中有一个极点或一对复数极点据虚轴最近且附近没有其他闭环零点，则它在响应中起主导作用称为主导极点。

50、香农定理：要求离散频谱各分量不出现重叠,即要求采样角频率满足如下关系：ωs ≥2ωmax 。

51、状态转移矩阵：()At t e φ=，描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。

52、峰值时间：系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。

53、动态结构图：把系统中所有环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中，并把相应的输入、输出信号分别以拉氏变换来表示，从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。

54、根轨迹的渐近线：当开环极点数n 大于开环零点数m 时，系统有n-m 条根轨迹终止于S 平面的无穷远处，且它们交于实轴上的一点，这n-m 条根轨迹变化趋向的直线叫做根轨迹的渐近线。

55、脉冲传递函数：零初始条件下，输出离散时间信号的z 变换()C z 与输入离散信号的z 变换()R z 之比，即()()()C z G z R z =。

56、Nyquist 判据（或奈氏判据）：当ω由-∞变化到+∞时，Nyquist 曲线（极坐标图）逆时针包围（-1，j0）点的圈数N ，等于系统G(s)H(s)位于s 右半平面的极点数P ，即N=P ，则闭环系统稳定；否则（N ≠P ）闭环系统不稳定，且闭环系统位于s 右半平面的极点数Z 为：Z=∣P-N ∣57、程序控制系统:输入信号是一个已知的函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现输入，这样的自动控制系统称为程序控制系统。

58、稳态误差：对单位负反馈系统，当时间t 趋于无穷大时，系统对输入信号响应的实际值与期望值（即输入量）之差的极限值，称为稳态误差，它反映系统复现输入信号的（稳态）精度。