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。
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？
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：
第2章 思考题与习题
1．基本练习题
（1）简述过程参数检测在过程控制中的重要意义以及传感器的基本构成。
答：
1）过程控制通常是对生产过程中的温度、压力、流量、成分等工艺参数进行控制，使其保持为定值或按一定规律变化，以确保产品质量的生产安全，并使生产过程按最优化目标进行。要想对过程参数实行有效的控制，首先要对他们进行有效的检测，而如何实现有效的检测，则是有检测仪表来完成。检测仪表是过程控制系统的重要组成部分，系统的控制精度首先取决与检测仪表的精度。检测仪表的基本特性和各项性能指标又是衡量检测精度的基本要素。
2）传感器的基本构成：通常是由敏感元件、转换元件、电源及信号调理/转换电路组成。
（2）真值是如何定义的？误差有哪些表现形式？各自的意义是什么？仪表的精度与哪种误差直接有关？
答：
1）真值指被测物理量的真实（或客观）取值。
2）误差的各表现形式和意义为：
最大绝对误差：绝对误差是指仪表的实测示值x与真值ax的差值，记为Δ，如式（2-1）所示：
aΔxx （2-1）
相对误差：相对误差一般用百分数给出，记为δ，如式（2-2）所示：
aΔδ100%x （2-2）
引用误差：引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法。它是相对仪表满量程的一种误差，一般也用百分数表示，记为γ，如式（2-3）所示：
maxminΔγ100%xx （2-3）
式中，maxx仪表测量范围的上限值；minx仪表测量范围的下限值。
基本误差：基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。
附加误差 附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。
