第 1 章 自动控制系统基本概念填空题：1. 自动控制系统主要由测量元件与变送器、控制器执行器和被控对象组成。2. 自动控制系统中，将工艺参数需要控制的设备、机器或生产过程等，称为被控对象。3. 自动控制系统的干扰作用是指除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的一切因素。4. 自动控制系统中的操纵变量是指受执行器控制，用以克服干扰的影响，使被控变量保持给定值的物料 流量或能量。5. 自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。6. 仪表符号除了图形外，圆圈之中还有一串由字母和数字组成的代号，称为仪表位号。7. 自动控制系统的动态是指被控变量随时间变化的不平衡状态。&自动控制系统的静态是指被控变量不随时间变化的 平衡状态。9. 在分析和设计控制系统时，最常选用的干扰形式是阶跃干扰。10. 一般来说，自动控制系统在阶跃干扰作用下，希望 得到的过渡过程是衰减振荡过程。11. 衰减振荡过渡过程的衰减比一般取 4：1 至 10：1范围内为宜。选择题：1. 下列图形符号中，表示集中仪表盘面安装仪表的是（C）ABC2. 下列图形符号中，表示就地仪表盘后安装仪表的是BC（B）AD3. 自动控制系统方块图中带有箭头的线条表示A）A信号的相互关系，箭头指向方块表示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个环节的输出B.物料从一个设备进入另一个设备C能量从一个设备进入另一个设备D.既表示方框之间的物料流动方向，又表示方框 之间的信号流向，两者是一致的4. 自动控制系统可分为定值系统、随动系统和程序系 统，其分类标准是（D ）A.被控变量的名称B.控制器的控制规律C.控制系统的复杂程度D.给定值的特点简答题：1. 简述自动控制系统中都采用负反馈控制的原因。 答：采用负反馈，是因为当被控变量受到干扰作用后, 若使其升高，则反馈信号升高，经过比较，偏差信号 将降低，此时控制器将发出信号而使执行器动作，施 加控制作用，其作用方向与干扰作用方向相反，致使 被控变量下降，这样就达到了控制的目的。题4图2附图所示为某列管式蒸汽 加热器控制流程图。试分 别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305 所代 表的意义。答：PI-307:第3工段第07号压力指示仪表，就地安 装；TRC-303:第3工段第03号具有指示、记录功能 的温度控制器，集中仪表盘面安装；FRC-305 :第3 工段第05号具有指示、记录功能的流量控制器，集中 仪表盘面安装。3. 在研究控制系统时，为什么常采用阶跃信号作为系统的输入信号？答：因为阶跃信号具有突发性，比较危险，且持续时 间较长，对被控变量的影响较大。如果一个控制系统 能够有效地克服这种扰动的影响，那么对于其他比较 缓和的扰动也一定能够很好地克服。另外，阶跃信号 的数学表示形式简单，容易实现，便于分析、实验和 计算。4. 自动控制系统衰减振荡过渡过程主要有哪些品质指标？答：最大偏差或超调量、衰减比、余差、过渡时间、 振荡周期或频率。题8图5. 某温度控制系统在阶跃扰动 作用下的过渡过程曲线如附 图所示。已知系统给定值为40C,试问该过渡过程的最大偏差、余差、衰减比、 过渡时间(按温度进入2%新稳态值即视为达到 稳定来确定)和振荡周期分别是多少？解：最大偏差:A=45-40=5C ；余差：C=41-4O=1C； 衰减比：n=B/B，=(45-41)/(42-41)=4:l ；过渡时间： t=23min；振荡周期：T=18-5=13minS第 2 章 被控对象的数学模型填空题：1. 对象的通道是指由对象的输入变量至输出变量的信号联系。2. 对象的干扰通道是指干扰作用至被控变量的信号联系。3. 对象的控制通道是指操纵变量至被控变量的信号联系。4. 描述对象特性的三个参数分别是放大系数、时间常 数、滞后时间。5时间常数是表示对象受到输入作用后，其输出变化 快慢的参数。6. 对象纯滞后产生的原因是物料的输送或热的传递需要一段时间。7. 对象容量滞后产生的原因是物料或能量的传递需要通过一定的阻力。8. 已知某一阶对象的时间常数为5，放大系数为10,则描述该对象特性的微分方程式为5 应 + yCL 10 - xQ。 dt 选择题：1.被控对象的特性是指（ A ）A被控对象的输入与输出之间的关系B.扰动变量与操纵变量之间的关系C.操纵变量与被控变量之间的关系D.整个自动控制系统的输入与输出之间的关系2. 控制通道是指（ B ）A.操纵变量至扰动变量的信号联系 B.操纵 变量至被控变量的信号联系C.扰动变量至被控变量的信号联系D.输入变量至被控变量的信号联系3. 不具有自衡特性的是（ C ）A. 一阶对象 B.二阶对象 C.积分对 象 D.纯滞后一阶对象4. 属于对象的静态特性参数的是（A ）A.放大系数B.时间常数C.纯滞后时间D.容量滞后时间5. 对于控制通道来说，放大系数 K 大，说明（ C ）A.操纵变量对被控变量的影响小B.干扰变量对被控变量的影响小C.操纵变量对被控变量的影响大D.干扰变量对被控变量的影响大6. 干扰通道的放大系数 K 小，表明（ B ）A.操纵变量对被控变量的影响小B干扰变量对被控变量的影响小C.操纵变量对被控变量的影响大D.干扰变量对被控变量的影响大7. 某被控对象用阶跃响应曲线法测取对象特性，现得如附图所示的响应曲线，则该对象的放大系数和时间常数分别为（A. 6, 5B 5, 3C 10,5, 68A5应+ yd 6x0dtC 3应 + yd 5x(t)dt6 血 + y(t)= 5xC) d tD 6血 + y (t )= 10 x(t) dt9. 某被控对象用阶跃响应曲线法测取对象特性，现得如下图所示的响应曲线，则该对象的放大系数、时 间常数和纯滞后时间分别为( D )A5，10，5B10，5，10C10，10，10D5，5，510.某被控对象特性可用微分方程dy(t)表示，则4罟 + y(t) = 2 -x(t)该对象的放大系数和时间常数分别为( B )A 4，2B 2 ， 4C 2 ， 1D4，1简答题：1.已知某对象特性可用微分方程dy(t)来表示，T 于+y(t)=Kx(t)试写出其阶跃响应函数(阶跃输入时刻to = 0),并 说明各符号的含义。题4图答：yd KA .( - e。式中，丁为对象输 出变化量， K 为放大系数， T 为时 间常数， t 为时间， A 为阶跃输入的 幅值。2. 为了测定某物料干燥筒的对象特 性，在 to = o 时刻突然将加热蒸 汽量从 25 m3/h 增加到 28 m3/h，物料出口温度记录仪得到的阶跃响应曲线如图所示。试写出描述物料干燥筒特性的微分方程。答：放大系数，时间常数T = 6-2 =K = y(QF A = (150 120), (28 25) = 104 min,纯滞后时间e =2 min。所以，对象特性的微分方程为4心+站+ J 10乙)dt式中，y是物料干燥筒温度变化量；x是加热蒸汽流量 变化量。计算题：量的变化曲线如附图所示。试求该对象的放大系数 和时间常数。(已知ln5沁.61) 解：从图中可以看出，该对象是 一阶对象，动态方程为。其阶跃响应函数1.某温度对象在单位阶跃输入信号作用下，其被控变T 血 + yCL K - xC)dt(温度变化量与时间的关系)为yQ= KA( e-tT )o放大系数：K = yG A =(80 60)1 = 20将t = 5 min, y(t) = 76-60=16代入阶跃响应函数，即 16 = 20x( e5 t )可解出时间常数：T = 3.1 min。分析题:1.试分析不同通道的对象特性参数（K、T和T）对自 动控制系统的影响。答：控制通道：放大系数K大，操纵变量的变化对被 控变量的影响大，即控制作用对干扰的补偿能力强， 余差也小；放大系数K小，控制作用的影响不显著， 被控变量的变化缓慢。但K太大，会使控制作用对被 控变量的影响过强，使系统的稳定性下降。在相同的 控制作用下，时间常数T大，则响应慢、控制作用迟 缓、过渡时间长、超调量大；时间常数T小，则响应 快、控制及时、过渡时间短、超调量小；但T太小， 会使响应过快、容易引起振荡、降低系统稳定性。滞 后时间T的存在，使得控制作用总是落后于被控变量 的变化，造成被控变量的最大偏差增大，控制质量下 降。因此，应尽量减小滞后时间T。干扰通道：放大 系数 K 大，被控变量的波动就会很大，使得最大偏差 增大；放大系数 K 小，既使干扰较大，对被控变量仍 然不会产生多大影响。时间常数T大，干扰作用比较 平缓，被控变量变化较平稳，对象较易控制。纯滞后 的存在，相当于将干扰推迟时间才进入系统，并不 影响控制系统的品质，而容量滞后“的存在，则将使 h干扰的影响趋于缓和，被控变量的变化相应也缓和些， 因此，对系统是有利的。第 3 章 检测仪表与传感器填空题：1.仪表的精确度不仅与绝对误差有关，而且还与仪表 的测量范围有关。2工业上将仪表绝对误差折合成仪表测量范围的百分 数表示，称为相对百分误差。3.某压力表量程为0100 kPa,在50 kPa处计量检定值为49.5 kPa,那么该表在50 kPa处的相对百分误 差等于0.5%。4. 仪表的允许误差是指在规定的正常情况下仪表允许的最大相对百分误差。5. 标准信号是指物理量的形式和数值范围都符合国际标准的信号。6. 弹性式压力计中,常用的三种弹性元件分别是兰簧管、薄膜、波纹管。7. 弹性式压力计是根据弹性元件受力变形原理，将被测压力转换成位移信号来进行测压的。8. 压力传感器的作用是把压力信号检测出来，并转换成电信号输出。9. 差压式流量计是基于流体流动的卫流原理来进行流量测量的。10. 节流式流量计中，常用的三种节流元件分别是孔板、喷嘴、文丘里管。11差压式液位变送器零点迁移的目的是使H=0时，变送器输出为I0 .（如4mA）。12. 差压式液位变送器零点迁移的实质是卫变变送 器的零点。13. 热电偶温度计是根据 热电效应 原理来测量温 度的。14. 热电偶产生热电势的条件是 两热电极材料不同 且两接点温度不同。15. 热电偶的分度表是以冷端温度等于0C为基准 来分度的。16. 在0100C范围内，补偿导线与其所连接的热电 偶应具有相同的热电特性。17. 补偿电桥法是利用 不平衡电桥产生的电势 来 补偿热电偶因冷端温度变化而引起的热电势变化 值。18. 热电阻温度计是利用 金属导体的电阻值随温度 变化而变化的特性 来测量温度的。选择题：1.某压力表刻度为0100 kPa,在50 kPa处计量检定 值为49.5 kPa，那么在50 kPa处仪表的绝对误差、相对误差、相对百分误差分别是（ D ）A. 0.5 kPa， 0.5%， 1%B. 0.5 kPa， 0.5%，0.5%C. 0.5 kPa， 1%， 1%D. 0.5 kPa， 1%，0.5