过程控制系统章节练习题及答案 第5章 习题解答.pdf

过程控制系统（第 4 版） 李国勇主编 第5 章 习题解答 习题5-1 答：所谓简单控制系统，通常是指仅由一个被控过程（或称被控对象）、一个检测变送仪表、 一个控制器（或称调节器）和一个执行器（如调节阀）所组成的单闭环负反馈控制系统，也称为单 回路控制系统。其典型方框图如下图所示。 题图5-1 简单控制系统的方框图 习题5-2 答：控制器正、反作用方式确定的基本原则是保证系统成为负反馈。也就是说为保证使整个系 统构成负反馈的闭环系统，系统中实际控制器、执行器、被控对象和检测变送仪表四部分的开环增 益之积必须为负，即 （实际控制器±）×（执行器±）×（被控对象±）×（检测变送仪表±）=（-） 其中，执行器如为气动调节阀，则其“±”取决于它的“气开”还是“气关”作用方式，“气开”为 “+”，“气关”为“-”；被控对象的“±”取决于操作变量和被控变量的关系，操作变量增大，被控变 量也增大时称其为“+”，否则称其为“-”； 检测变送仪表的“±”取决于被控变量和被控变量的测量 值的关系，被控变量增大，被控变量的测量值也增大时称其为“+”，否则称其为“-”。 如上式中实际控制器的增益为正，则控制器为正作用方式；反之为反作用方式。 习题5-3 解：(1) 计算被控对象近似为一阶惯性环节加纯迟延时的有关参数 ① 根据被控对象的传递函数，可得如题图5-3-1 所示的Simulink 系统框图xt5_3_1.mdl。 题图5-3-1 题图5-3-2 ② 将阶跃信号模块（Step）的初始作用时间(Step time)和幅值(Final value)分别改为0 和 1；在 示波器模块（Scope）的Data history 页面中，勾选Save data to workspace 选项，并将其参数名（Variable name ）修改为y，保存格式（Format ）选为Array；仿真时间设置为50 后，启动仿真，便可在示波 器中看到如题图5-3-2 所示的系统单位阶跃响应曲线。 根据示波器的运行保存结果y，利用以下命令可得题图5-3-3 所示系统的单位阶跃响应曲线。 1 过程控制系统（第 4 版） 李国勇主编 plot(y(:,1),y(:,2)) 题图5-3-3 ③ 按照 S 形响应曲线的参数求法，大致可得系统的放大系数K 、时间常数T 和延迟时间τ分 别为：K=13.7；τ=2.0；T= 9-τ=7。 (2) 计算系统采用P、PI、PID 调节规律时的控制器参数 利用以上所得被控对象近似为一阶惯性环节加纯迟延时的有关参数，根据表5-1，可得： ① P 控制时：Kc=1/δ=T/(τ*K)= 0.2555。 利用题图 5-3-4 所示的 Simulink 系统方框图xt5_3_2.mdl，将仿真时间设置为50，启动仿真， 便可在示波器中看到如题图5-3-4 所示的系统在P 控制时的单位阶跃响应曲线。 题图5-3-4 题图5-3-5 ② PI 控制时：K =1/δ=T/(1.1*τ*K)= 0.2322；T=3.3*τ=6.6。 c i 利用题图 5-3-6 所示的 Simulink 系统方框图xt5_3_3.mdl，将仿真时间设置为50，启动仿真， 便可在示波器中看到如题图5-3-