现代控制原理第二章的课后答案.doc

第二章 被控对象的数学模型 第一章 自动控制系统基本概念 1.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？ :自动控制系统中常用的几个术语其含义是： 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，用以克服干扰的影响，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。 2.自动控制系统按其基本结构形式可分为几类?其中闭环控制系统中按设定值的不同形式又可分为几种?简述每种形式的基本含义。 答1—1(a)即是一个闭环自动控制。图中控制器接受检测元件及变送器送来的测量信号，并与设定值相比较得到偏差信号，再根据偏差的大小和方向，调整蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，使热物科出口温度回到设定值上。从图l—1(b)所示的控制系统方块图可以清楚看出，操纵变量(蒸汽流量)通过被控对象去影响被控变量，而被控变量又通过自动控制装置去影响操纵变量。从信号传递关系上看，构成了一个闭合回路。 在闭环控制系统中，按照没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。 (a) (b) 图1-1闭环自动控制基本结构 (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。 开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。即操纵变量通过被控对象去影响被控变量，但被控变量并不通过自动控制装置去影响操纵变量。从信号传递关系上看，未构成闭合回路。 开环控制系统分为两种，一种按设定值进行控制，如图1-2(a)所示。这种控制方式的操纵变量(蒸汽流星)与设定值保持一定的函数关系，当设定值变化时、操纵变量随其变化进而改变被控变量。另一种是按扰动进行控制，即所谓前馈控制系统，如图1-2(b)所示。这种控制方式是通过对扰动情号的测量，根据其变化情况产生相应控制作用。进而改变被控变量。 开环控制系统不能自动地觉察被控变量的变化情况，也不能判断操纵变量的校正作用是否适合实际需要。 (a)按设定值进行控制的开环控制系统 (b)按扰动进行控制的开环控制系统 图1-2 开环控制系统基本结构 3.自动控制系统主要由哪些环节组成?各部分的作用是什么? 答:自动控制系统主要由两大部分组成。一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器、控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。 在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换成一种特定的信号(如气压信号或电压、电流信号等)。控制器将检测元件及变送器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差的大小及变化趋势。按预先设计好的控制规律进行运算后，将运算结果用特定的信号(如气压信号或电流信号)发送给执行器。 执行器能自动地根据控制器送来的信号值相应地改变流入(或流出)被控变量的物料量或能量，克服扰动的影响，最终实现控制要求。 6.什么是自动控制系统的方块图?它与工艺管道及控制流程图有什么区别? 答:自动控制系统的方块图是由传递方块、信号线(带有箭头的线段)、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个方块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式，方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统待性进行分析和研究。 而工艺管道及控制流程图则是在控制方案确定以后，根据工艺设计给出的流程图，按其流程顺序标注有相应的测量点、控制点、控制系统及自动信号、连锁保护系统的图。在工艺管道及控制流程图上设备间的连线是工艺管线，表示物料流动的方向，与方块图中线段的含义截然不同。 7.什么是控制系统的静态与动态?为什么说研究控制系统的动态比其静态更有意义 ? 答:在自动化领域内，把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为控制系统的静态。