過(guò)程控制系統(tǒng)習(xí)題解答

1、過(guò)程控制系統(tǒng)習(xí)題解答1-1 試簡(jiǎn)述過(guò)程控制的發(fā)展概況及各個(gè)階段的主要特點(diǎn)。答：第一個(gè)階段 50年代前后：實(shí)現(xiàn)了儀表化和局部自動(dòng)化，其特點(diǎn)： 1、過(guò)程檢測(cè)控制儀表采用基地式儀表和部分單元組合式儀表2、過(guò)程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大多數(shù)是單輸入、單輸出系統(tǒng)3、被控參數(shù)主要是溫度、壓力、流量和液位四種參數(shù)4、控制的目的是保持這些過(guò)程參數(shù)的穩(wěn)定，消除或減少主要擾動(dòng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響5、過(guò)程控制理論是以頻率法和根軌跡法為主體的經(jīng)典控制理論，主要解決單輸入、單輸出的定值控制系統(tǒng)的分析和綜合問(wèn)題第二個(gè)階段 60年代來(lái)：大量采用氣動(dòng)和電動(dòng)單元組合儀表，其特點(diǎn)： 1、過(guò)程控制儀表開(kāi)始將各個(gè)單元?jiǎng)澐譃楦〉墓δ?，適應(yīng)比較復(fù)雜的

2、模擬和邏輯規(guī)律相結(jié)合的控制系統(tǒng)2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)用于過(guò)程控制3、過(guò)程控制系統(tǒng)方面為了特殊的工藝要求，相繼開(kāi)發(fā)和應(yīng)用了各種復(fù)雜的過(guò)程控制系統(tǒng)（串級(jí)控制、比值控制、均勻控制、前饋控制、選擇性控制）4、在過(guò)程控制理論方面，現(xiàn)代控制理論的得到了應(yīng)用 第三個(gè)階段70年代以來(lái)：現(xiàn)代過(guò)程控制的新階段計(jì)算機(jī)時(shí)代，其特點(diǎn)： 1、對(duì)全工廠或整個(gè)工藝流程的集中控制、應(yīng)用計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行多參數(shù)綜合控制2、自動(dòng)化技術(shù)工具方面有了新發(fā)展，以微處理器為核心的智能單元組合儀表和開(kāi)發(fā)和廣泛應(yīng)用3、在線成分檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理的測(cè)量變送器的應(yīng)用4、集散控制系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用第四個(gè)階段 80年代以后：飛躍的發(fā)展，其特點(diǎn)： 1、現(xiàn)代控制理論的應(yīng)

3、用大大促進(jìn)了過(guò)程控制的發(fā)展2、過(guò)程控制的結(jié)構(gòu)已稱為具有高度自動(dòng)化的集中、遠(yuǎn)動(dòng)控制中心3、過(guò)程控制的概念更大的發(fā)展，包括先進(jìn)的管理系統(tǒng)、調(diào)度和優(yōu)化等。1-2 與其它自動(dòng)控制相比，過(guò)程控制有哪些優(yōu)點(diǎn)？為什么說(shuō)過(guò)程控制的控制過(guò)程多屬慢過(guò)程？過(guò)程控制的特點(diǎn)是與其它自動(dòng)控制系統(tǒng)相比較而言的。一、連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制連續(xù)控制指連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制，其被控量需定量控制，而且應(yīng)是連續(xù)可調(diào)的。若控制動(dòng)作在時(shí)間上是離散的（如采用控制系統(tǒng)等），但是其被控量需定量控制，也歸入過(guò)程控制。二、過(guò)程控制系統(tǒng)由過(guò)程檢測(cè)、控制儀表組成過(guò)程控制是通過(guò)各種檢測(cè)儀表、控制儀表和電子計(jì)算機(jī)等自動(dòng)化技術(shù)工具，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)檢

4、測(cè)、自動(dòng)監(jiān)督和自動(dòng)控制。一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)是由被控過(guò)程和檢測(cè)控制儀表兩部分組成。三、被控過(guò)程是多種多樣的、非電量的現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，工業(yè)過(guò)程日趨復(fù)雜，工藝要求各異，產(chǎn)品多種多樣；動(dòng)態(tài)特性具有大慣性、大滯后、非線性特性。有些過(guò)程的機(jī)理（如發(fā)酵等）復(fù)雜，很難用目前過(guò)程辨識(shí)方法建立過(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型，因此設(shè)計(jì)能適應(yīng)各種過(guò)程的控制系統(tǒng)并非易事。四、過(guò)程控制的控制過(guò)程多屬慢過(guò)程，而且多半為參量控制 因?yàn)榇髴T性、大滯后等特性，決定了過(guò)程控制的控制過(guò)程多屬慢過(guò)程；在一些特殊工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，采用一些物理量和化學(xué)量來(lái)表征其生產(chǎn)過(guò)程狀況，故需要對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制，所以過(guò)程控制多半為參量控制。五、過(guò)程

5、控制方案十分豐富過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以被控過(guò)程的特性為依據(jù)的。 過(guò)程特性：多變量、分布參數(shù)、大慣性、大滯后和非線性等。 單變量控制系統(tǒng)、多變量控制系統(tǒng)；儀表過(guò)程控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)；復(fù)雜控制系統(tǒng)，滿足特定要求的控制系統(tǒng)。六、定值控制是過(guò)程控制的一種常用方式過(guò)程控制的目的： 消除或減小外界干擾對(duì)被控量的影響，使被控量能穩(wěn)定控制在給定值上，使工業(yè)生產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)和低耗能的目標(biāo)。1-3 什么是過(guò)程控制系統(tǒng)，其基本分類(lèi)方法有哪些？過(guò)程控制系統(tǒng)：工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位、成分、粘度、濕度和pH等這樣一些過(guò)程變量的系統(tǒng)。1、按過(guò)程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分1）反饋控

6、制系統(tǒng)：是根據(jù)系統(tǒng)被控量的偏差進(jìn)行工作，偏差值是控制的依據(jù)，最后達(dá)到消除或減小偏差的目的。2）前饋控制系統(tǒng)：直接根據(jù)擾動(dòng)量的大小進(jìn)行工作，擾動(dòng)是控制的依據(jù)。3、前饋反饋控制系統(tǒng)（復(fù)合控制系統(tǒng)）：充分結(jié)合兩者的有點(diǎn)，大大提高控制質(zhì)量。2、按給定值信號(hào)的特點(diǎn)來(lái)分類(lèi)定值控制系統(tǒng)：是指系統(tǒng)被控量的給定值保持在規(guī)定值不變，或在小范圍附近不變。2、程序控制系統(tǒng)：是被控量的給定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化工作，目的是使系統(tǒng)被控量按工藝要求規(guī)定的程序自動(dòng)變化。加熱升溫或逐次降溫等。3、隨動(dòng)控制系統(tǒng)：是一種被控量的給定值隨時(shí)間任意變化的控制系統(tǒng)，主要作用是克服一切擾動(dòng)，使控量快速跟隨給定值而變化?？諝饬颗c燃料量的關(guān)系

7、。1-4 何為集散控制系統(tǒng)，試述其基本組成與各部分的作用原理。集散控制系統(tǒng)是分布（分散）控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡(jiǎn)稱，國(guó)內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。 集散控制系統(tǒng)經(jīng)歷了三代的發(fā)展，但從基本機(jī)構(gòu)上來(lái)看，他們有相同的特性，其基本結(jié)構(gòu)可分為三大部分。 現(xiàn)場(chǎng)控制裝置：完成模擬量與數(shù)字量的相互轉(zhuǎn)換，完成控制算法的

8、各種運(yùn)算，對(duì)輸入量和輸出量進(jìn)行有關(guān)的軟件濾波及其他的一些運(yùn)算。 操作管理裝置：操作員通過(guò)操作管理裝置了解生產(chǎn)的運(yùn)行狀況，并發(fā)出操作指令給生產(chǎn)過(guò)程。生產(chǎn)過(guò)程的各種參數(shù)在操作管理裝置上顯示，以便于操作人員監(jiān)視和操作。 通信系統(tǒng)：過(guò)程控制裝置與操作管理之間需要有一個(gè)橋梁來(lái)完成數(shù)據(jù)之間的傳遞和交換，這就是通信系統(tǒng)。 2-1 何為被控過(guò)程及其數(shù)學(xué)模型，模型一般可分為哪幾類(lèi)，它與過(guò)程控制有何關(guān)系？被控過(guò)程是指正在運(yùn)行中的多種多樣的被控制的生產(chǎn)工藝設(shè)備。被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是指過(guò)程在各輸入量作用下，其相應(yīng)的輸出量變化函數(shù)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。過(guò)程數(shù)學(xué)模型的兩種描述形式：非參量形式：即用曲線或數(shù)據(jù)表格來(lái)表示（形象、

9、直觀，但對(duì)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和綜合不方便）。參量形式： 即用數(shù)學(xué)方程來(lái)表示（方便，描述形式有： 微分方程、傳遞函數(shù)、差分方程、脈沖響應(yīng)函數(shù)、狀態(tài)方程等）。2-2 什么是過(guò)程通道？什么是過(guò)程的控制通道和擾動(dòng)通道？它們的數(shù)學(xué)模型是否相同？為什么？過(guò)程通道: 輸入量與輸出量間的信號(hào)聯(lián)系。擾動(dòng)通道: 擾動(dòng)作用與被控量間的信號(hào)聯(lián)系。 控制通道：控制作用與被控量間的信號(hào)聯(lián)系。不同，因?yàn)橥粋€(gè)系統(tǒng)，通道不同，輸入輸出關(guān)系不同，其數(shù)學(xué)模型亦不一樣。2-3 從階躍響應(yīng)曲線看，大多數(shù)被控過(guò)程有何特點(diǎn)？絕大部分工業(yè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性具有自衡能力，因此其模型可以近似為以下幾類(lèi)： 近似地以一階、二階、一階加滯后、二階加滯后特性

10、之一來(lái)描述。2-4 試述研究過(guò)程建模的主要目的及其建模方法？1.設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)和整定調(diào)節(jié)器參數(shù)。2.進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究。3.指導(dǎo)生產(chǎn)工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)。4.培訓(xùn)運(yùn)行操作人員。機(jī)理法：又稱數(shù)學(xué)分析法或者理論建模法，根據(jù)過(guò)程的內(nèi)在機(jī)理，通過(guò)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)物料平衡和能量平衡等關(guān)系用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法求取過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。試驗(yàn)法：在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)過(guò)程的輸入、輸出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)獲得過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。2-6圖示液位控制過(guò)程的輸入量為q1,流出量為q2、q3 ，液位h為被控變量，C為容量系數(shù)，并設(shè)R1、R2、R3均為線性液阻。要求：1) 列出液位過(guò)程的微分方程組；2) 畫(huà)出液位控制過(guò)程框圖；3) 求取液位過(guò)程的傳遞函

11、數(shù)。 ，2-13 已知某液位過(guò)程的階躍相應(yīng)數(shù)值t/s 0 10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600h/mm 0 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 8.8 11.8 14.4 16.6 18.4 19.2 19.6當(dāng)其階躍擾動(dòng)量為20%時(shí)要求：畫(huà)出液位過(guò)程的階躍響應(yīng)曲線；用一階加滯后環(huán)節(jié)近似描述, t=0 10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600;h=0 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 8.8 11.8 14.4 16.6 18.4 19.2 19.6;hstar=h/2

12、0; spline(hstar(2:14),t(2:14),0.39) 得spline(hstar(2:14),t(2:14),0.63) 得=143.2=57.3spline(t,hstar, 57.3) 得0.09 較小接近0；當(dāng) spline(t,hstar,171.9) 得0.564 與0.55較接近；當(dāng) spline(t,hstar,343.7) 得0.889 與0.865較接近；該過(guò)程可用一階加滯后環(huán)節(jié)近似描述。2-18 何為測(cè)量和測(cè)量誤差？什么是儀表的精度等級(jí)？若用測(cè)量范圍為0-200攝氏度的溫度計(jì)測(cè)溫，在正常工作條件下，進(jìn)行數(shù)次測(cè)量，其誤差分別為-0.2,0,0.1,0.3，試

13、確定該儀表的精度等級(jí)？測(cè)量：利用一個(gè)已知的單位量與被測(cè)的同類(lèi)量進(jìn)行比較，通過(guò)比較可知被測(cè)量是已知單位量若干倍的過(guò)程。測(cè)量誤差-在測(cè)量過(guò)程中測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值之間會(huì)有一定的差值。它反映了測(cè)量結(jié)果的可靠程度。 絕對(duì)誤差的最大值為0.3,0.3/200=0.15%，所以精度等級(jí)為0.22-21 試述在工程應(yīng)用中，利用熱電偶和熱電阻測(cè)溫時(shí)，必須注意哪些主要問(wèn)題？熱電偶要注意補(bǔ)償導(dǎo)線和冷端溫度補(bǔ)償，熱電偶用于較高溫度測(cè)量，500度以下用熱電阻；熱電偶使用時(shí)注意正確使用補(bǔ)償導(dǎo)線的類(lèi)型并注意配套連接。熱電阻測(cè)溫應(yīng)該注意三線制接線方法；也可以 采用四線制接法。安裝時(shí)要求儀表與介質(zhì)充分接觸；注意使用現(xiàn)場(chǎng)的工

14、作環(huán)境，合理選擇儀表的精度和量程，正確選擇安裝位置，采用正確安裝方法等保證儀表正常工作。2-29 為什么說(shuō)溫度、流量、液位等過(guò)程都可通過(guò)壓力間接測(cè)量？在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，壓力與溫度、流量或液位之間成單值函數(shù)關(guān)系。2-38 在工程應(yīng)用中選用液位檢測(cè)儀表需注意哪些問(wèn)題？（1）檢測(cè)精度 對(duì)于計(jì)量和經(jīng)濟(jì)核算的場(chǎng)合，應(yīng)選用精度等級(jí)較高的液位檢測(cè)儀表，如超聲波液位計(jì)的精度為±5mm，對(duì)于一般檢測(cè)精度可選用其它的液位計(jì)。（2）工作條件 對(duì)于測(cè)量高溫、高壓、低溫、高粘度、腐蝕性、泥漿等特殊介質(zhì)或在其他方法難以檢測(cè)的各種惡劣條件下的某些特殊場(chǎng)合（3）測(cè)量范圍：測(cè)量范圍較大，可選用電容式液位計(jì)。（4）刻度

15、范圍：最高液位或上限報(bào)警點(diǎn)應(yīng)為最大刻度的90%；正常液位為最大刻度的50%；最低液位或下限報(bào)警點(diǎn)為最大刻度的10%左右。其他：還要考慮容器的形狀、大??；被測(cè)介質(zhì)的狀態(tài)；現(xiàn)場(chǎng)安裝條件；安全性；信號(hào)輸出方式等問(wèn)題。3-3 請(qǐng)歸納一下過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容?？刂品桨傅脑O(shè)計(jì)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，包括合理選擇被控參數(shù)和控制參數(shù)、信息的獲取和變送、調(diào)節(jié)閥的選擇、調(diào)節(jié)器控制規(guī)律及正、反作用方式的確定等。工程設(shè)計(jì)：在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，包括儀表選型、控制室和儀表盤(pán)設(shè)計(jì)、儀表供電供氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)、信號(hào)及聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。工程安裝和儀表調(diào)校：系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提，安裝完畢后要對(duì)每臺(tái)儀表進(jìn)行單校和對(duì)各個(gè)回路聯(lián)校等。調(diào)

16、節(jié)器參數(shù)工程整定：保證系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。3-6 什么是直接參數(shù)與間接參數(shù)？這兩者有何關(guān)系？選擇被控參數(shù)應(yīng)遵循哪些基本原則？直接參數(shù):直接反應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，以及安全運(yùn)行的參數(shù)。間接參數(shù): 能間接反應(yīng)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量又與直接參數(shù)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系的、易于測(cè)量的參數(shù)作為被控參數(shù)。直接參數(shù)與間接參數(shù)有單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。歸納起來(lái)：1）選擇對(duì)產(chǎn)品和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等具有決定性作用的、可直接測(cè)量的工藝參數(shù)2）當(dāng)不能用直接參數(shù)作為被控參數(shù)時(shí)，應(yīng)該選擇一個(gè)與直接參數(shù)有單值函數(shù)關(guān)系的間接參數(shù)作為被控參數(shù)3）被控參數(shù)必須有足夠的靈敏度4）被控參數(shù)的選取考慮工藝過(guò)程的合理性和所用儀表的性能。3-18 已知模

17、型調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，采用數(shù)字PID算式實(shí)現(xiàn)，試分別寫(xiě)出相應(yīng)的位置型PID和增量型PID算式。設(shè)采樣周期為T(mén)=0.2s。，位置型PID 增量型PID算式 4-1 什么叫串級(jí)控制系統(tǒng)？串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可用下圖表示：4-2 與單回路系統(tǒng)相比，串級(jí)控制系統(tǒng)有哪些主要特點(diǎn)？1、改善了被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作效率2、大大增強(qiáng)了二次擾動(dòng)的克服能力 3、一次擾動(dòng)有較好的克服能力 4、副路參數(shù)變化具有一定的自適應(yīng)能力4-3 與單回路相比，為什么說(shuō)串級(jí)控制系統(tǒng)由于存在一個(gè)副回路而具有較強(qiáng)的抑制擾動(dòng)的能力？1、大大增強(qiáng)了對(duì)二次擾動(dòng)的克服能力 ，意味著串級(jí)副回路的存在能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動(dòng)、大大減

18、小了二次擾動(dòng)的影響，提高了控制質(zhì)量。2、對(duì)一次擾動(dòng)有較好的克服能力 ，意味著串級(jí)控制系統(tǒng)的抗一次擾動(dòng)的能力要比單回路控制系統(tǒng)略強(qiáng)一些。4-8 串級(jí)控制系統(tǒng)通?？捎迷谀男﹫?chǎng)合？1、 用于克服對(duì)象較大的容量滯后2、 用于克服對(duì)象的純滯后3、 用于克服變化劇烈和幅值大的干擾4、 用于克服對(duì)象的非線性4-11 前饋控制與反饋控制各有什么特點(diǎn)？前饋控制與反饋控制的特點(diǎn)：檢測(cè)：前饋控制測(cè)干擾，反饋控制測(cè)被控量；效果：克服干擾，前饋控制及時(shí)，理論上可實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，“基于擾動(dòng)消除擾動(dòng)” ；經(jīng)濟(jì)性：克服干擾，前饋控制只能一對(duì)一，不如反饋控制經(jīng)濟(jì)；穩(wěn)定性：前饋為開(kāi)環(huán)，不存在穩(wěn)定性問(wèn)題（只要每個(gè)環(huán)節(jié)都穩(wěn)定）反饋則不

19、同，穩(wěn)定性與控制精度是矛盾的；控制規(guī)律：前饋控制器的控制規(guī)律取決于被控對(duì)象和擾動(dòng)通道的特性，控制規(guī)律往往比較復(fù)雜 。4-12 在什么條件下前饋效果最好？前饋控制只有在實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償?shù)那疤嵯?，才能使系統(tǒng)得到良好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。4-16 冷凝器溫度前饋-反饋符合控制系統(tǒng)如圖4-23所示。已知擾動(dòng)通道特性；控制通道特性；溫度調(diào)節(jié)器采用PI規(guī)律。試求該復(fù)合控制系統(tǒng)中，前饋控制器的數(shù)學(xué)模型？4-19 為什么大滯后過(guò)程是一種難控制的過(guò)程？它對(duì)系統(tǒng)的控制品質(zhì)影響如何？由過(guò)程控制通道中存在的純滯后，使得被控量不能及時(shí)反映系統(tǒng)所承受的擾動(dòng)，因此這樣的過(guò)程必然會(huì)產(chǎn)生較明顯的超調(diào)量和需要較長(zhǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間，被公認(rèn)為較難控制的

20、過(guò)程。當(dāng)增加時(shí)，過(guò)程中的相位滯后增加而使超調(diào)量增大甚至?xí)驗(yàn)閲?yán)重超調(diào)而出現(xiàn)聚爆、結(jié)焦等事故，此外大滯后會(huì)降低整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。4-25 什么叫比值控制系統(tǒng)？常用比值控制方案有哪些？并比較優(yōu)缺點(diǎn)。凡是兩個(gè)或多個(gè)變量自動(dòng)維持一定比值關(guān)系的過(guò)程控制系統(tǒng)，統(tǒng)稱為比值控制系統(tǒng)。開(kāi)環(huán)比值控制: 簡(jiǎn)單、成本低；只有當(dāng)Q1變化時(shí)才起控制作用；Q2變化時(shí)Q1不會(huì)響應(yīng)，比例關(guān)系被破壞。單閉環(huán)比值控制: 能克服開(kāi)環(huán)比值方案的不足。優(yōu)點(diǎn)：不但能實(shí)現(xiàn)流量的副量跟隨主量變化，而且能克服流量干擾等。缺點(diǎn)：主流量不受控。雙閉環(huán)比值控制：能克服單閉環(huán)主流量不受控的不足。升降負(fù)荷比較方便。變比值控制：在有些生產(chǎn)過(guò)程中，要求兩

21、種物料流量的比值隨第三個(gè)變量的變化而變化。比值只是一種手段，不是最終目的，而第三變量Y(s)往往是產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。4-27 設(shè)計(jì)比值控制系統(tǒng)時(shí)需解決哪些主要問(wèn)題？4-29 在制藥工業(yè)中，為了增強(qiáng)藥效，需要對(duì)某種成分的藥物注入一定量的鎮(zhèn)定劑、緩沖劑或加入一定的酸或堿，使藥物呈現(xiàn)酸性或堿性。這種注入過(guò)程一般在一個(gè)混合槽中進(jìn)行。生產(chǎn)要求藥物與注入劑混合后的含量必須符合規(guī)定的比例。同時(shí)在混合過(guò)程中不允許藥物流量突然發(fā)生變化，比免引起混合過(guò)程產(chǎn)生局部的化學(xué)反應(yīng)。 為了防止發(fā)生要求流量q產(chǎn)生急劇變化，通常在混合槽前面增加一個(gè)停留槽，如圖4-93所示，使藥物流量先進(jìn)入停留槽，然后再進(jìn)入混合槽，同時(shí)停留槽設(shè)有液

22、位控制，從而使q經(jīng)停留槽后的流量q1平緩變化。為了保證藥物與注入劑按嚴(yán)格規(guī)定的比例數(shù)值混合，設(shè)計(jì)了圖示比值控制系統(tǒng)流程圖。試由控制流程圖畫(huà)出框圖，確定調(diào)節(jié)閥的氣開(kāi)、氣關(guān)形式和調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。V1 氣關(guān)式 LC 反作用F1C 正作用V2 氣開(kāi)式 F2C 反作用4-30 什么叫分程控制？怎樣實(shí)現(xiàn)分程控制？由一個(gè)控制器的輸出信號(hào)分段分別去控制兩個(gè)或兩個(gè)以上控制閥動(dòng)作的系統(tǒng)稱為分程控制系統(tǒng)。分程控制是通過(guò)閥門(mén)定位器或電氣閥門(mén)定位器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。4-42 什么叫解耦控制，若已知相對(duì)增益矩陣為，試問(wèn)這兩個(gè)回路需要解耦嗎，為什么？變量間的耦合給過(guò)程控制帶來(lái)了很大困難。而單回路控制系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的控制方案。

23、因此解決多變量耦合過(guò)程控制的最好方法就是解決變量之間不希望的耦合，形成各個(gè)獨(dú)立的單輸入單輸出控制通道，使得該過(guò)程的傳遞函數(shù)為： 表示過(guò)程無(wú)耦合，可按單回路控制方法獨(dú)立整定調(diào)節(jié)器參數(shù)。 4-43 已知3*3系統(tǒng)各通道靜態(tài)增益矩陣為試求相對(duì)增益矩陣，選擇最好的控制回路，并分析該過(guò)程是否要解耦。 u3對(duì)y1, u2對(duì)y2, u1對(duì)y3, 需要解耦4-45 圖4-101所示的2*2過(guò)程，欲使與和與配對(duì)構(gòu)成兩個(gè)回路，試求兩個(gè)裝置的數(shù)學(xué)模型。,4-46 解耦控制系統(tǒng)工程實(shí)施中需要注意哪些問(wèn)題？什么叫部分解耦？它具有什么特點(diǎn)？1、穩(wěn)定性2、部分解耦3、解耦系統(tǒng)的簡(jiǎn)化部分解耦是一種有選擇的解耦，使用時(shí)必須首先

24、確定哪些過(guò)程是需要解耦的，對(duì)此通常有兩點(diǎn)可以考慮：1）被控參數(shù)的相對(duì)重要性。對(duì)重要控制回路解耦。2）被控參數(shù)的響應(yīng)速度。響應(yīng)快的被控參數(shù)受響應(yīng)慢的參數(shù)通道的影響?。粚?duì)響應(yīng)慢的通道解耦。4-47 什么是模糊集合，什么是清晰集合，它們各有什么特點(diǎn)？模糊集合可用隸屬函數(shù)表示，式中，A稱為模糊集合，由0,1及 構(gòu)成，表示元素屬于模糊集合A的程度，取值范圍是0，1，稱為屬于模糊集合A的隸屬度。1、隸屬函數(shù)的值域?yàn)?,1，它將普通集合只能取0，1兩個(gè)值，推廣到0,1閉區(qū)間上連續(xù)取值。隸屬函數(shù)的值越接近于1，表示元素屬于模糊集合的程度越大。反之，越接近于0，表示元素屬于模糊集合的程度越小。2、隸屬函數(shù)完全刻

25、畫(huà)了模糊集合，隸屬函數(shù)是模糊數(shù)學(xué)的基本概念，不同的隸屬函數(shù)所描述的模糊集合也不同。清晰集合可用特征函數(shù)表示，例如“男人”和“女人”這樣一對(duì)集合是有明確界線的，可用特征函數(shù)來(lái)表示。然而，對(duì)于諸如“速度的快慢”、“年齡的大小”、“溫度的高低”等模糊概念沒(méi)有明確的外延。4-48 試比較隸屬函數(shù)與特征函數(shù)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。1、隸屬函數(shù)的值域?yàn)?,1，它將普通集合只能取0，1兩個(gè)值，推廣到0,1閉區(qū)間上連續(xù)取值。 2、隸屬函數(shù)完全刻畫(huà)了模糊集合，隸屬函數(shù)是模糊數(shù)學(xué)的基本概念，不同的隸屬函數(shù)所描述的模糊集合也不同。特征函數(shù)可用來(lái)表示有明確界線的集合，如“男人”和“女人”這樣一對(duì)集合。然而，對(duì)于諸如“速度的

26、快慢”、“年齡的大小”、“溫度的高低”等模糊概念沒(méi)有明確的外延。4-52 已知中的模糊關(guān)系和中的模糊關(guān)系分別為試求中的合成關(guān)系和。4-53 基本模糊控制器有哪幾部分組成，簡(jiǎn)述各部分在構(gòu)成控制系統(tǒng)中的作用。1、模糊化接口（Fuzzy Interface） 將確定量的轉(zhuǎn)換成模糊量，作為模糊推理機(jī)的輸入。2、知識(shí)庫(kù)（Knowledge BaseKB）知識(shí)庫(kù)由數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)兩部分構(gòu)成。（1）數(shù)據(jù)庫(kù) 數(shù)據(jù)庫(kù)所存放的是所有輸入、輸出變量的全部模糊子集的隸屬度矢量值（即經(jīng)過(guò)論域等級(jí)離散化以后對(duì)應(yīng)值的集合），若論域?yàn)檫B續(xù)域則為隸屬度函數(shù)。在規(guī)則推理的模糊關(guān)系方程求解過(guò)程中，向推理機(jī)提供數(shù)據(jù)。（2）規(guī)則庫(kù) 模糊

27、控制器的規(guī)則庫(kù)基于專(zhuān)家知識(shí)或手動(dòng)操作人員長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)，它是按人的直覺(jué)推理的一種語(yǔ)言表示形式。模糊規(guī)則通常有一系列的關(guān)系詞連接而成。3、推理與解模糊接口（Inference and Defuzzy-Interface） 推理是模糊控制器中，根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來(lái)求解模糊關(guān)系方程，并獲得模糊控制量的功能部分。正向推理常被用于模糊控制中，而逆向推理一般用于專(zhuān)家系統(tǒng)中。 4-54 設(shè)模糊推理規(guī)則為“若則”，已知，如果輸入量為，試用強(qiáng)度轉(zhuǎn)移法求出輸入量。若輸入為，則應(yīng)為多少？ ，4-56 解模糊有哪幾種算法，試用所列算法計(jì)算上題的清晰輸出？1） 最大隸屬度法; 2）重心法(A&#

28、215;B)=R=(A×B)T1×C= (A1×B1)T2=模糊輸出為最大隸屬度法(u2+u3)/2;重心法：(0.3*u1+0.4*u2+0.4*u3)/1.14-57 基本模糊控制器有哪些設(shè)計(jì)內(nèi)容，其轉(zhuǎn)移系數(shù)、如何選定？1、定義輸入輸出變量2、定義所有變量的模糊化條件3、設(shè)計(jì)控制規(guī)則庫(kù)4、設(shè)計(jì)模糊推理結(jié)構(gòu)5、選擇精確化策略的方法確定各輸入、輸出變量的變化范圍，量化等級(jí)和量化因子。例如，三個(gè)語(yǔ)言變量的量化等級(jí)都為9級(jí)，即 誤差e的論域?yàn)?50,50，誤差變化de的論域?yàn)?150,150?？刂戚敵鰑的論域?yàn)?64,64。則各比例因子為：4-58 討論基本模糊控制器在實(shí)際應(yīng)用的缺點(diǎn)，你認(rèn)為應(yīng)從哪些途徑加以改進(jìn)，簡(jiǎn)述某種方法的思路?；灸：刂破髟趯?shí)際應(yīng)用的缺點(diǎn)：1、固定轉(zhuǎn)換系數(shù)將難以同時(shí)滿足動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的要求，一種改善的方法是在輸入不同的時(shí)候設(shè)置不同的轉(zhuǎn)換系數(shù)，例如將偏差分成幾個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域有不同的系數(shù)，隨著偏差的減小，系數(shù)也跟著減小，這樣小偏差就不會(huì)產(chǎn)生大的超調(diào)。2、基本模糊控制器相當(dāng)于PD控制，所以靜態(tài)性能不理想，如果能實(shí)現(xiàn)PI控制的功能，就可以做到無(wú)靜態(tài)偏差，