工业过程与过程控制4单元课后习题.doc

第4章
1、基本练习题
（1）什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？为什么要研究过程的数学模型？目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种？
Q：1）被控过程的特性：被控过程输入量与输出量之间的关系。2）被控过程的数学模型：被控过程的特性的数学描述，即过程输入量与输出量之间定量关系的数学描述。3）研究过程的数学模型的意义：是控制系统设计的基础；是控制器参数确定的重要依据；是仿真或研究、开发新型控制策略的必要条件；是设计与操作生产工艺及设备时的指导；是工业过程故障检测与诊断系统的设计指导。4）主要方法：机理演绎法、试验辨识法、混合法。

（2）响应曲线法辨识过程数学模型时，一般应注意哪些问题？
Q：试验测试前，被控过程应处于相对稳定的工作状态；相同条件下应重复多做几次试验；分别作正、反方向的阶跃输入信号进行试验；每完成一次试验后，应将被控过程恢复到原来的工况并稳定一段时间再做第二次试验；输入的阶跃幅度不能过大也不能过小。

（4）图4-30所示液位过程的输入量为q1，流出量为q2、q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻。要求：1）列写该过程的微分方程组。2）画出该过程框图。3）求该过程的传递函数G0(s)=H(s)/Q1(s)。
Q：1）微分方程组：
2)过程框图：

3）传递函数：

（5）某水槽水位阶跃响应的试验记录为：
t/s
0
10
20
40
60
80
100
150
200
300
…

h/mm
0
9.5
18
33
45
55
63
78
86
95
…
98
其中阶跃扰动量为稳态值的10%。
1）画出水位的阶跃响应标幺值曲线。2）若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益K和时间常数T。
Q：1）阶跃响应标幺值，图略。
2）一阶惯性环节传递函数：，又=10%*h(∞)=9.8，放大系数K=，时间常数T=100s，是达到新的稳态值的63%所用的时间。

（6）、有一流量对象，当调节阀气压改变0.01MPa时，流量的变化如表。
若该对象用一阶惯性环节近似，试确定其传递函数。

解：方法一：作图得，T1=5.2S;
方法二：

我们用两种方法求平均：

传递函数：
（7）

2、综合练习题
（1）如图4-32所示，q1为过程的流入量，q2为流出量，h为液位高度，C为容量系数。若以q1为过程的输入量，h为输出量（被控量），设R1、R2为线性液阻，求过程的传递函数G0(s)=H(s)/Q1(s)。

Q：列写微分方程组：，消去，得：
进而得：，得：，代入（7）消去中间变量， 得：，
传递函数：

（2）已知两个水箱串联工作，其输入量为q1，流出量为q2、q3，h1、h2分别为两个水箱的水位，h2为被控参数，C1、C2为其容量系数，假设R1,R2 ,R12 ,R3 为线性液阻。要求：
1）列出该液位过程的微分方程组。
2）画出该过程的框图
3）求该液位过程的传递函数G0(s)=H2(s)/Q1(s)。

Q：1）液位过程的微分方程组：
2）框图：

3）求过程传递函数：微分方程组中消去中间变量得：得：，再消去有：

对上式进行拉氏变换得：

（3）