调节器。
（7）数字式控制器有哪些主要特点？简述其硬件的基本构成。
Q：1）数字式控制器的主要特点：1、采用了模拟仪表与计算机一体的设计方法，使数字式控制器的外形结构、面板布置、操作方式等保留了模拟调节器的特征。2、与模拟调节器相比具有更丰富的运算控制功能。3、具有数据通信功能，便于系统扩展。4、可靠性高具有自诊断功能，维护方便。2）数字式控制器的硬件电路由主机电路，过程输入通道、过程输出通道、人/机联系部件、通信部件等。
（18）过程控制系统的所有仪表与装置是否都应考虑安全防爆？为什么？ Q：不是。现场的所有仪表应考虑安全防爆。非危险场所的仪表则不一定要防爆，现场仪表与非危险场所（包括控制室）之间必须经过安全栅。
（19）安全栅在安全防爆系统中的主要作用是什么？简单齐纳式安全栅有何缺点？它是如何改进的？Q：1）参教材P104 ； 2) 参教材P105； 3）参教材P105
2、综合练习题
（2）已知某比例微分调节器的传递函数为
VO2a1?TDs?，试求单位阶跃输入作
TDVO1KD1?sKD用下的输出响应表达式，画出响应曲线。
Q：单位阶跃输入的拉氏变换VO1?，在阶跃输入作用下的输出拉氏变换为：
1s1?TDs1a1?TDsaVO2????TTsKDKD1?Dss(1?Ds)KDKD? DtavO2(t)?[1?(KD?1)eTD]。
KDK，对其取拉氏反变换，可得
第4章（P139）
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)。
?d?h??q1??q2??q3?Cdt???h?Q：1）微分方程组：??q2?
R2???h??q3?R3??2)过程框图：
3）传递函数：G0(s)?H(s)/Q1(s)?1 11Cs??R2R3
（5）某水槽水位阶跃响应的试验记录为： t/s h/mm 0 0 10 9.5 20 18 40 33 60 45 80 55 100 150 200 300 63 78 86 95 … … 98 其中阶跃扰动量?u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y0(t)?y(t)y(t)，图略。 ?y(?)982）一阶惯性环节传递函数：G(s)?K=
K0，又?u=10%*h(∞)=9.8，放大系数T0s?1y(?)98??10，时间常数T=100s，是达到新的稳态值的63%所用的时间。 ?u9.8
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)。
d?h1??q??q?C (1)2?1dt???q??q?Cd?h2 (2)3?2dt??hQ：列写微分方程组：??q? (3)，消去?q2和?q3，得：?2R2???h??q3?2 (4)R3???h??h??h (5)12??d?h1?h??q??C (6)?1Rdt?2 ??hd?h?h2??2?C (7)?dt?R2R3进而得：?q1?2?h?h2d?hd?h2?h，得：?h2?R，代入（7）消去中??C（C??q+）31R2R3dtdtR222Rd?q1d2?hd?h1间变量?h2， 得：CR32?C， （3?1）??h??q1+CR3dtR2dtR2dt传递函数： G0?s??H?s?/Q1?s??1?CR3s
2R1C2R3s2?C(3?1)s?R2R2
（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??q??q?Cd?h1 (1)2121?1dt?d?h2??q12??q3?C2 (2)dt???h1Q：1）液位过程的微分方程组：??q? (3) ?2R2???h??h2 (4)??q12?1R?12??h??q3?2 (5)R3??2）框图：
3）求过程传递函数：微分方程组中消去中间变量?q2,?q3,?q12得：
?h1?h1??h2d?h1??q???C (6)1?1RRdtd?h2R12?212得： ?h?RC?(?1)?h2，再消去?h1有：?1122dtR3??h1??h2??h2?Cd?h2 (7)2?R3dt?R12d2?h2C1R12C2R12d?h2R2?R12?R3C1C2R12?(C??C?)??h2??q1 122dtR3R2dtR2R3对上式进行拉氏变换得：
G0?s??H2?s?Q1?s??1R?R12?R3CRCRC1C2R12s2?(C1?112?C2?212)s?2R3R2R2R3
《自动化仪表》习题答案解析
