1、第 3 章 习题与思考题3-1 什么是控制器的控制规律？控制器有哪些基本控制规律？解答：1）控制规律：是指控制器的输出信号与输入偏差信号之间的关系。2）基本控制规律：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制和比例积分微分控制。3-2 双位控制规律是怎样的？有何优缺点？解答：1）双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小。2）缺点：在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下作等幅振荡，无法稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制阀也只有两个极限位置，总是过量调节所致。3）优点：偏差在中间区内时，控制机构不动作，可以降低控制机构开关的频繁程度
2、，延长控制器中运动部件的使用寿命。3-3 比例控制为什么会产生余差？解答：产生余差的原因：比例控制器的输出信号 y 与输入偏差 e 之间成比例关系：eKp为了克服扰动的影响，控制器必须要有控制作用，即其输出要有变化量，而对于比例控制来讲，只有在偏差不为零时，控制器的输出变化量才不为零，这说明比例控制会永远存在余差。3-4 试写出积分控制规律的数学表达式。为什么积分控制能消除余差？解答：1）积分控制作用的输出变化量 y 是输入偏差 e 的积分： edtTy12）当有偏差存在时，输出信号将随时间增大（或减小） 。当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。因而积分控制器组成控制系统可以到达无余差。
3、3-5 什么是积分时间？试述积分时间对控制过程的影响。解答：1） edtTy1积分时间是控制器消除偏差的调整时间，只要有偏差存在，输出信号将随时间增大（或减小） 。只有当偏差为零时，输出停止变化，保持在某一值上。2） 在实际的控制器中，常用积分时间 Ti 来表示积分作用的强弱，在数值上，T i=1K i 。显然，T i 越小，K i 就越大，积分作用就越强，反之亦然。3-6 某比例积分控制器输入、输出范围均为 420mA，若将比例度设为100%、积分时间设为 2min、稳态时输出调为 5mA，某时刻，输入阶跃增加0.2mA，试问经过 5min 后，输出将由 5mA 变化为多少？解答：由比例积分
4、公式： 分析：edtTPy1依题意： ，即 K p =1, TI= 2 min , e0.2；%01p稳态时：y 0 5mA，5min 后： mAedtTPy)7.05()52.013-7 比 例 控 制 器 的 比 例 度 对 控 制 过 程 有 什 么 影 响 ？ 调 整 比 例 度 时 要 注 意 什 么 问 题 ？解 答 ： P741） 控 制 器 的 比 例 度 P 越 小 ， 它 的 放 大 倍 数 就 越 大 ， 它 将 偏 差 放 大 的 能 力pK越 强 ， 控 制 力 也 越 强 ， 反 之 亦 然 ， 比 例 控 制 作 用 的 强 弱 通 过 调 整 比 例 度 P 实
5、 现 。2） 比 例 度 不 但 表 示 控 制 器 输 入 输 出 间 的 放 大 倍 数 ， 还 表 示 符 合 这 个 比 例 关系 的 有 效 输 入 区 间 。 一 表 的 量 程 是 有 限 的 ， 超 出 这 个 量 程 的 比 例 输 出 是 不 可 能 的 。所 以 ， 偏 差 的 变 化 使 控 制 器 的 输 出 可 以 变 化 全 量 程 （ 16mA） ， 避 免 控 制 器 处 于饱 和 状 态 。3-8 理想微分控制规律的数学表达式是什么？为什么常用实际为分控制规律？解答：1） dteTyD2）由于理想微分运算的输出信号持续时间太短，往往不能有效推动阀门。实际应用
6、中，一般加以惯性延迟，如图 3-7 所示，称为实际微分。3-9 试写出比例、积分、微分（PID）三作用控制规律的数学表达式。解答： dteTtePyD13-10 试分析比例、积分、微分控制规律各自的特点，积分和微分为什么不单独使用？解答：1）比例控制及时、反应灵敏，偏差越大，控制力越强；但结果存在余差。2）积分控制可以达到无余差；但动作缓慢，控制不及时，不单独使用。3）微分控制能起到超前调节作用；但输入偏差不变时，控制作用消失，不单独使用。3-11 DDZ-型基型控制器由哪几部分组成？各组成部分的作用如何？解答：P791）组成如图 3-11 所示。2）作用参照 P79。3-12 DDZ-型控制
7、器的软手动和硬手动有什么区别？各用在什么条件下？解答：1）软手动操作是指调节器的输出电流 I0 与手动操作的输入信号成积分关系；硬手动操作是指调节器的输出电流 I0 与手动操作的输入信号成比例关系。2）软手动操作：系统投运硬手动操作：系统故障3-13 什么叫控制器的无扰动切换？在 DDZ-型调节器中为了实现无扰切换，在设计 PID 电路时采取了哪些措施？解答：P841）调节器进行状态转换后，输出值不发生跳动，即状态转换无冲击。2）C M、C I。P85 中。3-14 PID 调节器中，比例度 P、积分时间常数 、微分时间常数 分别具有ITDT什么含义？在调节器动作过程中分别产生什么影响？若将
8、取、 取 0，分I别代表调节器处于什么状态？解答：比例度 P 含义：使控制器的输出变化满量程时（也就是控制阀从全关到全开或相反） ，相应的输入测量值变化占仪表输入量程的百分比。比例作用的强弱取决于比例度的大小。积分时间常数 含义： 越小，积分作用越强；越大积分作用越弱；若将ITI取 ，则积分作用消失。IT微分时间常数 含义： 越大，微分作用越强； 取 0，微分作用消失。D DT3-15 什么是调节器的正/反作用？在电路中是如何实现的？解答：1）正作用：偏差=测量值-给定值；反作用：偏差=给定值-测量值。2）运放输入端的切换开关实现的。3-16 调节器的输入电路为什么要采取差动输入方式？输出电路是怎样将输出电压转换成 420mA 电流的？解答：1）采用差动输入方式，可以消除公共地线上的电压降带来的误差。2）参照 P83 下的输出电路。3-18 给出实用的 PID 数字表达式，数字仪表中常有哪些改进型 PID 算法？解答：1） P91 式（ 3-18）2）改进的算法：
