衡状态的能力称为有自衡能力，这种对象称为有自衡能力的被控对象。
17．前馈控制适用于什么场合？
答案：前馈控制是按扰动而进行控制的，因此，前馈控制常用于的场合：
a) 一是扰动必须可测，否则无法实施控制； b)
二是必须经常有比较显著和比较频繁的扰动，否则无此必要。 c)
三是存在对被控参数影响较大且不易直接控制的扰动。
18．分别说明比例、积分、微分控制对控制系统的
作用。
答案：比例控制影响系统的动态特性和系统的稳定性；积分控制的作用是可以消除系统余差；微分控制可以提高系统的响应速度，克服对象容量滞后的影响。
19．前馈控制适用于什么样的场合？
前馈控制是按扰动而进行控制的，因此，前馈控制常用于以下场合：1) 扰动必须是可测的，否则无法实施控制；2) 必须经常有比较明显和频繁的扰动，否则没有必要；3) 存在对被控参数较大而且不易直接控制的扰动。
20．为什么前馈控制常与反馈控制构成前馈—反
馈控制系统？
答案：前馈控制是一种补偿控制。一般来讲，前馈控制无法全部补偿扰动对被控变量所产生的影响。因此，单纯的前馈控制系统在应用中就会带来一定的局限性。为克服这一弊端，前馈控制常与反馈控制联用，构成前馈—反馈控制系统。对最主要的、显著的、频繁的无法直接控制的扰动，由前馈来进行补偿控制；对无法完全补偿的扰动影响，由反馈控制根据其对被控变量所产生的偏差大小来进行控制。
五、 计算题（本题共计15分，包括2小题） 1． （5分）某控制系统用稳定边界法分别整定控
制器参数，已知临界比例度
?k?25%，
Tk?4.5min，试分别确定用
PI和PID
作用时的控制器参数。稳定边界法计算表如
下。
控制参数 控制作用 ? TI TD P 2?k - - 2.20.85PI ?k T- k 1.70.50.13PID ?k Tk Tk 解：
对于PI 控制器查表得：
P?2.2?k?2.2?25%?0.55
TI?0.85Tk?0.85?4.5?3.825
对于PI D控制器查表得：
P?2.2?k?2.2?25%?0.55
TI?0.85Tk?0.85?4.5?3.825 TD?0.13Tk?0.13?4.5?0.585 2． （5分）某控制系统用4：1衰减曲线法分别整
定控制器参数。将积分时间调至最大，微分时间调至最小，对系统施加阶跃信号，经过调节后系统的衰减比为4：1，此时记录下来的比例
度?s?56%和时间参数Ts?5.1min。试
分别确定用PI和PID作用时的控制器参数。4：1衰减曲线整定经验参数表如下。
控制参数 控制作用 ? TI TD P ?s - - PI 1.20. ?5T- s s PID 解：
对于PI 控制器查表得：
0.80.30.11) 由于 I0得
?s Ts Ts ?K??16?4
P?1.2?s?1.2?56%?0.67
K???I0?4?/16?(16?4)/16?0.75②
所以
TI?0.5Tk?0.5?5.1?2.55
对于PI D控制器查表得：
K??K
P?0.8?s?0.8?56%?0.48
Q1maxQ2max①
TI?0.3Tk?0.3?5.1?1.53 TD?0.1Ts?0.1?5.1?0.51
3． （10分）一个流量双闭环比值控制系统如题
5.2图所示。其比值用DDZ-Ⅲ型乘法器实现。
已知Q1maxK?K?Q2max32000?0.75??0.9Q1max26500② 2)
由仪表的比例系数定义，K'??26500m3/h，
Q2max?32000m3/h。求：
a) b)
画出控制系统的结构图。 当I0I2?4mA ①
I1?4mA得：I2即：I2?K'(I1?4mA)?4mA② ?0.9?(10?4)?4?9.4mA②
?16mA时，比值控制系统的比
?16mA，
4． 一个比值流量控制系统用DDZ-Ⅲ型乘法器来
进行比值运算，其原理图如题3图所示。流量用孔板配差压变送器来测量，但没有开方器，已
知
值K及比值系数K'分别为多少。 c)
待比值系统稳定时，测得I1试计算此时的I2为多大。
Q1?m3600akg/h，
Q2max?2000kg/h。
a) b)
试画出比值控制系统的结构图。 如果要求比值为Q1:Q2?2:1，应如
何设置乘法器的设定值I0。 （
乘
法
器
的
输
出
I'?(I1?4)?(I0?4)?4）
16
题5.2图 流量双闭环比值控制系统原理图 解：
①②③④⑤ 六、 应用题（15） 1.
为了获得被控对象的动态特性，常用的实验方法之一是给被控对象施加一个阶跃扰动信号，观察其响应，从而有观察到的信息分析其特性。但由于某些生产过程的被控对象不允许长时间施加这样的干扰信号，所以人们采用矩形脉冲信号取代阶跃扰动，获得观测数据，再将脉冲响应曲线转换成阶跃响应曲线，以便于特性提取。题图6为一个矩形扰动脉冲x（宽度为t0，高度为A）施加到被控对象上的响应曲线y。用所学过的控制理论知识，将该脉冲响应曲线转换成高度为A的阶跃信号响应曲线。要求分析转换机理，写出转换步骤。
题3图 单闭环乘法比值控制系统原理图 解：
流
量
的
最
大
量
程
分
别
为
F1m?a3x60k0gh/?2000kg/h。，F2max流量与检测电流的关系为，I1?16?F1?4，F1max，乘
I2?16?F2F?4，流量比值为K?2F2maxF1法器的输出为I'?稳态时有I'?(I1?4)?(I0?4)?4。
16I2，即：
I2?(I1?4)?(I0?4)?4，
16(I2?4)?4，I0?16K'?4。
(I1?4)22I0?16?题6图 矩形脉冲输入/输出曲线
答：设被控对象特性为线性特性，由叠加原理，输入一个矩形脉冲信号，相当于施加两个阶跃信号，
2一个在=0处，另一个在3600?1t?2t=t0处。⑤
不加开方器情况，要进行非线性处理：
‘K非?性?F1max??F2F1max???K??????????0.9?0.81FFF22000??y1，将所测绘的响应曲线按时间间隔2max???12max?设阶跃响应为
t0等分。在第一区间，y1(t0)= y1(t0)。在第二区间
y1(2t0)= y(2t0)+ y1(t0)。第三区间，y1(3t0)= y(3t0)+ y1(2t0)。以此类推，将前一区间的阶跃响应曲线叠加到本区间的脉冲响应曲线上，即可得到本区间的
?阶跃响应曲线。⑤其响应曲线见下图。16.96mA
乘法器的设置值：
‘I0?K非线性?16?4?0.81?16?4
阶跃响应曲线⑤
2.
为了获得被控对象的动态特性，常用的实验方法之一是给被控对象施加一个阶跃扰动信号，观察其响应，从而有观察到的信息分析其特性。但由于某些生产过程的被控对象不允许长时间施加这样的干扰信号，所以人们采用矩形脉冲信号取代阶跃扰动，获得观测数据，再将脉冲响应曲线转换成阶跃响应曲线，以便于特性提取。题图6为一个矩形扰动脉冲x（宽度为t0，高度为A）施加到被控对象上的响应曲线y。用所学过的控制理论知识，将该脉冲响应曲线转换成高度为A的阶跃信号响应曲线。要求分析转换机理，写出转换步骤。
3.
在某一蒸汽加热器的控制系统中，用响应曲线