3．为什么说百分比特性又叫对数特性？与直线特性比较，它有什么特点？
答：等百分比（对数）流量特性：单位相对行程变化所引起的相对流量变化与此点的相对开度成对数关系：
(-1)Q?RLQmaxl等百分比（对数）流量特性曲线斜率（放大系数）随行程的增大而增大。流量小时，流量变化小；流量大时，流量变化大。等百分比阀在各流量点的放大系数不同，但对流量的控制力却是相同的。直线阀的流量放大系数在任何一点上都是相同的，但其对流量的控制力却是不同的。
4．什么叫调节阀的可调范围？在串联管道中可调范围为什么会变化？
答：控制阀的可调范围或可调比R，为调节阀所能控制的最大流量与最小流量的比值。
R?Qmax/Qmin ，其中Qmin不是指阀门全关时的泄漏量，而是阀门能平稳控制的最小流量，约为最大流量的2～
4%。一般阀门的可调比R=30。
在串联管道中，因为随着流量的增加，管道上的压力损失增加，使得阀全开时的流量Qmax降低、可调范围降低。 5．什么是串联管道中的阀阻比S？S值的变化为什么会使理想流量特性发生变化？
答：阀阻比S表示存在管道阻力的情况下，阀门全开时，阀门前后的最小压差?pmin与系统总压差p0之比：
S??pmin/p0。
存在管道阻力的情况下，S?1，可调范围减小。随着S的减小，直线特性渐渐趋近于快开特性，等百分比特性渐渐趋近于直线特性。阀阻比S的值愈小，流量特性变形的程度愈大。实际使用中，一般S的值不低于0.3。
7．什么叫气动调节阀的气开式与气关式？起选择的原则是什么？ 答：气动调节阀在气压信号中断后阀门会复位。
无压力信号时阀全开，随着信号增大，阀门逐渐关小的称为气关式。 反之，无压力信号时阀全闭，随着信号增大，阀门逐渐开大称的为气开式 阀门气开气关式的选择原则：
当控制信号中断时，阀门的复位位置能使工艺设备处于安全状态 8．电动仪表怎样才能用于易燃、易爆场所？安全火花是什么概念？
答：电动仪表存在电路打火的可能。如果从电路设计就开始考虑防爆，把电路在短路、开路及误操作等各种状态下可能发生的火花都限制在爆炸性气体的点火能量之下，则此仪表称为安全火花防爆仪表
煤矿井下用电气设备属Ⅰ类设备；
有爆炸性气体的工厂用电气设备属Ⅱ类设备； 有爆炸性粉尘的工厂用电气设备属Ⅲ类设备。
对于Ⅱ类电气设备，电路电压限制在30VDC时，各种爆炸性混合物按最小引爆电流分为三级。
第四章 被控过程的数学模型
4．1．被控过程数学模型的作用与要求
- 21 - 39
1．在经典控制理论中，被控对象的特性一般用单输入、单输出的数学模型描述。最常用的是传递函数。 2．传递函数是指用拉氏变换式表示的对象特性。 4．2．建立被控过程数学模型的基本方法
1．求对象的数学模型有两条途径：机理法、测试（实验）法
2．机理法：根据生产过程的内部机理，列写出有关的平衡方程，从而获取对象的数学模型。 3．测试法：通过实验测试，来识别对象的数学模型。
由于影响生产过程的因素较多，单纯用机理法建模较困难，一般用机理法的分析结论，指导测试结果的辨识。 4．3．机理法建模
4．3-1．机理法建模的基本原理 4．3-2．单容过程建模
1．当对象的输入输出可以用一阶微分方程式来描述时，称为单容过程或一阶特性对象。阶特性描述。
2．单容过程是指只有一个储蓄容量的被控过程。 3．单容贮液箱液位过程I
⑴机理建模步骤：
从水槽的物料平衡关系考虑，找出表征h与Q1关系的方程式。 写成标准形式 Td?hdt??h?K??1 进行拉氏变换 传递函数为：
H(s)K?(s)?T?s?1 1⑵K?K?1?R1s??Q????h；T?A?Rs 1?Q2⑶阶跃响应：?h?K????t/T1(1?e)
⑷对象的特性参数K、T反映了对象的物理本质。
- 22 - 39
大部分工业对象可以用一 容量系数（液容）A——反映对象存储能量的能力；如水槽面积A，它影响时间常数 T 的大小。
阻力系数（液阻）RS——反映对象对物料或能量传递的阻力；如阀门阻力系数 RS ，它影响放大系数 K 的大小。 4．被控过程的自衡特性与单容贮液箱液位过程II
⑴从一阶惯性特性曲线可以看出，对象在扰动作用下，其平衡状态被破坏后，在没有人工干预或调节器干预（外部干预）下，能自动达到新的平衡状态，这种特性称为“自衡特性”。
⑵用自衡率ρ表征对象自衡能力的大小????11?
?h(?)K⑶并不是所有被控过程都具有自衡特性。同样的单容水槽如果出水用泵抽出，则成为无自衡特性。
K?1H（s）K ?Q2?0；???（A?s1s）T?s5．单容热力过程理论建模：加热装置采用电能加热，给容器输入电能加热的热流量qi，容器的热容为C，容器中液体的比热容为cp，流量为q的液体以Ti的入口温度流入，以Tc的出口温度流出（Tc同时也是容器中液体的温度）设容器所在的环境温度为T0。试求：⑴Tc与qi之间的关系；⑵Ti与T0之间的关系。
解：
⑴ 该过程输入总的热流量为：电能加热的热流量qi和流入容器液体所携带的热流量q?cp?Ti
⑵ 该过程输出总的热流量为：流出液体所携带的热流量q?cp?Tc、容器向四周环境散发的热量（容器散热表面积为A、保温材料的传热系数为Kr）Kr?A?(Tc?T0)
⑶ 根据能量平衡关系：单位时间进入容器的热流量与单位时间进出容器的热流量之差等于容器内热量存储量的变化率，可得
qi?q?cp?Ti?q?cp?Tc?Kr?A?(Tc?T0)?C⑷ 写成增量式：
dTc dt?qi?q?cp??Ti?q?cp??Tc?Kr?A?(?Tc??T0)?C⑸ 设置、整理、消除中间变量： 令：KP?q?cP为液体的热量系数 令：Kr?A?整理：
d?Tc dt1，R为热阻 RCd?TC?T??T0?KP??TC??qi?KP??Ti?C dtR若环境温度不变、流入容器的液体温度恒定，则
- 23 - 39
Cd?TC?T?KP??TC??qi?C dtRd?TC?T?KP??TC?C??qidtRd?TCC?R?KP?R?TC??TC?R??qi
dtd?TCRRC???TC???qiKP?R?1dtKP?R?1C⑹ 进行拉普拉斯变换
(CRR?s?1)?TC(s)??Qi(s)
KP?R?1KP?R?1G(s)?TC(s)R/(KP?R?1) ?Qi(s)[R/(KP?R?1)]?C?s?1⑺ 若容器绝热，流体流量q、输入热流量qi恒定，则
G(s)?TC(s)KP?R/(KP?R?1) ?Ti(s)[R/(KP?R?1)]?C?s?14．3-3．多容过程建模
1．有一个以上贮蓄容量的过程称为多容过程。 2．多容液位过程
⑴由两个一阶惯性环节串联起来，操纵变量是Δμ1 ，被控变量是第二个水槽的水位h2。 ⑵W(s)?H2(s)KK ??2?1(s)T1T2?s?(T1?T2)?s?1(T1?s?1)(T2?s?1)⑶式中：T1?A1R2；T2?A2R3；K?K?1?R3
⑷当输入量是阶跃增量Δμ1 时，被控变量Δh2的反应（飞升）曲线呈S型。为简化数学模型，可以用带滞后的单容过程来近似。
3．容量滞后与纯滞后
⑴容量滞后：在S形曲线的拐点上作一切线，若将它与时间轴的交点近似为反应曲线的起点，则曲线可表达为带滞
- 24 - 39
后的一阶特性：
切线在时间轴上截出的时间段?C为容量滞后。
被控过程的容量系数C（T0）越大，?C越大；容量个数越多（阶数n越多），也会使?C增大；阶跃响应曲线上升越慢。
⑵纯滞后
由信号或能量的传输时间造成的滞后现象，是纯粹的滞后?O。
⑶有些对象容量滞后与纯滞后同时存在，很难严格区分。常把两者合起来，统称为滞后时间?，???C??O。 4．4．测试法建模
根据工业过程中某因果变量的实测数据，进行数学处理后得到的数学模型。 测定对象特性的实验方法主要有三种：
时域法——输入阶跃或方波信号，测对象的飞升曲线或方波响应曲线。 频域法——输入正弦波或近似正弦波，测对象的频率特性。 统计相关法——输入随机噪音信号，测对象参数的变化。 4．4-1．阶跃响应曲线法建模
1．在被控过程处于开环、稳态时，将选定的输入量做一阶跃变化（如将阀门开大） ，测试记录输出量的变化数据，所得到的记录曲线就是被控过程的阶跃响应曲线。
2．有些工艺对象不允许长时间施加较大幅度的扰动，那么施加脉宽为△t的方波脉冲，得到的响应曲线称为“方波响应”。
3．由阶跃响应曲线确定被控过程传递函数
大多数工业对象的特性可以用具有纯滞后的一阶或二阶惯性环节来近似描述：
G(s)?W(s)?Ke???s
T?s?1G(s)?W(s)?y(?) ；x0Ke???s
(T1?s?1)(T2?s?1)⑴K?⑵T、?求取的作图法：S曲线的拐点做切线 ⑶T、?求取的计算法：
*y*(t1)?0.39、y（t2）?0.632；T?（2t2?t1），??2t1?t2
5．4-2．测定动态特性的频域法（不要求考）
1．在对象的输入端加特定频率的正弦信号，同时记录输入和输出的稳定波形（幅度与相位）。在选定范围的各个频
- 25 - 39