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1、1 华北电力大学珠海函授站 2014-2015学年第一学期期末考试 热工控制原理及系统复习题 一、单项选择题（本大题共8小题，每小题1分，共8分。从每小题的四个备选答案中，选 出一个正确答案，并将正确答案的号码写在题干后面的括号内。 ） 1. 如果系统中加入一个微分负反馈，将使系统的超调量 （ ） 。 p A. 增加 B. 减小 C. 不变 D. 不定 2. 由电子线路构成的控制器如图所示， （ ）是PD控制器。A B C D 3. 欲改善系统动态性能，一般采用（ ） 。A. 增加附加零点 B. 增加附加极点C. 同时增加附加零、极点 D. A、B、C均不行而用其它方法 4. 设系统的传递函数
2、为G(s)= ，则系统的阻尼比为（ ） 。 2 25 5 25 s s A. 25 B. 5 C. D. 1 1 2 5. 主导极点的特点是（ ） 。A. 距离实轴很远 B. 距离实轴很近 C. 距离虚轴很远 D. 距离虚轴很近 6. 单回路控制系统控制通道纯迟延时间增大，被控量动态偏差（ ） 。A. 一定增大 B. 一定减小 C. 不变 D. 可能增大，也可能减小 7. 关于数字式电液调节系统，下列叙述不正确的是（ ） 。A. 调节系统中外扰是负荷变化 B. 调节系统中内扰是蒸汽压力变化C. 给定值有转速给定与功率给定 D. 机组启停或甩负荷时用功率回路控制 8. 在三冲量给水调节系统中，校
3、正信号是（ ） 。A. 汽包水位信号 B. 蒸汽流量信号 C. 给水流量信号 D. 给水压力信号。 二、填空题（本大题共8小题，每空1分，共8分） 1. 系统在外加作用的激励下，其输出随时间变化的函数关系叫（ ）响应。 2. 线性系统稳定的充分必要条件是它的特征方程式的所有根均在复平面的（ ）部分。 3. 开环传递函数的极点和零点均位于 s左半平面的系统，称为（ ） 。 4. 从0变化到+时，惯性环节的频率特性极坐标图在第四象限，形状为（ ） 。 5. 奈氏判据是用系统的（ ）幅相频率特性曲线来判断闭环系统的稳定性。 6. 当控制系统存在经常变化、可以测量但不可控的（ ）时，可考虑采用前馈-反
4、 馈控制系统。 7. 串级控制系统中的主回路是（ ）控制系统，而副回路是随动控制系统。 8. 根据运行经验，汽包锅炉在实现自动控制时可以组成给水自动控制系统， （ ）自 动控制系统和燃烧自动控制系统等几个相对独立的控制系统。2 三、问答题(本大题共12小题，每小题5分，共60分) 1. 什么是对象的自平衡能力和无自平衡能力？ 答：按热工典型阶跃响应曲线的变化特点划分，热工对象可分为有自平衡能力对象和无自平 衡能力对象两大类。有自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象的 输出量经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态。无自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下
5、，若没有外加调节作用，对象的输出 量经过一段时间后，不能自已稳定在一个新的平衡状态，而其变化速度趋近于某一数值。 2. 试述比例调节规律的作用。 答：比例调节规律的作用是依据“偏差的大小”来动作，偏差一出现就能及时调节，比例调 节作用的输出与输入偏差量的大小成比例。但调节终了会产生静态偏差（简称静差） ，不能 实现无差调节。 3. 试述微分调节规律的作用。 答：微分调节规律的作用是根据“偏差变化速度”来进行调节，它的输出与输入偏差变化的 速度成比例，其效果是阻止被控变量的一切变化，有效地减小系统的动态偏差量，提高控制 过程的稳定性。微分作用快于比例作用，即微分作用具有超前调节的特点，因此能提前
6、给出 较大的调节作用，增加调节系统的响应速度，缩短调节过程时间。余差也减小（但不能消除） 。对滞后大的对象有很好的效果。但微分作用对恒定不变的偏差没有克服能力。微分作用过 强，会引起执行机构的大幅跳动，并引起很大的超调。 4. 设描述温度计的传递函数为1/(Ts+1)，现用其测量容器中的水温需经过30秒才能指示 出实际水温的95%，试问温度计的时间常数T 答：系统是惯性环节，水温信号相当于阶跃信号。 由惯性环节阶跃响应特性知道，当 时其稳态误差为5%，所以， ， T t s 3 3 30 T 10 T 5. 设开环传递函数G(s)= ，试说明开环系统频率特性极坐标图的起点和终点。 10 ( 2
7、)( 10) S S 答：将G(s)化成时间常数表示形式：G(s)= ， 0.5 (0.5 1)(0.1 1) s s 0.5 ( ) ( 0.5 1)( 0.1 1) G j j j 极坐标图起点：(0.5，j0) ( ) G j 极坐标图终点：(0，j0), =-180， | |=0 ( ) G j lim ( ) G j lim ( ) G j 6. 设系统的奈奎斯特图分别如下所示，试判断各系统的稳定性，并简要说明原因。 （P-表示 开环传递函数中右半S平面的极点数）3 答：(a) Z=P-2N=1-2(-1/2)=2 不稳定 (b) Z=P-2N=1-2(1/2)=0 稳定 (c) Z
8、=P-2N=0-2(0)=0 稳定 7. 串级控制系统有哪些特点?主要使用在哪些场合？ 答：串级控制系统的主要特点为：(1)在系统结构上，它是由两个串接工作的控制器构成的双闭环控制系统；主、副调节 器总的放大系数（主、副调节器放大系数的乘积）可整定得比单回路调节系统大，因此提高 了系统的响应速度和抗干扰能力，也就有利于改善调节品质。(2)由于副回路具有快速作用，对进入副回路的扰动有很强的迅速克服能力。(3)由于副回路的存在，对进入副回路的干扰有超前控制的作用，改善了对象的动态特 性，提高了系统的工作频率，因而减少了干扰对主变量的影响，对进入主回路的干扰也有较 强的克服作用，并使系统余差大大减小
9、，提高调节品质。(4)由于副回路的存在，当主调节器参数操作条件变化或负荷变化时，主调节器能自动 改变副调节器的给定值，提高了系统的自适应能力。可以补偿调节机构的滞后和非线性的影 响，具有鲁棒性。串级控制系统主要应用于：对象的滞后和时间常数很大、干扰作用强而频繁、负荷变化 大、对控制质量要求较高的场合。在火电厂中，常见的有水位串级调节系统；过热蒸汽温度调节系统；母管制并列运行锅 炉燃烧调节中主汽压力调节器与燃料调节器；单元机组采用汽轮机调速系统二次油压信号作 前馈信号的汽压串级调节系统；采用引风机出力调节的负压校正串级调节系统等。 8. 前馈控制主要应用在什么场合？ 答：前馈控制主要用于下列场合
10、：(1)干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，单纯反馈控制达不到要求时；(2)主要干扰是可测不可控的变量；(3)对象的控制通道滞后大，反馈控制不及时，控制质量差时，可采用前馈一反馈控制 系统，以提高控制质量。 9. 试述中间再热机组为什么要采用功频电液调节系统？ 答：中间再热机组由于采用单元制，锅炉的热惯性使新汽压力不能再保持恒定以及由于中间 再热的庞大中间容积，机组产生功率迟滞现象，使机组功率与流量的正比关系发生了变化， 破坏了机构液压调节系统正常工作的前提条件，此外，随着机组容量的增大，由于汽轮发电 机组的转动惯量与机组功率之间的比值减小，机组甩负荷时转速的升高容易达到不允许的数 值，因此
11、对调速系统动作的快速性提出了更高的要求。功频电液调节正是这样一种新的调 节系统，它将单冲量的频率调节改为双冲量的功频调节，将电气调节元件与液压执行机构结 合起来。功频电液调节的优点在于：大范围测速，灵敏度高，过渡过程品质好，综合信号能力强， 便于集中控制，能够实现不同的运行方式。 10. 直流锅炉自动调节的特点有哪些？ 答：直流锅炉由于各段受热面之间没有明显的分界面，除了维持锅炉出口蒸汽参数外，还需4 要维持各中间点的温度和湿度稳定，这是直流锅炉不同于汽包锅炉的特殊任务。只有维持中 间点温度稳定，才能使出口蒸汽温度稳定，同时有利于金属管道的安全运行。维持中间点湿 度稳定，才能使直流锅炉的过渡区
12、（即蒸发段）稳定，有利于锅炉的安全运行。 11. 锅炉燃烧自动调节的任务有哪些？ 答：锅炉燃烧过程自动调节与燃料种类、制粉系统设备、燃烧设备及运行方式有密切关系。 1、对大多数燃煤且有中间储仓的母管制锅炉，其燃烧自动调节的任务是：1）在外部负荷变 化时，由主调节器指挥各台锅炉及时调节燃料量，共同维持母管压力在给定值，并按预定的 比例（经济负荷）分配各台锅炉的负荷。2）根据外部负荷变化（或燃料量变化） ，使送风量 同燃料量保持恰当比例，或使烟气含氧量为最佳值，以保证锅炉经济燃烧。3）在送风量变 化的同时，自动调节引风量，以维持炉膛负压在给定值，保证锅炉安全经济运行。2、对大 多数单元制运行锅炉，
13、其燃烧调节方式可能有三种：即炉跟机方式、机跟炉方式和机炉协调 方式。 12. 单元机组采用滑压(Sliding Pressure)运行方式与定压运行方式比较，其负荷控制有何 不同？ 答：大型单元机组为提高运行效率，在较低和较高负荷时作定压运行，在一定负荷范围内滑 压运行。在主控制系统结构上，滑压与定压运行的区别仅在于汽压的给定值不同。后者为定值， 而前者为负荷的函数。此外，滑压运行要求稳态时汽轮机调门保持一定开度，因此，滑压运 行时，除了应增设汽压给定值形成回路和调门开度调节回路，以实现给定的滑压运行曲线以 外，定压运行机组负荷协调控制方案的其余部分对滑压运行机组都适用。 四、作图题（8分）
14、1. 已知系统开环传递函数为： ，概略画出其幅相频率特性曲线（极坐标图） ) 1 ( ) ( 3 Ts s K s G 的大致形状。 解： ， 3 3 2 2 2 ( ) ( ) ( 1) ( ) ( ) K K G s G j s Ts T ( ) 270 arctan G j T o 取特殊点： 时， ， 起点为正虚轴无限远 0 ( ) G j ( ) 270 G j o 时， ， 终点为360方向切入原点 ( ) 0 G j ( ) 360 G j o其幅频特性曲线为:五、计算题（本大题共2小题，每小题8分，共16分） 1. 设单位负反馈系统的开环传递函数为 5求（1）系统的阻尼比和无阻
15、尼自然频率 ；（2）系统的峰值时间 、 25 ( ) ( 6) k G s s s n p t 超调量、 调整时间 (=0.02)； s t 解：系统闭环传递函数 2 25 25 25 ( 6) ( ) 25 ( 6) 25 6 25 1 ( 6) B s s G s s s s s s s 与标准形式对比，可知 ， ， 2 6 n 2 25 n 5 n 0.6 又 2 2 1 5 1 0.6 4 d n 0.785 4 p d t 2 2 0.6 1 1 0.6 % 100% 100% 9.5% e e 4 1.33 s n t 2. 已知系统结构图如下图所示，试确定使系统稳定的 值范围。 K 解：闭环系统的传递函数为 3
