自动调节课后习题答案

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1、第一章答案1 - 1试列举生产过程或生活中自动调节的例子， 并分别说出它们各自的被调量, 调节作用量以及可能受到的各种扰动答：汽包锅炉给水自动调节系统被调量汽包水位H调 节 量W扰 动 蒸 汽 量D锅炉燃烧率过热蒸汽温度自动控制系统过热蒸汽温度 减温水流量变化扰动：蒸汽流量变化 烟气量变化再热蒸汽温度自动控制系统再热蒸汽出口温度烟气量扰动： 受热血机会给水温度的变化燃料改变过量空气系数的变化燃烧过程自动控制气压Pt过剩空气系数a炉膛负压S1调节量： 燃烧量B送风量V引风量G扰动：燃烧率负荷( 汽轮机调节门开度汽轮机进气流量)以电厂锅炉运行中炉膛压力的人工控制为例，被调量是炉膛压力，调节量是引风

2、量，各种扰动包括内扰和外扰,如炉膛负荷送风量等。 在锅炉过热蒸汽温度控制系统中， 被调量是过热器出口过热蒸汽温度。 在锅炉负荷控制系统中，被调量是主蒸汽压力，调节量是锅炉燃料量，扰动是汽机进汽量。1 - 2实际生产过程中常采用哪几种类型的自动调节系统答: 按给定值信号的特点分类， 有: 恒值调节系统， 程序调节系统和随机调节系统.按调节系统的结构分类， 有: 反馈调节系统， 前馈调节系统和前馈- 反馈的复合调节系统.按调节系统闭环回路的树木分类：单回路调节系统多回路调节系统按调节作用的形式分类：连续调节系统离散调节系统按系统特性分类：线性调节系统非线性调节系统1 - 3为什么在自动调节系统中经

3、常采用负反馈的形式答咱动调节系统采用反馈控制的目的是消除被凋量与给定值的偏差. 所以控制作用的正确方向应该是: 被调量高于给定值时也就是偏差为负时控制作用应向减小方向， 当被调量低于给定值时也就是偏差为正时控制作用应向加大方向,因此: 控制作用的方向与被调量的变化相反， 也就是反馈作用的方向应该是负反馈. 负反馈是反馈控制系统能够完成控制任务的必要条件.1 - 4前馈调节系统和反馈调节系统有哪些本质上的区别答: 反馈调节系统是依据于偏差进行调节的， 由于反馈回路的存在, 形成一个闭合的环路， 所以也称为闭环调节系统. 其特点是: ( 1 )在调节结束时， 可以使被调量等于或接近于给定值;( 2

4、 )当调节系统受到扰动作用时， 必须等到被调量出现偏差后才开始调节， 所以调节的速度相对比较缓慢.而前馈调节系统是依据于扰动进行调节的， 前馈调节系统由于无闭合环路存在， 亦称为开环调节系统. 其特点是： ( 1 )山于扰动影响被调量的同时， 调节器的调节作用已产生， 所以调节速度相对比较快;( 2 )由于没有被调量的反馈, 所以调节结束时不能保证被调量等于给定值.1 - 5如何用衰减率来判断调节过程的稳态性能答: 衰减率W作为稳定性指标比较直观形象， 在系统的调节过程曲线上能够很方便地得到它的数值2= 1是非周期的调节过程= 0是 等 幅 振 荡 的 调 节 过 程 是 衰 减 振 荡 的

5、调 节 过 程 ,t | / R (s) = 1/ s2 2 12 1C (s) = - R (s) = -= - + ( 2 + s) ( l + s) ( 2 + s) ( l + s) s s 1 + 5 2 + sc ( f ) = l- 2 / +e-2( c ) r ( f ) = 0. 5f nR ( s) = 0. 5/ r、 5 c /、 1 2 . 5 6. 2 5 6. 2 5C (s) = - R (s) = -7 = - - + -1 + 2 . 55 ( 0. 4 + 5) ? s 1 + 2 . 55c ( f ) = 2 . 5f - 6. 2 5 + 6. 2

6、 5e - *2 - 5 试筒化下图所示方框图，并 求 传 递 函 数 也 。R ( s)习题2 - 5图解 ：( a )C ( s) ( G l( s) + G 3 ( s) ) G 2 ( s)丽 - l + G 2 ( s) l( s) + G 2 G ) 2 G ) G l( s)( b )C ( s) _ G l( s) ( l + l( s) ) G 2 ( s)丽一 + “l( s) + G l( s) “l( s)2 - 6试简化下图所示方框图，并分别求出传递函数( a ) 的、 丛 幼 、( c )匚 但 、(d)2。R | ( s) R2(S) / (S) & (S)题2-

7、6图解 ：令 &( s尸0 ,则方框图简化为( a ) C ( S ) =_ _ _ _ _ _ _ _G | ( S ) _ _ _ _ _ _ _ _C i 祈 一 1 + G (S)G2( GG3(S)G4(S)( c ) G = G|(S)G2(S)G3(S) )-1 + G , ( 5) G2( 5) G3( 5) G4( . V )令飞( s) = 0,则方框图简化为八、 G ( s) - G3( S ) G4( 5) G , ( S )D2 - -% l + G C H G Q s)( d ) g _ _ _ _ _ _ _ _ _ _G3( S ) _ _ _ _ _ _ _

8、_ _为 ( s) 1 + G (S)G2(S)G3(S)G4(S)2 - 7 试筒化下图所示方框图，并 求 传 递 函 数 普 及 恐 。题2-7图答案：令 N ( s) = O , 则方框图简化为R(S) GI(S)G2(a/(l+Gl(aG2(G4WC(S)R(S)A G1S)G2s)/(1*G1CS)G2|；s)l*G1(s)G2s|lG4Cs)C(s) _ Gl(s)G2(s)_R(s) 1 + Gl(.v)G2(.v) + G1( 5) G2( 5) G4( 5)N(S)令R(s)=O ,则方框图简化为N(S)C(S)C(s) 1 + G2(s)G3(s) + Gl(s)G2(s)

9、G4(s)N(s) l + Gl(s)G2(s) + Gl(s)G2(s)G4(s)2 - 8双容水箱如下图所示，试确定输入量q,和输出量th之间的传递函数, 画出系统方框图，并求当输入量q i作单位阶跃扰动时, 输出量h2( t )的响应函数。图2 - 8题答案：dhAL = q-q2 = AsHs) = Q( s) -Q2( s)at% nQ 2 ( s) = !i( s)RA ?粤 = % - q3 n &s2 G ) = 2 G ) 。3 G )at% = J 2 n Q ( s ) = J ”2 ( s)消去中间变量，整理得H 式 s) 十Q ,(s) (1 +,5)(1 +R2A2

10、S)当名= l( f ) = Q i( s) = Ls- 2 A R；4H _ & _ _ 2 _ + K A - R 2 A22 (1 + RIAIS)(1 + R2A2S)S 7 7 | 1 s | 1RM R2A2似。二 6 阳一+ 为% e -&A R,A? KA R-)A，2第三章习题3 - 1什么是有自平衡能力对象和无自平衡能力对象？答案：所谓有自平衡能力对象，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。所谓无自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下，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己稳定在一个新

11、的平衡状态。3 - 2试分析P、PI、PID规律对系统调节质量的影响？答案：P调节器，有一个相对较大的超调量，有较长的调节时间，存在静态误差。P I调节器，综合了 P调节器和I调节器两者的性质。它的超调量及调节时间与P调节器差不多， 但没有静态误差。PID调节器兼有比例、积分和微分作用的特点，只要三个调节作用配合得当就可以得到比较好的调节效果，它具有比PD调节还要小的超调量，积分作用消除了静态误差，但由于积分作用的引入，调节时间比PD调节器要长。3 - 3在相同衰减率的前提下，为什么采用PI规律的比例带6要采用P规律时选择得大 些？答案：P I调节器兼有比例调节作用和积分调节作用的特点，由于积

12、分调节作用是随时间而逐渐增强的，与比例调节作用相比较过于迟缓，在改善静态品质的同时却恶化了动态品质，使过渡过程的振荡加剧，甚至造成系统不稳定。为保证相同衰减率，要通过增大比例带b值来削弱振荡倾向。3-4怎样判别调节对象被控制的难易程度？答案：不论调节对象有无自平衡能力，都可统 用 e、 P、 T 三个特征参数来表示对象的动态特性。调节对象惯性越大、迟延越大、越难被控制。3 - 5 已知某种调节器传递函数如下:Gpn)( 5 ) = _ ( 1 H - - - - -FP，D 5 T,STdS啖,设 K = 5 , 试求其阶跃响应函数，并画出阶跃响应曲线，然后讨论如何从曲线上求调节器的参数5、7

13、 ； 和7 ；的数值。答案：e ) = / = E(s)=s( s) = Gpm ( s) E ( s) = 4 ( 1 + 4 + T，T )5 I， 1 + & $阶跃响应函数。 ） = 4 + - + Kdeb T,3 - 6 为何积分调节器称为无差调节器？答案：具有积分作用的调节器，只要对象的被调量不等于给定值，执行器就会不停地动作，只有当偏差等于零时，调节过程才结束；调节过程结束，则必然没有偏差，这是积分作用的特点。因此，积分作用调节器也称为无差调节器。第四章习题4 - 1 调节系统如图4 - 1 3 所示，试分别求当於1 0 和依2 0 时，系统的阻尼比黑 无阻尼自然振荡频率也、单

14、位阶跃响应的超调量成、峰值时间为、衰减率外调节时间友和稳态误差e （ 8） ,并讨论的大小对过渡过程性能指标的影响。解: 系统的闭环传递函数为G（S） = 2_R （ s ） 52+1 0S + 1 0A ：二阶系统传递函数的通用形式为G （ 5） = 电rS2 + 2MnS + 二式比较，可得，K ,= l co, = Vw F q = 5/V 1 0F舲io 时，( )n = V ioo = 1 0 7 = 5/J 1 00 = 0. 5由此可以求得：阻尼振荡频率 ” = (on 71 - o S. K,a 一 盛$ 2+2应S +式於20 时，(Dn = 7200= 1 072 = 5/

15、V 200 = V 2/4阻尼振荡频率 必=q Jl - L = 1 0 向1 0. 1 25 = 1 3. 23(ra J / s )T T 7 T峰值时间 = =- = 0. 237(5)0 以 1 3. 23超调量 Mp = /斤=- 2 5 8 = 39 . 3%衰减率 材= _ 2 / g？= _ 6 - . 5面 =80. 4%调节时间4 4采用2%的误差带： = - = 0. 8(5)g 53 3采用5%的误差带： / = = - = 0. 6 (s )血5稳态误差e(oo) = 1 K = 04 - 2调节系统如图4-1 4所示，试分别求出当系统的瞬态响应为/0. 75和片0.

16、 9时 的 方 值 。解：由系统方框图可写出闭环特征方程式：I d-= 0S 5 S Q + 1 0S),1 整理得：S2+ S += 01 0 503考虑到二阶系统的标准形式为：S2 + 2M s + 。； = 0当 取w= 0. 75时，阻尼比g = 0. 21 6,据此可求得:1 ,6 = =旷= 0. 37350a)2当 取W= 0. 9时，阻尼比g = 0. 344,据此可求得：3 = = 0. 9 4750病 4 - 3试用劳斯判据和古尔维茨判据确定下列特征方程式的系统的稳定性。如果不稳定，指 出 在S右半平面根的个数。(1 ) S4 + 8S3 + 1 8S2 + 1 65 +

17、5 = 0(2) 55 + S4 + 3 S3 + 2 S2 + 35 + 5 = 0(3) 354 + 1 0S3 + 5 S2 + S + 2 = 0(4) S3 + 1 0S2 + 85 + 1 6 = 0答案：(1 )劳斯阵列:S4S3S2ss181 61 3. 551 81 65第一列元素全为正,(2)劳斯阵列：所以系统稳定。S5 1S4 1S3 1S2 4S -3. 25S 53 32 5-25第一列元素符号改变两次，所以系统不稳定，有2个 根 在S右半平面。 劳 斯阵列：2S435s101S2%2s-1%s2第列元素符号改变两次，所以系统不稳定，有 2 个根在S右半平面。( 4

18、) 劳斯阵列：S3 1 8S2 10S 6.4S 1616第一列元素全为正，所以系统稳定。4 -4 已知系统特征方程式如下，试求系统在S右半平面的根数。(1) S5 +3S4 +1253 +2452 +325 + 48 = 0(2) S5 +3S4 +12S3 +20S2 +355 + 25 = 0(3) S6 +4S5-4 S4 +4S3 -7 S2 -85 + 10 = 0答案：(1 ) 劳斯阵列:S5 1 12S4 3 24S3 4 163248S2 12 485, 0 0由于出现全零行，故用S2行系数构成辅助多项式。f(s)=12S2+48 f (s)=24SS5 1S4s3s2s34

19、122412 3224 4816480S 48第一列元素全为正,说明特征方程式没有正根，而由辅助方程式,12s2+48=0S=j2 和 S=-j2这就是系统特征方程式的两对虚根，因此系统边界稳定。( 2 ) 劳斯阵列：S5 154 3S3 16/352 5S 0122080/325035250由于出现全零行，故用2行系数构成辅助多项式f(s )= 5S2+25 f (s )= 1 0SS5 1S4 3S3 16/3S2 5S1 10S 25122080/325035250第一列元素全为正，说明特征方程式没有正根，而由辅助方程式5s 2+25= 0S= j 石 和 S= -j V 5这就是系统特

20、征方程式的两对虚根，因此系统边界稳定。4-5 调节系统如图所示,G1 (s ) = K , G2 (s )= l/s (0. ls +1 ) (0. 2s +l)习题4-5图(1 ) 确定系统稳定时的“ 值范围；(2) 如果要求闭环系统的根全部位于S = -l 垂线之左，/值范围应取多大？答案：(1 )系统特征方程l + Gl(s)G2G) = 1 +- - -= 0 ,即5(0.15 + 1)(0.25 + 1)s(s + 10)(s + 5) + 50K = 0si+15s2+50s + 50K = 0劳斯阵列:53S2SS155050K50-第350K系统稳定，则需第一列元素全为正，50

21、- 0,50长0 所以0 长 0 , 5 0 K - 3 4 0 , 即0 . 6 8 K 0 ( 1 + 0.5k)-2 . 2 5 / ( 2 . 5 -0.2 5k) 0即 0K )( 1 + 7 )写出系统的幅频特性和相频特性的表达式。解：G ( j ) = - -= I 卜 e M k 中 叫)( 1 + 7 )( 1 + jcoT2) J1 + *2+ C O2T21k幅频特性M ( 0 ) 二J1 + 疗 邛 J 疗 /相频特性。 ( O )= ( f g T阈+吆 7 叫 )5- 3已知各系统的开环传递函数，试用奈奎斯特判断各闭环系统的稳定性。k1 ) G ( s) =- -八

22、 S+ 1 )( 72 5 + 1 )八 ( T1 5 + 1 )( 72 5 + 1 )( 73 5 + 1 )解：1 ) % 、T2 为正所以求出的开环特征根均落在S 平面的左半部，开环系统稳定。观察图知没过( -1 , j 0 )点，则系统稳定。2 ) 、”、T3 均为正所以求出的开环特征根均落在S 平面的左半部，开环系统稳定。观 察 图 知 过 j O )点，则系统不稳定，且有两个正实数根。5 -4 已知各系统的开环传递函数，试图用奈奎斯特判断各闭环系统的稳定性。42 )G *G ) =( 6 5 +1 )解，1 ) 三个开环特征根均为一1 / 6 ,所以开环系统稳定43(加 )=-

23、-A ( 1 + )6 4 e-j(3 fg 7 6 / )( J1 + 3 6 疗 ，令 M (co) = = 1( ，1 + 3 6 疗 )得 0 = 5 / 3 / 6 r a d/ s此时得。 3) =-兀考虑到随。值增加，开环系统频率特性的模单调减小，在模为1 时，相角为-兀，所以曲线过（ 一1 ，j O ）点， 系统边界稳定。5 - 5 调节系统如图画5 -2 6 所示，试确定系统边界稳定时K 的数值。解：系统开环传递函数为G / s ） = J e-2s（ 1 + 5 5 ）3个开环特征根均为一 1 / 5 ,所以开环系统稳定。开环系统频率特性为G&) =Ke-i2,( 1 +

24、/ W_ _ _ e (2+3fgT 5d)( J1 + 2 5 #)系统边界稳定时，M （ 助 二1 ，长 T = 1仲 + 2 5 疗 ）6 （ 。） = 一 （ 2 。+ 3 t g T 5 。） = 一 万解得：K 3 . 8 7第六章习题6- 2串级调节系统和单回路调节系统在系统结构匕 有什么不同？串级调节系统一般在什么情况下采用？答 ： 串级调节系统和单回路调节系统在结构和组成上相比多了一个测量单元、一个调节单元和一个闭合回路。测量单元测量到的物理量作为系统的辅助被调量，增加的一个调节单元作为系统的辅助调节器（ 称为副调节器） ，增加一个较小的闭合回路作为系统的副回路（ 也称为内回

25、路） 。串级调节系统的调节任务仍然是使被调量等于给定值，系统中的执行器和调节机构都仍然只有一个。对于那些被调对象本身就很复杂，对 自动调节的性能指标要求又十分严格的，单回路调节系统已不能满足要求，可考虑采用串级调节系统。6-3已知单回路调节系统中，被调对象的传递函数为G 0 （ s ） = e-2 s2 s当调节器分别采用P 、P I 、P I D时 , 试用临界比例带法计算调节器的整定参数（ 整定指标6 = 0 . 75） 。解:设调节器只有比例作用时的传递函数为：GR（S） = :O此时，系统的特征方程式为：1 + GR（S） G.（S） = 1 + 4 2S = 02os系统为边界稳定时

26、，特征方程式有根在虚轴上。以5 = / 。代入上式，得：1rl -j（ -+2 a）j2a 2a而:-S = 3e-j n.由此得到：7t 一万= 一 + 2 22 2万解得：4 = 2 = 0 . 6 3 7 ,而1=8。71(D7；和 久 就是调节器只用比例作用而使系统处于边界稳定时，瞬态响应的振荡周期和比例带值。(1 )调节器为比例作用时：GR(S) = 1b调节器的整定参数：5 = 2可 =1 . 2 7。(2 )调节器为比例积分作用时：GRG) =(1 + ； )o TjS调节器的整定参数：5 = 2 . 2 6 “ = 1 . 4； % =岂= 6 . 6 7。(3 )调节器为比例

27、- 积分- 微分作用时：GR(S) + ； + 7 )o Ts调节器的整定参数为：5 = 1 . 6功 =1 . 0 2 ； 7； = = 4 ； 7； = 0 . 2 57； = 1uI 2 u I6-4已知单回路调节系统中，被调对象的传递函数为4 (s ) = - 一 -U0S + 1)4当调节器分别采用P、P I、P I D时，试计算出调节器的整定参数(整定指标 = 0 . 75)。解:系统用比例调节器 GR(S)= - 时的特征方程式为：1 +二 一= 0 .边界稳定时，=_ _ _ _ _ ! _ _ _ _ _(1 + 7 2 )2由此得出：T *7 1Toa)= tg - = ;

28、心 =( 品 ”2 5；1=乎= 6 . 2 8 ”.丁 。 (1 )调节器为比例作用时，调节器的整定参数:3 : 26“ = 0 . 5(2 )调节器为比例- 积分作用时. ，调节器的整定参数:3 = 2 . 2 尤= 0 . 55;（ 3 ）调节器为比例- 积分- 微分作用时. ，调节器的整定参数：b = 1 . 6 6 “ = 0 . 4l=g = 3 . 1 47； ；7； = 0 . 2 57； = 0 . 794第七章习题7 - 1汽包锅炉给水调节系统中， 被调对象为什么会出现“ 虚假水位” 的现象？在设计调节系统时采用了什么对策？答：“ 虚假水位”现象主要是来自于蒸汽量的变化。蒸

29、汽量D扰动时，汽包水位H的变化过程同样可以从两个角度加以分析。如果仅仅从物质平衡的角度来分析，当蒸汽量D产生一个阶跃扰动（ 增加） ，而给水量不变时，汽包水位是下降的。如果仅仅从热平衡的角度来分析，由于随着蒸汽量的增加汽包内部的压力将下降，汽水混合物中的汽泡容积迅速增加，使汽包水位上升，当汽泡容积的增加与负荷相适应达到新的热平衡状态后，水位不再上升而保证不变。综合上述两种角度分析的结果，对汽包而言，在其输出流量（ 蒸汽量）增加，输入流量（ 给水量）不变的情况下，汽包水位一开始不但不下降，反而上升，这种现象称为“ 虚假水位” ，当 “ 虚假水位”达到极值后，水位将反方向的突然快速变化，这一点在设

30、计自动调节系统时要特别引起重视的。显然蒸汽量是一个不可调节的量（ 对调节系统而言） ，但它是个可测量，所以在系统中引入这些扰动信息来改善调节品质是非常必要的。调节系统引入蒸汽流量信号D作为前馈信号，当蒸汽流量D改变时，调节作用使给水流量W同方向改变（ D增加时W增加；D减少时W减少） ，所以这个前馈信号的引入可以有效地减少或消除“ 虚假水位”现象产生误动作带来的影响。7 - 2三冲量给水自动调节系统中三个“ 冲量”的引入，分别起到什么作用？答：调节器依据汽包水位H、给水流量W和蒸汽流量D三个信号进行调节，称为三冲量调节系统。其中，汽包水位信号H是调节系统的主信号，它和单冲量给水调节系统中的作用

31、原理一样，汽包水位信号H上升时，调节作用使给水流量W减小，H下降时调节作用使W增加。蒸汽流量信号D是调节系统引入的前馈信号，当蒸汽流量D改变时，调节作用使给水流量W同方向改变（ D增加时W增加；D减少时W减少） ，所以这个前馈信号的引入可以有效地减少或消除 “ 虚假水位”现象产生误动作带来的影响。给水流量信号W作为调节系统的反馈信号，当给水流量W发生自发性扰动时调节器立即动作，使给水流量在较短时间内恢复原有数值，汽包水位可基本不受其影响。由于在单冲量调节系统的基础上，增加了前馈信号D和反馈信号肌使系统更有效地控制汽包水位的变化，提高了系统的调节品质。7 - 4单级给水调节系统和串级给水调节系统

32、在调节效果上有什么主要的区别？答：单级三冲量给水自动调节系统存在着一些不足之处：（ 1 ）分流系数a,的数值同时影响到内、外回路的稳定性，在整定参数时内、外回路相互之间并不是独立的，对整定工作带来不便。（ 2 ）前馈信号的引入能改善调节过程的调节品质，克 服 “ 虚假水位”带来不利的影响。但是为了实现无差调节，必须使a 0等于a, ,因此前馈信号的强弱程度受到了限制，不能更好地改善调节过程的调节品质。为了解决上述存在的问题，可采用串级三冲量给水调节系统，串级三冲量给水调节系统具有内、外两个闭合回路。内回路的作用也是迅速消除自发性的内部扰动，在外回路中作为一个快速随动的环节。串级系统实现自动调节

33、比单级系统更加灵活，克服静态偏差完全由主调节器实现，分流系数a.取值不必考虑静态偏差的问题，a 0值可取得大一些，以利于更好地改善调节过程的调节品质。分流系数a.取值影响内回路的稳定性，在外回路中，可通过主调节器的6和7来整定，a,的影响并不大，从而使内、外回路互不影响。7 - 5全程给水控制系统对于常规的给水调节系统而言，有哪些问题必须得到解决？通常是如何解决的？答：从常规的调节过渡到全程调节会遇到许多新的技术问题，主要有：（ 1 ）测量信号的准确性。 测量信号准确与否是自动调节的前提， 当锅炉从启动到正常运行或者从正常运行到停炉，其蒸汽参数的变化是相当大的，汽包水位、给水流量和蒸汽流量的测

34、量准确性必然会受到严重的影响。为了实现全程调节，这个问题首先必须得到解决。解决的思路是找出受影响的原因，即：哪些物理量影响测量信号的准确性，并找出它们之间的函数关系，在设计调节系统时引入这些物理量，根据函数关系在调节系统加以校正。（ 2 ）调节系统的结构切换。锅炉在低负荷工况下，蒸汽流量和给水流量的测量值误差很大，所以在低负荷运行时宜采用单冲量调节系统，在非低负荷工况下（ 一般取满负荷的2 5 %左右为界）宜采用三冲量调节系统，所以，单冲量系统和三冲量系统的切换在全程调节系统也是必要的。解决的方法是在调节系统中增加逻辑控制功能。（ 3 ）调节机构的切换。当机组负荷全程变化时，给水流量也大幅度变

35、化，如果仅采用种流通量的阀门已不能适应全程调节的要求，所以要根据不同的负荷适时地切换调换调节机构。在低负荷运行时通常采用改变调节阀门的开度改变给水流量，在高负荷运行时采用改变给水泵转速改变给水流量，因此，调节阀和变速泵之间的配合和无扰动的切换在设计系统时要加以考虑。7-7在 单 级 三 冲 量 给 水 控 制 系 统 和 串 级 三 冲 量 给 水 控 制 系 统 中 ，若 失 去 蒸 汽 流 量 信 号 ，各应出现什 么 结 果 ？答 ：在 单 级 三 冲 量 给 水 控 制 系 统 中 ，水位等于给定值是通过蒸汽流量信号与给水流量信号的平衡关 系 来 维 持 的 ，若 失 去 蒸 汽 流

36、量 信 号 ，则 会 造 成 调 节 器 输 入 信 号 不 平 衡 ，使 水 位 存 在 偏 差 ，即不能维持水 位 等 于 给 定 值 。在 串 级 三 冲 量 给 水 控 制 系 统 中 ，水位 等 于 给 定 值 是 由 主 回 路 的 PI调 节 器 来 维 持 的 ，若 失 去 蒸 汽 流 量 信 号 ，主 调 节 器 仍 可 暂 时 维 持 水 位 等 于 给 定 值 。第八章习题8-2具有导前微分信号的双回路汽温调节系统，在导前微分信号中断时，系统能否正常工作？答：由汽温被调对象的动态特性可知，导前汽温。 2 可以提前反映扰动，取其微分信号 & / / 引入调节器后，由于微分信

37、号动态时不为零而稳态时为零，所以动态时可使调节器的调节作用超前，稳态时可使过热器出口汽温等于给定值，从而改善调节品质。导前微分信号只在动态调节过程中起作用，稳态忖不起作用，所以在导前微分信号中断时,系统能够正常工作，但调节品质下降。8-3 串级汽温调节系统中，导前汽温信号中断时，调节系统能否正常工作？答：串级汽温调节系统中，导前汽温信号作为副回路的反馈信号，是副调节器的输入信号，若该信号中断，则调节系统不能正常工作。8-8再热汽温有哪几种控制方式？答：再热汽温多数采用烟气侧调节方法。在烟气侧调节再热汽温的方法有烟气旁路法、摆动燃烧器倾角法、烟气再循环法等；少数电厂采用蒸汽侧调节再热汽温如汽汽交

38、换器法等。再热汽温的调节很少采用喷水调节作为主要调温手段，而只作为事故喷水或辅助调温手段。8-9什么是导前汽温微分信号？在动态和静态时，这个信号各有什么特点？为什么？答：( 1 ) 喷水减温器后的气温信号经微分器运算后所得的信号称为导前气温微分信号。( 2 ) 在动态时， 这个信号作用于调节器, 产生一个超前的调节作用。在静态时，导前气温不变，该信号经微分运算后为零，保证系统的无差调节。( 3 ) 因为微分动态特性为叱K T / (s ) =部七8 - 1 0 为什么采用导前汽温微分信号的双回路调节系统等效变换为串级系统后，主调节器为P I 的动作规律？答：当采用导前气温微分信号的调节系统等效

39、变换为串级系统后，主调节系统的传递函数为l / G J s ) ,即 :GR(S ) = 1 / G J S ) = (l + TdS)/(KdTdS)GR(S) = (l + l/TdS)/Kd所以，主调节器为P I 的动作规律，其中比例带为b = K” ，积分时间为( =7；第九章习题9-1单元机组汽包炉燃烧控制的任务是什么？有哪几个被控量？相应的控制变量是什么？答：锅炉燃烧过程自动控制的任务在于使锅炉的燃烧工况与锅炉的蒸汽负荷要求相适应，同时保证锅炉燃烧过程安全经济地运行。通常选锅炉负荷或汽压、烟气含氧量或过剩空气系数、炉膛负压作为被控量，选燃料量、送风量和引风量作为相应的控制量。9-2

40、为什么要采用热量信号？理想热量信号与实际热量信号有什么不同？答：采用热量信号可以解决煤粉量的测量问题，它不仅可以反映燃料量的数量变化，而且也可反映燃料品质方面的变化，因此热量信号更能准确地反映燃烧率。热量信号DQ为蒸汽流量D 与Q 也 之利，实际应用中汽包压力P ddt的理想微分难以实现，只能对汽包压力进行实际微分即微分项为里必 苴 /%,为了准确反应燃料量，加上蒸汽流量D的负向微分信号，即 。=。+汕 工 坦迪。,使kDTD = 1 则Q - + T“S d l + TlS D D DDo. =一i （ D + C,5prf） = DoQ l + TDS 1 + TDS Q实际热量信号DQZ

41、相当于理想热量信号与一个惯性环节相串联，DQZ随 DQ而变，但增加了一定的惯性，稳态时两者相等，D Q 2 能代替燃料量信号。9-3燃烧过程的控制中，如何实现风量对燃料量始终有足够富裕的操作方法？答：为实现风量对燃料量始终有足够富裕，大型单元机组的燃烧控制系统中一般都采用了燃料、送风交叉限制措施。当加负荷时，燃烧率指令B o 增加，该指令不能通过小选模块，只能通过大选模块送到送风量控制子系统的副调节器P b ，增加送风量；随着送风量的增大，小选模块的输出逐渐增大，于是燃料量也不断增加，这样就实现了增加负荷时先加风、后加燃料的控制过程。减负荷时，燃烧率指令& 减小不能通过大选模块，只能通过小选模

42、块先减少燃料量。随着燃料量的减少，通过大选模块，使送风量逐渐减少，从而实现减负荷时先减燃料、后减风的控制过程。这样就可以保证变负荷过程中有一定的送风量裕量，燃料充分燃烧而不致于发生缺氧燃烧。系统中的低值限幅模块限制送风量不低于最小允许风量V m i n ；高值限幅模块限制燃料量不大于最大燃料量B1 1 1 ax 值，以维持锅炉燃烧工况的稳定。9-4燃烧控制系统中，常用来反映燃料量的信号有哪几种？答：常用来反映燃料量的信号：热量信号、给粉机转速、一次风量总和、给煤机转速、装煤量校正、给煤量。9-5燃料量控制策略有哪几种？答：燃料量控制的各种基本策略：（ 1 ）采用热量信号的燃料控制（ 2 ）采用

43、给粉机转速反馈信号的燃料量控制（ 3 ）采用一次风量总和作反馈信号的燃料量控制（ 4 ）采用给煤机转速反馈信号的燃料量控制（ 5 ）采用装煤量校正的燃料量控制（ 6 ）采用给煤量反馈的燃料量控制。9-6送风量控制策略有哪几种？答：送风量控制策略有（ 1 ）燃烧率指令风量系统。这种控制策略以燃烧率指令B o 作为送风量控制子系统的定值，燃烧率指令必须同时送到燃料量系统。在负荷发生变化时，这两个控制子系统同时动作，使风量和燃料量在动态过程中有较好的配合。但在燃料侧发生扰动时不能保证要求的风量和燃料量的比例关系成立。（ 2 ）燃料量风量系统。该系统以燃料量B作为控制系统的定值，风量V作为反馈，是一个

44、单回路随动控制系统，该系统无论负荷变化还是燃料侧扰动都能满足风量和燃料量的比例关系，且实现简单，但要求燃料量测量准确。（ 3 ）蒸汽量风量系统。保持V与 D的比例关系，也就保证了一定的过剩空气系数，即保证了燃烧的经济性。而蒸汽流量信号D是比较容易准确测量的。 由于V与 D成比例只在稳态时与过剩空气系数有对应关系， 燃用水分变化很大的煤或蒸汽参数变化很大时,风量V与蒸汽量D的比值就不能保证燃烧经济性，故还需采用氧量校正信号，这种系统如发生燃料量扰动，送风量调节器由于得不到燃料量扰动信号，只能得到因燃料量扰动而使烟气中含氧量改变的校正信号，因此送风量变化比燃料量扰动稍有迟延，其迟延时间取决于氧量对

45、象和测量元件的时间常数，因而会存在风、燃比的动态误差。（ 4 ）热量一一风量系统。该系统的优点是当燃料侧发生扰动时，由于热量信号能及时反映燃料的扰动，通过控制系统很快地消除扰动，基本上不会因燃料量的自发扰动造成蒸汽压力的波动。（ 5 ）氧量风燃比系统。燃烧率指令B o - 方面送燃料量控制子系统，另一方面送到风量控制子系统的副调节器作前馈信号，副调节器同时接受风量反馈信号和氧量校正信号，副调节器快速保证风燃比。烟气中氧量和随负荷而变的定值送校正调节器，校正调节器输出信号校正送风量，保证锅炉的燃烧经济性。（ 6 ）其它带氧量校正的送风量控制子系统。9-7氧量校正有几种方式？各有什么特点？答：（

46、1 ）氧量校正送风量（ 2 ）氧量校正送风量给定值9-8试述引风调节子系统原则方案及改进措施。（ 画出方框图） 。答：引风调节子系统的任务是使引风量与送风量相适应，并保持炉膛压力在要求的范围内，实现安全运行。山于送风量的变化是引起炉膛负压波动的主要原因，为了能使引风量快速跟踪送风量，可将送风量作为前馈信号引入引风调节系统。当送风量（ 指令）变化时，引 风 量 （ 指令）立即跟随变化，而不是等炉膛负压偏离定值后再动作，从而尽可能减少负压的动态偏差。因为炉膛负压对于引风量的变化反应很快，测量也容易，所以引风调节系统一般采取以炉膛负压为被调节的单回路调节系统。原则方案如图（ a ） 。改进措施：（

47、1 ） 烧过程是一个剧烈的化学反应过程，负压波动在所难免，为避免引风调节系统不必要的频繁动作，对负压偏差加上死亡限制即负压变化不大时，不做调节。（ 2 ） M F T后压力急降，为防内爆，应快关引风机入口挡板。负乐A3 、调节系统的结构图如图所示：（ 1）确定系统稳定时的K 值范围；（ 2 ）如果要求闭环系统的根全部位于S = - l 垂线之左，K 值范围应取多大？_K_ r（ 5 ）5 （ 0 . 15 + 1） （ 0 . 2 5 5 + 1） 解 闭环特征方程 l+ G k（ s ） =0 , 即 0.025S3+0.35S2+S+K=0劳 斯 阵 列 s3 0 . 0 2 5 1s2

48、0 . 3 5 K10 . 3 5 - 0 . 0 2 5 Ks - - - - - - - - - - - - - -0 . 3 5s K要求系统稳定，则劳斯阵列第一列系数不变号，即0 . 3 5 - 0 . 0 2 5 K X ） , 且 冷 0故 k 的取值为0 女14 。（ 2 ） 将 s =s l 代入闭环特征方程，得 s ： + 11$ ；+ 15 $ | +（ 4 0 Z 2 7 ） = 0劳 斯 阵 列 s ,3 1 15s i2 11 40k271 11x 15 - 4 0 / 1 + 2 7S1 -11S1 4 0 k- 2 7劳斯阵列第一列系数不变号，故 k 的取值为0

49、. 6 7 5 % 0 8 0所以6 1 / 1 29 、单位反馈调节系统的单位阶跃响应曲线图如下所示，求出该系统的超调量、峰值时间、衰减率、稳态终值、动态偏差、静态偏差、峰值时间。是否满足热工过程的调节要求？ (1 0 分)解：超调量 M p = (1 . 5 - 0 . 9 ) / 0 . 9 = 6 6 . 7 %衰减率 (1 . 5 - 1 . 2) / I . 5 = 20 %稳态终值：0 . 9峰值时间2 秒动态偏差0 . 5静态偏差_0 . 1不满足。1 0 、调节系统的结构图如图所示，当 K = 1 和 K = - 1 试计算系统的稳态误差E s s 。r(t)=t_2解：系统

50、的闭环传递函数为： 02 /+1 . 2$ 2+s + 2 K2 1 1Lun f (t) = Lun s- - - - ； - - - - - -； - - - - - - - - - - - = S T。0 . 2. v3 +1 . 252 + . V + 2A ： 5 k当 K = 1 E s s = l -1 = 0当 K = - lE s s = 1 + 1 = 21 1 、一知有一大延迟与惯性的热工对象，为了提高控制的品质，拟采用串级控制系统，一知其惰性区的传递函数2为 G ? (S )(1 5 S + T，导前区的传递函数为G (s )1 + 5 5(1 )(2)设计该串级控制系

51、统，用方框图表示出来，并说明选用该控制器的理由；(6 分)描述该控制系统的整定方案。(4分)解：其中，主调节器选择P I 调节器保证调节过程的无差，副调节器采用P 调节器，使内回路实现快速随动，快速消除扰动。( 2 ) 由于此系统山内外两个回路构成，所以要分开整定。整定内回路的时候，视外回路为开路，这时内回路就变成个单回路调节系统，由于阶数低，可以采用理论计算或者经验方法整定。整定外回路得时候，视内回路为一个快速随动系统，即将内回路视为一个比例环节，这样，外回路也可以视为一个单回路调节系统。由于阶数高于二阶，所以只能采用经验方法整定。分别整定后，将调节器的参数带入，然后再对调节器的参数进行调整，使最终的衰减率等性能指标满足要求。