自动调节课后习题答案

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：受热面机会 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常采用负反馈的形式 答:自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)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)由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.=1是非周期的调节过程,=0是等幅振荡的调节过程,01是衰减振荡的调节过程, 0,且 K0 故k的取值为。 （2） 将s=s1-1代入闭环特征方程，得 劳斯阵列 s13 1 15s12 11 40k-27s11 s10 40k-27 劳斯阵列第一列系数不变号， 故k的取值为 4、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。 解：超调量： 衰减率：动态偏差： 0.2 静态偏差：-0.1 峰值时间：2秒稳态终值：0.9 5、简述单级三冲量给水调节系统的工作原理。答：单级三冲量给水调节系统中的给水调节器接收汽包水位主信号、蒸汽流量反馈信号、给水调节器的输出信号去调节给水流量。为了减少“虚假水位”和“内扰”对调节品质的影响，在单级单冲量给水调节系统的基础上引入了蒸汽流量的前馈调节和给水流量的反馈调节，当蒸汽流量增加时，调节器立即动作，相应地增加给水流量，能有效地克服或减小虚假水位所引起的调节器误动作。当水位H变化或蒸汽流量D变化引起调节器动作时，给水流量信号W是调节器动作的反馈信号，当给水流量自发变化时，调节器也能立即动作调节机构，使给水流量迅速恢复到原来的数值，从而使汽包水位基本不变。 6、燃料量信号有哪几种形式？试说明热量信号的形式及其基本性质。答：为了有效地消除燃料扰动，燃料量调节子系统中应引入燃料量信号，但燃料量信号难以直接测量。对于不同的制粉系统可以采用不同的形式来间接表示燃料量信号。形式有： （1）用给粉机转速表示（中储式制粉系统）； （2）用给煤机转速表示（直吹式制粉系统）； （3）用磨煤机进出口差压表示（直吹式）； （4）用热量信号表示 ，它不仅能反映燃料数量变化，而且能反击燃料质量的变化。因此比其它几种形式的燃料量信号更能准确地反映燃烧率。 7、如图所示的控制系统，利用方框图转换方法求传递函数 GR(S)=C(S)/R(S)和GN(S)=C(S)/N(S) 解：1）设N（S）0 最终得：2）设N（S）0 （中间过程非唯一） 8、确定下列系统中有关参数的变化范围，以确保系统的稳定性。解：闭环系统的传递函数为：所以其劳斯阵列为：s3 4s2 3 1s1 41/3s0 1 所以要求： 41/30 0所以1/12 9、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？ （10分）解：超调量Mp（1.5-0.9）/0.9=66.7% 衰减率 （1.5-1.2）/1.5=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。 10、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Ess 。 解：系统的闭环传递函数为： 当K1 Ess110 当K1 Ess112 11、已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，已知其惰性区的传递函数为，导前区的传递函数为。（1）设计该串级控制系统，用方框图表示出来，并说明选用该控制器的理由；（6分）（2）描述该控制系统的整定方案。（4分）解：（1）其中，主调节器选择PI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）由于此系统由内外两个回路构成，所以要分开整定。整定内回路的时候，视外回路为开路，这时内回路就变成一个单回路调节系统，由于阶数低，可以采用理论计算