热工过程自动调节习题集

1、优选文档1-3为什么在自动调治系统中经常采用负反响的形式？答：自动调治系统采用反响控制的目的是除掉被凋量与给定值的误差。因此控制作用的正确方向应该是：被调量高于给定值时也就是误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误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，也就是反响作用的方向应该是负反响。负反响是反响控制系统能够完成控制任务的必要条件。1-4前馈调治系统和反响调治系统有哪些实质上的差异？答：反响调治系统是依照于误差进行调治的，由于反响回路的存在，形成一个闭合的环路，因此也称为闭环调治系统。其特点是：（1）在调治结束时，能够使被调量等于或凑近于给定

2、值；（2）当调治系统碰到扰动作用时，必定等到被调量出现误差后才开始调治，因此调治的速度相比较较迟缓。而前馈调治系统是依照于扰动进行调治的，前馈调治系统由于无闭合环路存在，亦称为开环调治系统。其特点是：(1)由于扰动影响被调量的同时，调治器的调治作用已产生，因此调治速度相比较较快；(2)由于没有被调量的反响，因此调治结束时不能够保证被调量等于给定值。1-5怎样用衰减率来判断调治过程的稳态性能？答：衰减率作为牢固性指标比较直观形象，在系统的调治过程曲线上能够很方便地获取它的数值。=1是非周期的调节过程，=0是等幅振荡的调治过程，01是衰减振荡的调治过程,0是渐扩振荡的调治过程。9、单位反响调治系统

3、的单位阶跃响应曲线图以下所示，求出该系统的超调量、峰值时间、衰减率、稳态终值、动向误差、静态误差、峰值时间。可否满足热工过程的调治要求？（10分）解：超调量Mp（）/0.9=66.7%衰减率（）/1.5=20%稳态终值：0.9峰值时间2秒动向误差0.5静态误差-0.1不满足。2-1求以下函数的拉普拉斯反变换(1)(S1)(S3)F(s)S(S2)(S4)解:(1)F(s)3/81/43/8f(t)31e2t3e4tSS2S48482-2试求以下列图所示环节的动向方程、静态方程和传达函数。a）水箱：输入量为q1，输出量为h，水箱截面积为F。阻容电路：输入量为u1，输出量为u2，已知电阻R和电容C

4、1、C2。阻容电路：输入量为u1，输出量为u2，已知电阻R1、R2和电容C。C1Cq1RR1hFU1C2U2U1R2U2q2(a)（b)(c)题2-2图解:(a)动向方程:h1(qq)dt或FdhqqF12dt12FsH(s)Q1(s)Q2(s),设初始值q10q200,.优选文档则传达函数：H(s)1Q1(s)Fs(b)写出基本方程式：u1u2iRRC1d(u1u2)du2iCiiRiCC2idt11dt消去中间变量，整理得动向方程：(RCRC)du2uRCdu1u12dt21dt1U2(s)RC1s1传达函数：U1(s)RC1sRC2s1静态方程：u2u1(c)写出基本方程式：u2uR1i

5、R1iR2CduCiu1uCuRu2dt1消去中间变量，整理得动向方程：du2u2du1传达函数：U2(s)R2Cs(R1CR2C)R2CU1(s)R1CsR2Cs1dtdt2-4试求以下列图所示各环节对输入作用的响应，画出响应曲线。R(s)2C(s)R(s)2C(s)R(s)5C(s)0.5+S(2+S)(1+s)1+2.5Sr(t)=0.5*1(t)r(t)=1(t)r(t)=0.5t(c)(a)(b)题2-4图解:(a)r(t)0.5*1(t)R(s)0.5/sC(s)2R(s)1220.5(0.5s)ss0.5ssc(t)2(1e0.5t)(b)r(t)1(t)R(s)1/sC(s)2

6、R(s)2121(2s)(1(2s)(1s)ss1s2ss)c(t)12ete2t(c)r(t)0.5tR(s)0.5/s2C(s)5R(s)12.56.256.2512.5s(0.4s)s22s12.5ssc(t)2.5t6.256.25e0.4t2-5试简化以下列图所示方框图，并求传达函数C(s)。R(s).G3（S）+R(S)G1（S）G2（S）C(S)R(S)-H1（S）H2（S）(a)习题2-5图解:（a）G3R(S)+G1C(S)R(S)G2/(1+G2H1)-H2R(S)G1+G3C(S)R(S)G2/(1+G2H1+G2H2G1)C(s)(G1(s)G3(s)G2(s)R(s)

7、1G2(s)H1(s)G2(s)H2(s)G1(s)(b)R(S)G1C(S)G2-H1/(1+H1)优选文档C(S)G1（S）G2（S）H1（S）-(b)G3+C(S)G1G2/(1+G2H1)-G1H2C(S)(G1+G3)G2/(1+G2H1+G2H2G1)R(S)G1(1+H1)/(1+H1+G1H1)C(S)G2R(S)G1(1+H1)G2/(1+H1+G1H1)C(S)C(s)G1(s)(1H1(s)G2(s)R(s)1H1(s)G1(s)H1(s)试简化以下列图所示方框图，并分别求出传达函数(a)C1(s)、(b)C1(s)、(c)C2(s)、(d)C2(s)。R1(s)R2(s

8、)R1(s)R2(s)R1(S)（S）G1-C1(S)G2（S）G4（S）C2(S)G3（S）R2(S)题2-6图.优选文档R1(S)C1(S)G1（S）C1(S)G1（S）-G2（S）G4（S）G2（S）G4（S）C2(S)C2(S)G3（S）G3（S）R2(S)解:令R2(s)=0，则方框图简化为令R1(s)=0，则方框图简化为(a)C1(s)G1(s)(b)C1(s)G3(s)G4(s)G1(s)R1(s)1G1(s)G2(s)G3(s)G4(s)R2(s)1G1(s)G2(s)G3(s)G4(s)(c)C2(s)G1(s)G2(s)G3(s)(d)C2(s)G3(s)R1(s)1G1(

9、s)G2(s)G3(s)G4(s)R2(s)1G1(s)G2(s)G3(s)G4(s)2-7试简化以下列图所示方框图，并求传达函数C(s)及C(s)。R(s)N(s)N(S)G3（S）R(S)+C(S)G1（S）G2（S）-G4（S）题2-7图答案:令N(s)=0，则方框图简化为R(S)G1（S）C(S)G2（S）-G4（S）R(S)C(S)G1(S)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(s)-R(S)C(S)G1(S)G2(s)/(1+G1(S)G2(s)+G1(s)G2(s)G4(s)C(s)G1(s)G2(s)R(s)1G1(s)G2(s)G1(s)G2(s)G4(s)令R(s)=

10、0，则方框图简化为.优选文档N(S)G3（S）+-C(S)（S）G2（S）G1-G4（S）N(S)G3(s)/G1(s)+-C(S)G1(s)G2(s)-G4(s)N(S)N(S)G3(s)/G1(s)1+G3(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(s)+C(S)C(S)G1(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(s)-G1(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(s)N(S)(1+G2(S)G3(s)+G1(s)G2(s)G4(s)/(1+G1(S)G2(s)+G1(s)G2(s)G4(s)C(S)C(s)1G2(s)G3(s)G1(s)G2(s)G4(s)N(s

11、)1G1(s)G2(s)G1(s)G2(s)G4(s)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，不需要经过外加调治作用，对象的输出量经过一段时间后能自己牢固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，若没有外加调治作用，对象的输出量经过一段时间后不能够自制牢固在一个新的平衡状态。3-2试解析P、PI、PID规律对系统调治质量的影响？答案：P调治器，有一个相对较大的超调量，有较长的调治时间，存在静态误差。PI调治器，综合了P调治器和I调治器两者的性质。它的超调量及调治时间与P调治器差不多，但没有静态误差。PI

12、D调治器兼有比率、积分和微分作用的特点，只要三个调治作用配适合合就可以获取比较好的调治收效，它拥有比PD调治还要小的超调量，积分作用除掉了静态误差，但由于积分作用的引入，调治时间比PD调治器要长。3-3在同样衰减率的前提下，为什么采用PI规律的比率带要采用P规律时选择得大一些？答案：PI调治器兼有比率调治作用和积分调治作用的特点，由于积分调治作用是随时间而逐渐增强的，与比率调治作用对照较过于迟缓，在改进静态质量的同时却恶化了动向质量，使过渡过程的振荡加剧，甚至造成系统不牢固。为保证同样衰减率，要经过增大比率带值来削弱振荡倾向。3-4怎样鉴识调治对象被控制的难易程度？.优选文档答案：不论调治对象

13、有无自平衡能力，都可一致用、三个特点参数来表示对象的动向特点。调治对象惯性越大、延迟越大越难被控制。3-5已知某种调治器传达函数以下：GPID(s)1(11TdS)TdTiS1SKd设Kd5，试求其阶跃响应函数，并画出阶跃响应曲线，尔后谈论怎样从曲线上求调治器的参数、Ti和Td的数值。答案：e(t)e0E(s)e0s(s)GPID(s)E(s)1(11Tds)e0Ts1TdssiKde0tKdt(t)1KdeTd阶跃响应函数Tie01t5tKd5时，(t)5eTdTi阶跃响应曲线以以下列图ekdTde0e01e0e0t0t03-6为什么积分调治器称为无差调治器？答案：拥有积分作用的调治器，只要

14、对象的被调量不等于给定值，执行器就会不停地动作，只有当误差等于零时，调治过程才结束；调治过程结束，则必然没有误差，这是积分作用的特点。因此，积分作用调治器也称为无差调治器。4-5调治系统以下列图,G1(s)=K,G2(s)=1/s(0.1s+1)(0.25s+1)R(S)G1（）G2（S）C(S)S-习题4-5图（1）确定系统稳准时的K值范围；S1垂线之左，K值范围应取多大？（2）若是要求闭环系统的根全部位于答案:(1)系统特点方程1G1(s)G2(s)1K0，即1)(0.25ss(0.1s1)s(s10)(s4)40K0s314s240s40K0劳斯阵列：S3140S21440KS14020

15、KS0740K.优选文档系统牢固，则需第一列元素全为正，20K0,40K0因此0K14。407(2)用ss11代入特点方程中，可得(s11)314(s11)240(s11)40K0s1311s1215s12740K0S13115S121140K27S1119240KS10112740K要求闭环系统的根全部位于S119240K0,40K270，即0.675K4.8。垂线之左，则7-111汽包锅炉给水调治系统中，被调对象为什么会出现“虚假水位”的现象？在设计调治系统时采用了什么对策？答：“虚假水位”现象主若是来自于蒸汽量的变化。蒸汽量扰动时，汽包水位的变化过程同样能够从两个角度加以解析。若是不过从

16、物质平衡的角度来解析，当蒸汽量产生一个阶跃扰动（增加），而给水量不变时，汽包水位是下降的。若是不过从热平衡的角度来解析，由于随着蒸汽量的增加汽包内部的压力将下降，汽水混杂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。综合上述两种角度解析的结果，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，汽包水位一开始不仅不下降，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迅速变化，这一点在设计自动调治系统时要特别引起重视的。显然蒸汽量是一个不能调治的量（对调节系统而言），但它是一

17、个可测量，因此在系统中引入这些扰动信息来改进调治质量是特别必要的。调治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，调治作用使给水流量W同方向改变（D增加时W增加；D减少时W减少），因此这个前馈信号的引入能够有效地减少或除掉“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治系统中三个“冲量”的引入，分别起到什么作用？答：调治器依照汽包水位H、给水流量W和蒸汽流量D三个信号进行调治，称为三冲量调治系统。其中，汽包水位信号H是调治系统的主信号，它和单冲量给水调治系统中的作用原理同样，汽包水位信号H上升时，调治作用使给水流量W减小，H下降时调治作用使W增加。蒸汽流量信号D是调治

18、系统引入的前馈信号，当蒸汽流量D改变时，调治作用使给水流量W同方向改变（D增加时W增加；D减少时W减少），因此这个前馈信号的引入能够有效地减少或除掉“虚假水位”现象产生误动作带来的影响。给水流量信号W作为调治系统的反响信号，当给水流量W发生自觉性扰动时调治器马上动作，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。由于在单冲量调治系统的基础上，增加了前馈信号D和反响信号W，使系统更有效地控制汽包水位的变化，提高了系统的调治质量。7-4单级给水调治系统和串级给水调治系统在调治收效上有什么主要的差异？答：单级三冲量给水自动调治系统存在着一些不足之处：（1）分流系数W的数值同时影响到内

19、、外回路的牢固性，在整定参数时内、外回路相互之间其实不是独立的，对整定工作带来不便。（2）前馈信号的引入能改进调治过程的调治质量，克服“虚假水位”带来不利的影响。但是为了实现无差调治，必定使D等于W，所从前馈信号的强弱程度碰到了限制，不能够更好地改进调治过程的调治质量。为认识决上述存在的问题，可采用串级三冲量给水调治系统，串级三冲量给水调治系统具有内、外两个闭合回路。内回路的作用也是迅速除掉自觉性的内部扰动，在外回路中作为一个迅速随动的环节。串级系统实现自动调治比单级系统更加灵便，战胜静态误差完好由主调治器实现，分流系数D取值不用考虑静态误差的问题，D值可获取大一些，以利于更好地改进调治过程的

20、调治质量。分流系数W取值影响内回路的牢固性，在外回路中，可经过主调治器的和Ti来整定，W的影响其实不大，从而使内、外回路互不影响。7-5全程给水控制系统对于老例的给水调治系统而言，有哪些问题必定获取解决？平时是怎样解决的？答：从老例的调治过渡到全程调治会碰到好多新的技术问题，主要有：1）测量信号的正确性。测量信号正确与否是自动调治的前提，当锅炉从启动到正常运行也许从正常运行到停炉，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量正确性必然会碰到严重的影响。为了实现全程调治，这个问题第一必定获取解决。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正确性，并找出它们之间的

21、函数关系，在设计调治系统时引入这些物理量，依照函数关系在调治系统加以校正。2）调治系统的结构切换。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，因此在低负荷运行时宜采用单冲量调治系统，在非低负荷工况下（一般取满负荷的25%左右为界）宜采用三冲量调治系统，因此，单冲量系统和三冲量系统的切换在全程调治系统也是必要的。解决的方法是在调治系统中增加逻辑控制功能。（3）调治机构的切换。当机组负荷全程变化时，给水流量也大幅度变化，若是仅采用一种流通量的阀门已不能够适应全程调治的要求，因此要依照不同样的负荷合时地切换调换调治机构。在低负荷运行时平时采用改变调治阀门的开度改变给水流量，在高负荷运行时

22、采用改变给水泵转速改变给水流量，因此，调治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.优选文档考虑。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，水位等于给定值是经过蒸汽流量信号与给水流量信号的平衡关系来保持的，若失去蒸汽流量信号，则会造成调治器输入信号不平衡，使水位存在误差，即不能够保持水位等于给定值。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调治器来保持的，若失去蒸汽流量信号，主调治器仍可暂时保持水位等于给定值。8-2拥有导前微分信号的双回路汽温调治系统，在导前微分信号中断时，系统可

23、否正常工作？答：由汽温被调对象的动向特点可知，导前汽温2能够提前反响扰动，取其微分信号d2/dt引入调治器后，由于微分信号动向时不为零而稳态时为零，因此动向时可使调治器的调治作用超前，稳态时可使过热器出口汽温等于给定值，从而改善调治质量。导前微分信号只在动向调治过程中起作用，稳态时不起作用，因此在导前微分信号中断时，系统能够正常工作，但调治质量下降。8-3串级汽温调治系统中，导前汽温信号中断时，调治系统可否正常工作？答：串级汽温调治系统中，导前汽温信号作为副回路的反响信号，是副调治器的输入信号，若该信号中断，则调治系统不能够正常工作。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

24、治方法。在烟气侧调治再热汽温的方法有烟气旁路法、摇动燃烧器倾角法、烟气再循环法等；少许电厂采用蒸汽侧调治再热汽温如汽汽交换器法等。再热汽温的调治很少采用喷水调治作为主要调温手段，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？在动向和静态时，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）在动向时,这个信号作用于调治器,产生一个超前的调治作用。在静态时，导前气温不变，该信号经微分运算后为零，保证系统的无差调治。（3）由于微分动向特点为KdTdSWd(s)TdS18-10为什么采用导前汽温微分信号的双回路调治系统等效变

25、换为串级系统后，主调治器为PI的动作规律？答：当采用导前气温微分信号的调治系统等效变换为串级系统后，主调治系统的传达函数为1/Gd(s)，即：GR(S)1/Gd(S)(1TdS)/(KdTdS)GR(S)(11/TdS)/Kd因此，主调治器为PI的动作规律，其中比率带为Kd，积分时间为TiTd9-1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。平时选锅炉负荷或汽压、烟气含氧量或节余空气系数、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

26、-2为什么要采用热量信号？理想热量信号与实质热量信号有什么不同样？答：采用热量信号能够解决煤粉量的测量问题，它不但能够反响燃料量的数量变化，而且也可反响燃料质量方面的变化，因此热量信号更能正确地反响燃烧率。热量信号DQ为蒸汽流量D与CkdPd之和，实质应用中汽包压力pd的理想微分难dtCkkDTDSpd，为了正确反响燃料量，加上蒸汽流量的负向微分信号，以实现，只能对汽包压力进行实质微分即微分项为1TDS即DQzDCkkDTDSpdkDTDSDD，使kDTD1则1TDS1TDSDQz1(DCkSpd)11TDS1DQTDS实质热量信号D相当于理想热量信号与一个惯性环节相串通，D随D而变，但增加了

27、必然的惯性，稳态时两者相等，QzQzQDQ2能代替燃料量信号。1、什么是导前汽温微分信号？在动向和静态时，这个信号各有什么特点？为什么？答：（1）喷水减温器后的汽温信号经微分器后的信号称为导前汽温微分信号2）在动向时,这个信号作用于调治器,产生一个超前的调治作用。在静态时，导前气温不变，该信号经微分运算后为零，保证系统的无差调治。.优选文档（3）由于微分动向特点为Wd(s)KdTdSTdS13、调治系统的结构图以下列图：（1）确定系统稳准时的K值范围；（2）若是要求闭环系统的根全部位于S1垂线之左，K值范围应取多大？R(s)KY(s)S(0.1S1)(0.25S1)-解（1）闭环特点方程k即0

28、.025s3+0.35s2+s+K=01G(s)=0,劳斯阵列s30.0251s20.35Ks10.350.025Ks00.35K0.350.025K要求系统牢固，则劳斯阵列第一列系数不变号，即0,且K0故k的取值为0k14。（2）将s=s1-1代入闭环特点方程，得311215s1(40k27)03s1s1劳斯阵列s1115s21140k-271s1111540k27111s040k-271劳斯阵列第一列系数不变号，故k的取值为0.675k4.84、单位反响调治系统的单位阶跃响应曲线图以下所示，求出该系统的超调量、峰值时间、衰减率、稳态终值、动向误差、静态误差、峰值时间。Mp1.20.933.

29、3%解：超调量：0.90.30.166.7%衰减率：0.3动向误差：0.2静态误差：-0.1峰值时间：2秒稳态终值：0.95、简述单级三冲量给水调治系统的工作原理。答：单级三冲量给水调治系统中的给水调治器接收汽包水位主信号、蒸汽流量反响信号、给水调治器的输出信号去调治给水流量。为了减少“虚假水位”和“内扰”对调节质量的影响，在单级单冲量给水调治系统的基础上引入了蒸汽流量的前馈调治和给水流量的反响调治，当蒸汽流量增加时，调治器马上动作，相应地增加给水流量，能有效地战胜或减小虚假水位所引起的调治器误动作。当水位H变化或蒸汽流量D变化引起调治器动作时，给水流量信号W是调治器动作的反响信号，当给水流量自觉变化时，调治器也能马上动作调治机构，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。.优选文档答：为了有效地除掉燃料扰动，燃料量调治子系统中应引入燃料量信号，但燃料量信号难以直接测量。对于不同样的制粉系统能够采用不同样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