熱工過程自動調(diào)節(jié)習(xí)題集答案詳解

1、 答案及分析第一章自動調(diào)節(jié)的基本概念1-1 試列舉生產(chǎn)過程或生活中自動調(diào)節(jié)的例子,并分別說出它們各自的被調(diào)量,調(diào)節(jié)作用量以及可能受到的各種擾動.。 答：汽包鍋爐給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 被調(diào)量 汽包水位H 調(diào)節(jié)量 W 擾動 蒸汽量D 鍋爐燃燒率 過熱蒸汽溫度自動控制系統(tǒng)過熱蒸汽溫度 減溫水流量變化擾動：蒸汽流量變化 煙氣量變化 再熱蒸汽溫度自動控制系統(tǒng) 再熱蒸汽出口溫度 煙氣量 擾動：受熱面機會 給水溫度的變化 燃料改變 過量空氣系數(shù)的變化 燃燒過程自動控制氣壓Pt 過剩空氣系數(shù)a 爐膛負壓S1 調(diào)節(jié)量： 燃燒量B 送風(fēng)量V 引風(fēng)量G 擾動：燃燒率負荷（汽輪機調(diào)節(jié)門開度 汽輪機進氣流量） 以電廠鍋爐運

2、行中爐膛壓力的人工控制為例，被調(diào)量是爐膛壓力，調(diào)節(jié)量是引風(fēng)量，各種擾動包括內(nèi)擾和擾，如爐膛負荷 送風(fēng)量等。在鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中，被調(diào)量是過熱器出口過熱蒸汽溫度。在鍋爐負荷控制系統(tǒng)中，被調(diào)量是主蒸汽壓力，調(diào)節(jié)糧食鍋爐燃料量，擾動是汽機進汽量。 1-2 實際生產(chǎn)過程中常采用哪幾種類型的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng) 答:按給定值信號的特點分類,有:恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng),程序調(diào)節(jié)系統(tǒng)和隨機調(diào)節(jié)系統(tǒng). 按調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類,有:反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng),前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)和前饋-反饋的復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng). 按調(diào)節(jié)系統(tǒng)閉環(huán)回路的樹木分類：單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng) 多回路調(diào)節(jié)系統(tǒng) 按調(diào)節(jié)作用的形式分類：連續(xù)調(diào)節(jié)系統(tǒng) 離散調(diào)節(jié)系統(tǒng) 按系統(tǒng)特性分類：線性調(diào)節(jié)系

3、統(tǒng) 非線性調(diào)節(jié)系統(tǒng)1-3 為什么在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中經(jīng)常采用負反饋的形式 答:自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用反饋控制的目的是消除被凋量與紿定值的偏差.所以控制作用的正確方向應(yīng)該是:被調(diào)量高于紿定值時也就是偏差為負時控制作用應(yīng)向減小方向,當被調(diào)量低于給定值時也就是偏差為正時控制作用應(yīng)向加大方向,因此:控制作用的方向與被調(diào)量的變化相反,也就是反饋作用的方向應(yīng)該是負反饋.負反饋是反饋控制系統(tǒng)能夠完成控制任務(wù)的必要條件.1-4 前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)和反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)有哪些本質(zhì)上的區(qū)別 答:反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)是依據(jù)于偏差進行調(diào)節(jié)的,由于反饋回路的存在,形成一個閉合的環(huán)路,所以也稱為閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng).其特點是:(1)在調(diào)節(jié)結(jié)束時,可以使被調(diào)量等

4、于或接近于給定值;(2)當調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到擾動作用時,必須等到被調(diào)量出現(xiàn)偏差后才開始調(diào)節(jié),所以調(diào)節(jié)的速度相對比較緩慢.而前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)是依據(jù)于擾動進行調(diào)節(jié)的,前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于無閉合環(huán)路存在,亦稱為開環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng).其特點是:(1)由于擾動影響被調(diào)量的同時,調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用已產(chǎn)生,所以調(diào)節(jié)速度相對比較快;(2)由于沒有被調(diào)量的反饋,所以調(diào)節(jié)結(jié)束時不能保證被調(diào)量等于給定值.1-5 如何用衰減率來判斷調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)態(tài)性能 答:衰減率作為穩(wěn)定性指標比較直觀形象,在系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程曲線上能夠很方便地得到它的數(shù)值.=1是非周期的調(diào)節(jié)過程,=0是等幅振蕩的調(diào)節(jié)過程,01是衰減振蕩的調(diào)節(jié)過程, 0,且 K0 故k的取值為。

5、 （2） 將s=s1-1代入閉環(huán)特征方程，得 勞斯陣列 s13 1 15s12 11 40k-27s11 s10 40k-27 勞斯陣列第一列系數(shù)不變號， 故k的取值為 4、單位反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線圖如下所示，求出該系統(tǒng)的超調(diào)量、峰值時間、衰減率、穩(wěn)態(tài)終值、動態(tài)偏差、靜態(tài)偏差、峰值時間。 解：超調(diào)量： 衰減率：動態(tài)偏差： 0.2 靜態(tài)偏差：-0.1 峰值時間：2秒穩(wěn)態(tài)終值：0.9 5、簡述單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理。答：單級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的給水調(diào)節(jié)器接收汽包水位主信號、蒸汽流量反饋信號、給水調(diào)節(jié)器的輸出信號去調(diào)節(jié)給水流量。為了減少“虛假水位”和“內(nèi)擾”對調(diào)節(jié)品質(zhì)的影響，在

6、單級單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入了蒸汽流量的前饋調(diào)節(jié)和給水流量的反饋調(diào)節(jié)，當蒸汽流量增加時，調(diào)節(jié)器立即動作，相應(yīng)地增加給水流量，能有效地克服或減小虛假水位所引起的調(diào)節(jié)器誤動作。當水位H變化或蒸汽流量D變化引起調(diào)節(jié)器動作時，給水流量信號W是調(diào)節(jié)器動作的反饋信號，當給水流量自發(fā)變化時，調(diào)節(jié)器也能立即動作調(diào)節(jié)機構(gòu)，使給水流量迅速恢復(fù)到原來的數(shù)值，從而使汽包水位基本不變。 6、 燃料量信號有哪幾種形式？試說明熱量信號的形式及其基本性質(zhì)。答：為了有效地消除燃料擾動，燃料量調(diào)節(jié)子系統(tǒng)中應(yīng)引入燃料量信號，但燃料量信號難以直接測量。對于不同的制粉系統(tǒng)可以采用不同的形式來間接表示燃料量信號。形式有： （1）用

7、給粉機轉(zhuǎn)速表示（中儲式制粉系統(tǒng)）； （2）用給煤機轉(zhuǎn)速表示（直吹式制粉系統(tǒng)）； （3）用磨煤機進出口差壓表示（直吹式）； （4）用熱量信號表示 ，它不僅能反映燃料數(shù)量變化，而且能反擊燃料質(zhì)量的變化。因此比其它幾種形式的燃料量信號更能準確地反映燃燒率。 7、如圖所示的控制系統(tǒng)，利用方框圖轉(zhuǎn)換方法求傳遞函數(shù) GR(S)=C(S)/R(S)和GN(S)=C(S)/N(S) 解：1）設(shè)N（S）0 最終得：2）設(shè)N（S）0 （中間過程非唯一） 8、確定下列系統(tǒng)中有關(guān)參數(shù)的變化范圍，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解：閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：所以其勞斯陣列為：s3 4s2 3 1s1 41/3s0 1 所以要求： 41

8、/30 0所以1/12 10、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示，當K=1和K= -1試計算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差ess 。 解：系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 當K1 Ess110 當K1 Ess112 11、已知有一大延遲與慣性的熱工對象，為了提高控制的品質(zhì)，擬采用串級控制系統(tǒng)，已知其惰性區(qū)的傳遞函數(shù)為，導(dǎo)前區(qū)的傳遞函數(shù)為。（1）設(shè)計該串級控制系統(tǒng)，用方框圖表示出來，并說明選用該控制器的理由；（6分）（2）描述該控制系統(tǒng)的整定方案。（4分）解：（1）其中，主調(diào)節(jié)器選擇PI調(diào)節(jié)器保證調(diào)節(jié)過程的無差，副調(diào)節(jié)器采用P調(diào)節(jié)器，使內(nèi)回路實現(xiàn)快速隨動，快速消除擾動。（2）由于此系統(tǒng)由內(nèi)外兩個回路構(gòu)成，所以要分開整定。整定內(nèi)回路的時候，視外回路為開路，這時內(nèi)回路就變成一個單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)，由于階數(shù)低，可以采用理論計算或者經(jīng)驗方法整定