自動調節(jié)課后習題答案

1、 熱工自動調節(jié)習題答案第一章答案1-1 試列舉生產過程或生活中自動調節(jié)的例子,并分別說出它們各自的被調量,調節(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節(jié)系統(tǒng) 被調量 汽包水位H 調節(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?？諝庀禂?shù)a 爐膛負壓S1 調節(jié)量： 燃燒量B 送風量V 引風量G 擾動：燃燒率負荷（汽輪機調節(jié)門開度 汽輪機進氣流量） 以電廠鍋爐

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

3、節(jié)系統(tǒng) 非線性調節(jié)系統(tǒng)1-3 為什么在自動調節(jié)系統(tǒng)中經常采用負反饋的形式 答:自動調節(jié)系統(tǒng)采用反饋控制的目的是消除被凋量與給定值的偏差.所以控制作用的正確方向應該是:被調量高于給定值時也就是偏差為負時控制作用應向減小方向,當被調量低于給定值時也就是偏差為正時控制作用應向加大方向,因此:控制作用的方向與被調量的變化相反,也就是反饋作用的方向應該是負反饋.負反饋是反饋控制系統(tǒng)能夠完成控制任務的必要條件.1-4 前饋調節(jié)系統(tǒng)和反饋調節(jié)系統(tǒng)有哪些本質上的區(qū)別 答:反饋調節(jié)系統(tǒng)是依據于偏差進行調節(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)調節(jié)系統(tǒng).其特點是:(1)在調節(jié)結束時,可以使被調

4、量等于或接近于給定值;(2)當調節(jié)系統(tǒng)受到擾動作用時,必須等到被調量出現(xiàn)偏差后才開始調節(jié),所以調節(jié)的速度相對比較緩慢.而前饋調節(jié)系統(tǒng)是依據于擾動進行調節(jié)的,前饋調節(jié)系統(tǒng)由于無閉合環(huán)路存在,亦稱為開環(huán)調節(jié)系統(tǒng).其特點是:(1)由于擾動影響被調量的同時,調節(jié)器的調節(jié)作用已產生,所以調節(jié)速度相對比較快;(2)由于沒有被調量的反饋,所以調節(jié)結束時不能保證被調量等于給定值.1-5 如何用衰減率來判斷調節(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是非周期的調節(jié)過程,=0是等幅振蕩的調節(jié)過程,0<<1是衰減振蕩的調節(jié)過程, <

5、0是漸擴振蕩的調節(jié)過程.1-6 從系統(tǒng)方框圖上看,調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)過程形態(tài)取決于什么 答:取決于被調對象和調節(jié)器的特性.1-7 基本的自動調節(jié)系統(tǒng)除被調對象外還有哪幾個主要部件它們各自的職能是什么 答:組成自動調節(jié)系統(tǒng)所需的設備主要包括:(1)測量單元:用來測量被調量,并把被調量轉換為與之成比例(或其他固定函數(shù)關系)的某種便于傳輸和綜合的信號.(2)給定單元:用來設定被調量的給定值,發(fā)出與測量信號同一類型的給定值信號.(3)調節(jié)單元:接受被調量信號和給定值信號比較后的偏差信號,發(fā)出一定規(guī)律的調節(jié)指令給執(zhí)行器.(4)執(zhí)行器:根據調節(jié)單元送來的調節(jié)指令去推動調節(jié)機構,改變調節(jié)量.第二章習題2-1 求

6、下列函數(shù)的拉普拉斯反變換(1) (2) (3) (4)解: (1) (2) (3) (4) 2-2 試求下圖所示環(huán)節(jié)的動態(tài)方程、靜態(tài)方程和傳遞函數(shù)。(a)水箱：輸入量為q1，輸出量為h，水箱截面積為F。(b)阻容電路：輸入量為u1，輸出量為u2，已知電阻R和電容C1、C2。(c)阻容電路：輸入量為u1，輸出量為u2，已知電阻R1、R2和電容C。 解: (a) 動態(tài)方程: 或 ,設初始值, 則傳遞函數(shù)： (b)寫出基本方程式： 消去中間變量，整理得動態(tài)方程： 傳遞函數(shù)： 靜態(tài)方程： (c) 寫出基本方程式： 消去中間變量，整理得動態(tài)方程： 傳遞函數(shù)： 2-3 試分別根據比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)、慣性環(huán)

7、節(jié)、微分環(huán)節(jié)、純遲延環(huán)節(jié)的動態(tài)方程式，推導出其相應的傳遞函數(shù)及階躍響應式，并畫出相應的階躍響應曲線及靜態(tài)特性曲線。2-4 試求下圖 所示各環(huán)節(jié)對輸入作用的響應，畫出響應曲線。解: (a) (b) (c) 2-5 試簡化下圖所示方框圖，并求傳遞函數(shù)。習題2-5圖解:（a） (b) 2-6 試簡化下圖所示方框圖，并分別求出傳遞函數(shù)(a)、(b)、(c)、(d)。解: 令，則方框圖簡化為(a) (c) 令，則方框圖簡化為(b) (d) 2-7 試簡化下圖所示方框圖，并求傳遞函數(shù)及。答案: 令，則方框圖簡化為 令，則方框圖簡化為 2-8 雙容水箱如下圖所示，試確定輸入量q1和輸出量h2之間的傳遞函數(shù),

8、畫出系統(tǒng)方框圖，并求當輸入量q1作單位階躍擾動時,輸出量h2(t)的響應函數(shù)。答案: 消去中間變量，整理得當， 第三章習題3-1 什么是有自平衡能力對象和無自平衡能力對象？ 答案: 所謂有自平衡能力對象，就是指對象在階躍擾動作用下，不需要經過外加調節(jié)作用，對象的輸出量經過一段時間后能自己穩(wěn)定在一個新的平衡狀態(tài)。所謂無自平衡能力對象，就是指對象在階躍擾動作用下，若沒有外加調節(jié)作用，對象的輸出量經過一段時間后不能自己穩(wěn)定在一個新的平衡狀態(tài)。3-2 試分析P、PI、PID規(guī)律對系統(tǒng)調節(jié)質量的影響？答案：P調節(jié)器，有一個相對較大的超調量，有較長的調節(jié)時間，存在靜態(tài)誤差。PI調節(jié)器，綜合了P調節(jié)器和I調

9、節(jié)器兩者的性質。它的超調量及調節(jié)時間與P調節(jié)器差不多，但沒有靜態(tài)誤差。PID調節(jié)器兼有比例、積分和微分作用的特點，只要三個調節(jié)作用配合得當就可以得到比較好的調節(jié)效果，它具有比PD調節(jié)還要小的超調量，積分作用消除了靜態(tài)誤差，但由于積分作用的引入，調節(jié)時間比PD調節(jié)器要長。3-3 在相同衰減率的前提下，為什么采用PI規(guī)律的比例帶要采用P規(guī)律時選擇得大一些？答案：PI調節(jié)器兼有比例調節(jié)作用和積分調節(jié)作用的特點，由于積分調節(jié)作用是隨時間而逐漸增強的，與比例調節(jié)作用相比較過于遲緩，在改善靜態(tài)品質的同時卻惡化了動態(tài)品質，使過渡過程的振蕩加劇，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。為保證相同衰減率，要通過增大比例帶值來削弱振

10、蕩傾向。3-4 怎樣判別調節(jié)對象被控制的難易程度？答案：不論調節(jié)對象有無自平衡能力，都可統(tǒng)一用、三個特征參數(shù)來表示對象的動態(tài)特性。調節(jié)對象慣性越大、遲延越大、越難被控制。3-5 已知某種調節(jié)器傳遞函數(shù)如下：設，試求其階躍響應函數(shù)，并畫出階躍響應曲線，然后討論如何從曲線上求調節(jié)器的參數(shù)、和的數(shù)值。答案： 階躍響應函數(shù)時，階躍響應曲線如下圖 3-6 為何積分調節(jié)器稱為無差調節(jié)器？答案：具有積分作用的調節(jié)器，只要對象的被調量不等于給定值，執(zhí)行器就會不停地動作，只有當偏差等于零時，調節(jié)過程才結束；調節(jié)過程結束，則必然沒有偏差，這是積分作用的特點。因此，積分作用調節(jié)器也稱為無差調節(jié)器。第四章習題4-1

11、調節(jié)系統(tǒng)如圖4-13所示，試分別求當K=10和K=20時，系統(tǒng)的阻尼比 z、無阻尼自然振蕩頻率wn、單位階躍響應的超調量Mp、峰值時間tp、衰減率y、調節(jié)時間ts和穩(wěn)態(tài)誤差e(¥)，并討論K的大小對過渡過程性能指標的影響。解:系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的通用形式為 二式比較，可得, K=1 K=10時， 由此可以求得：阻尼振蕩頻率 峰值時間 超調量 衰減率 調節(jié)時間 采用2%的誤差帶 ： 采用5%的誤差帶 ： 穩(wěn)態(tài)誤差 K=20時， 阻尼振蕩頻率 峰值時間 超調量 衰減率 調節(jié)時間 采用2%的誤差帶 ： 采用5%的誤差帶 ： 穩(wěn)態(tài)誤差 4-2 調節(jié)系統(tǒng)如圖4-14所示，試

12、分別求出當系統(tǒng)的瞬態(tài)響應為y=0.75和y=0.9時的 d 值。解：由系統(tǒng)方框圖可寫出閉環(huán)特征方程式：整理得：考慮到二階系統(tǒng)的標準形式為：可見： , 當取=0.75時，阻尼比=0.216，據此可求得： 當取=0.9時，阻尼比=0.344，據此可求得： 4-3 試用勞斯判據和古爾維茨判據確定下列特征方程式的系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果不穩(wěn)定，指出在S右半平面根的個數(shù)。（1） (2) （3） (4)答案: (1) 勞斯陣列： 第一列元素全為正，所以系統(tǒng)穩(wěn)定。 (2) 勞斯陣列： 第一列元素符號改變兩次，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定，有2個根在S右半平面。 (3)勞斯陣列： 第一列元素符號改變兩次，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定，有2個根

13、在S右半平面。 (4) 勞斯陣列： 第一列元素全為正，所以系統(tǒng)穩(wěn)定。4-4 已知系統(tǒng)特征方程式如下，試求系統(tǒng)在S右半平面的根數(shù)。（1）（2）（3）答案: (1) 勞斯陣列： 由于出現(xiàn)全零行，故用行系數(shù)構成輔助多項式。 第一列元素全為正，說明特征方程式沒有正根，而由輔助方程式， =0 S=j2和S=-j2這就是系統(tǒng)特征方程式的兩對虛根，因此系統(tǒng)邊界穩(wěn)定。 (2) 勞斯陣列： 由于出現(xiàn)全零行，故用行系數(shù)構成輔助多項式 第一列元素全為正，說明特征方程式沒有正根，而由輔助方程式 0 S=j 和S=-j 這就是系統(tǒng)特征方程式的兩對虛根，因此系統(tǒng)邊界穩(wěn)定。4-5 調節(jié)系統(tǒng)如圖所示,G1(s)=K,G2(s

14、)=1/s(0.1s+1)(0.2s+1) 習題4-5圖（1） 確定系統(tǒng)穩(wěn)定時的K值范圍；（2） 如果要求閉環(huán)系統(tǒng)的根全部位于垂線之左，K值范圍應取多大？答案: (1)系統(tǒng)特征方程 ，即 勞斯陣列： 系統(tǒng)穩(wěn)定，則需第一列元素全為正，所以。 (2) 用代入特征方程中，可得要求閉環(huán)系統(tǒng)的根全部位于垂線之左，則，即 。4-6 已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試確定系統(tǒng)穩(wěn)定時的K值范圍。 答案: (1)系統(tǒng)特征方程 0即；+0 系統(tǒng)穩(wěn)定，則需第一列元素全為正， 0 0即 第五章習題5-1 求輸入信號為的單位反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出，已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：解：閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： G(s)=10/(

15、s+11) 頻率特性 G(jw)=10/(jw+11) 由w=1，得 G(j1)=10/(j1+11)= 故C（t）=0.905sin(t+)=0.905sin(t+)5-2 自動調節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為寫出系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性的表達式。解： 幅頻特性 相頻特性5-3 已知各系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，試用奈奎斯特判斷各閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1) 2) 解：1) T1、T2為正 所以求出的開環(huán)特征根均落在S平面的左半部，開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。觀察圖知沒過（1，j0）點，則系統(tǒng)穩(wěn)定。2) T1、T2、T3均為正 所以求出的開環(huán)特征根均落在S平面的左半部，開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。觀察圖知過（1，j0）點，則系統(tǒng)不穩(wěn)定，且有兩個

16、正實數(shù)根。5-4 已知各系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，試圖用奈奎斯特判斷各閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1)2) 解，1）三個開環(huán)特征根均為1/6，所以開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定令 得rad/s此時得= -考慮到隨值增加，開環(huán)系統(tǒng)頻率特性的模單調減小，在模為1時，相角為-，所以曲線過（1，j0）點,系統(tǒng)邊界穩(wěn)定。5-5 調節(jié)系統(tǒng)如圖畫5-26所示，試確定系統(tǒng)邊界穩(wěn)定時K的數(shù)值。解：系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 3個開環(huán)特征根均為1/5，所以開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。開環(huán)系統(tǒng)頻率特性為系統(tǒng)邊界穩(wěn)定時，解得: K 3.87第六章習題6-2 串級調節(jié)系統(tǒng)和單回路調節(jié)系統(tǒng)在系統(tǒng)結構上有什么不同？串級調節(jié)系統(tǒng)一般在什么情況下采用？答:串級調節(jié)系統(tǒng)和單回路調節(jié)系

17、統(tǒng)在結構和組成上相比多了一個測量單元、一個調節(jié)單元和一個閉合回路。測量單元測量到的物理量作為系統(tǒng)的輔助被調量，增加的一個調節(jié)單元作為系統(tǒng)的輔助調節(jié)器（稱為副調節(jié)器），增加一個較小的閉合回路作為系統(tǒng)的副回路（也稱為內回路）。串級調節(jié)系統(tǒng)的調節(jié)任務仍然是使被調量等于給定值，系統(tǒng)中的執(zhí)行器和調節(jié)機構都仍然只有一個。對于那些被調對象本身就很復雜，對自動調節(jié)的性能指標要求又十分嚴格的，單回路調節(jié)系統(tǒng)已不能滿足要求，可考慮采用串級調節(jié)系統(tǒng)。6-3 已知單回路調節(jié)系統(tǒng)中，被調對象的傳遞函數(shù)為當調節(jié)器分別采用P、PI、PID時，試用臨界比例帶法計算調節(jié)器的整定參數(shù)（整定指標=075）。解:設調節(jié)器只有比例作用

18、時的傳遞函數(shù)為：此時，系統(tǒng)的特征方程式為：系統(tǒng)為邊界穩(wěn)定時，特征方程式有根在虛軸上。以代入上式，得：而：。由此得到：解得：，而。和就是調節(jié)器只用比例作用而使系統(tǒng)處于邊界穩(wěn)定時，瞬態(tài)響應的振蕩周期和比例帶值。（1）調節(jié)器為比例作用時：調節(jié)器的整定參數(shù)：。（2）調節(jié)器為比例積分作用時：調節(jié)器的整定參數(shù)：；。（3）調節(jié)器為比例-積分-微分作用時：調節(jié)器的整定參數(shù)為：；6-4 已知單回路調節(jié)系統(tǒng)中，被調對象的傳遞函數(shù)為當調節(jié)器分別采用P、PI、PID時，試計算出調節(jié)器的整定參數(shù)（整定指標=075）。 解:系統(tǒng)用比例調節(jié)器時的特征方程式為：邊界穩(wěn)定時，由此得出：（1）調節(jié)器為比例作用時，調節(jié)器的整定參數(shù)

19、：（2）調節(jié)器為比例-積分作用時，調節(jié)器的整定參數(shù)：（3）調節(jié)器為比例-積分-微分作用時，調節(jié)器的整定參數(shù)： 第七章習題7-1 汽包鍋爐給水調節(jié)系統(tǒng)中，被調對象為什么會出現(xiàn)“虛假水位”的現(xiàn)象？在設計調節(jié)系統(tǒng)時采用了什么對策？ 答：“虛假水位”現(xiàn)象主要是來自于蒸汽量的變化。蒸汽量擾動時，汽包水位的變化過程同樣可以從兩個角度加以分析。如果僅僅從物質平衡的角度來分析，當蒸汽量產生一個階躍擾動（增加），而給水量不變時，汽包水位是下降的。如果僅僅從熱平衡的角度來分析，由于隨著蒸汽量的增加汽包內部的壓力將下降，汽水混合物中的汽泡容積迅速增加，使汽包水位上升，當汽泡容積的增加與負荷相適應達到新的熱平衡狀態(tài)后

20、，水位不再上升而保證不變。綜合上述兩種角度分析的結果，對汽包而言，在其輸出流量（蒸汽量）增加，輸入流量（給水量）不變的情況下，汽包水位一開始不但不下降，反而上升，這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”，當“虛假水位”達到極值后，水位將反方向的突然快速變化，這一點在設計自動調節(jié)系統(tǒng)時要特別引起重視的。顯然蒸汽量是一個不可調節(jié)的量（對調節(jié)系統(tǒng)而言），但它是一個可測量，所以在系統(tǒng)中引入這些擾動信息來改善調節(jié)品質是非常必要的。調節(jié)系統(tǒng)引入蒸汽流量信號D作為前饋信號，當蒸汽流量D改變時，調節(jié)作用使給水流量W同方向改變（D增加時W增加；D減少時W減少），所以這個前饋信號的引入可以有效地減少或消除“虛假水位”現(xiàn)象產生誤動

21、作帶來的影響。7-2 三沖量給水自動調節(jié)系統(tǒng)中三個“沖量”的引入，分別起到什么作用？ 答：調節(jié)器依據汽包水位H、給水流量W和蒸汽流量D三個信號進行調節(jié)，稱為三沖量調節(jié)系統(tǒng)。其中，汽包水位信號H是調節(jié)系統(tǒng)的主信號，它和單沖量給水調節(jié)系統(tǒng)中的作用原理一樣，汽包水位信號H上升時，調節(jié)作用使給水流量W減小，H下降時調節(jié)作用使W增加。蒸汽流量信號D是調節(jié)系統(tǒng)引入的前饋信號，當蒸汽流量D改變時，調節(jié)作用使給水流量W同方向改變（D增加時W增加；D減少時W減少），所以這個前饋信號的引入可以有效地減少或消除“虛假水位”現(xiàn)象產生誤動作帶來的影響。給水流量信號W作為調節(jié)系統(tǒng)的反饋信號，當給水流量W發(fā)生自發(fā)性擾動時調

22、節(jié)器立即動作，使給水流量在較短時間內恢復原有數(shù)值，汽包水位可基本不受其影響。由于在單沖量調節(jié)系統(tǒng)的基礎上，增加了前饋信號D和反饋信號W，使系統(tǒng)更有效地控制汽包水位的變化，提高了系統(tǒng)的調節(jié)品質。7-4 單級給水調節(jié)系統(tǒng)和串級給水調節(jié)系統(tǒng)在調節(jié)效果上有什么主要的區(qū)別？ 答：單級三沖量給水自動調節(jié)系統(tǒng)存在著一些不足之處：（1）分流系數(shù)W的數(shù)值同時影響到內、外回路的穩(wěn)定性，在整定參數(shù)時內、外回路相互之間并不是獨立的，對整定工作帶來不便。（2）前饋信號的引入能改善調節(jié)過程的調節(jié)品質，克服“虛假水位”帶來不利的影響。但是為了實現(xiàn)無差調節(jié)，必須使D等于W，因此前饋信號的強弱程度受到了限制，不能更好地改善調節(jié)

23、過程的調節(jié)品質。為了解決上述存在的問題，可采用串級三沖量給水調節(jié)系統(tǒng)，串級三沖量給水調節(jié)系統(tǒng)具有內、外兩個閉合回路。內回路的作用也是迅速消除自發(fā)性的內部擾動，在外回路中作為一個快速隨動的環(huán)節(jié)。串級系統(tǒng)實現(xiàn)自動調節(jié)比單級系統(tǒng)更加靈活，克服靜態(tài)偏差完全由主調節(jié)器實現(xiàn)，分流系數(shù)D取值不必考慮靜態(tài)偏差的問題，D值可取得大一些，以利于更好地改善調節(jié)過程的調節(jié)品質。分流系數(shù)W取值影響內回路的穩(wěn)定性，在外回路中，可通過主調節(jié)器的和Ti來整定，W的影響并不大，從而使內、外回路互不影響。7-5 全程給水控制系統(tǒng)對于常規(guī)的給水調節(jié)系統(tǒng)而言，有哪些問題必須得到解決？通常是如何解決的？ 答：從常規(guī)的調節(jié)過渡到全程調節(jié)

24、會遇到許多新的技術問題，主要有：（1）測量信號的準確性。測量信號準確與否是自動調節(jié)的前提，當鍋爐從啟動到正常運行或者從正常運行到停爐，其蒸汽參數(shù)的變化是相當大的，汽包水位、給水流量和蒸汽流量的測量準確性必然會受到嚴重的影響。為了實現(xiàn)全程調節(jié)，這個問題首先必須得到解決。解決的思路是找出受影響的原因，即：哪些物理量影響測量信號的準確性，并找出它們之間的函數(shù)關系，在設計調節(jié)系統(tǒng)時引入這些物理量，根據函數(shù)關系在調節(jié)系統(tǒng)加以校正。（2）調節(jié)系統(tǒng)的結構切換。鍋爐在低負荷工況下，蒸汽流量和給水流量的測量值誤差很大，所以在低負荷運行時宜采用單沖量調節(jié)系統(tǒng)，在非低負荷工況下（一般取滿負荷的25%左右為界）宜采用

25、三沖量調節(jié)系統(tǒng)，所以，單沖量系統(tǒng)和三沖量系統(tǒng)的切換在全程調節(jié)系統(tǒng)也是必要的。解決的方法是在調節(jié)系統(tǒng)中增加邏輯控制功能。（3）調節(jié)機構的切換。當機組負荷全程變化時，給水流量也大幅度變化，如果僅采用一種流通量的閥門已不能適應全程調節(jié)的要求，所以要根據不同的負荷適時地切換調換調節(jié)機構。在低負荷運行時通常采用改變調節(jié)閥門的開度改變給水流量，在高負荷運行時采用改變給水泵轉速改變給水流量，因此，調節(jié)閥和變速泵之間的配合和無擾動的切換在設計系統(tǒng)時要加以考慮。7-7 在單級三沖量給水控制系統(tǒng)和串級三沖量給水控制系統(tǒng)中，若失去蒸汽流量信號，各應出現(xiàn)什么結果？ 答：在單級三沖量給水控制系統(tǒng)中，水位等于給定值是通過

26、蒸汽流量信號與給水流量信號的平衡關系來維持的，若失去蒸汽流量信號，則會造成調節(jié)器輸入信號不平衡，使水位存在偏差，即不能維持水位等于給定值。在串級三沖量給水控制系統(tǒng)中，水位等于給定值是由主回路的PI調節(jié)器來維持的，若失去蒸汽流量信號，主調節(jié)器仍可暫時維持水位等于給定值。第八章習題8-2 具有導前微分信號的雙回路汽溫調節(jié)系統(tǒng)，在導前微分信號中斷時，系統(tǒng)能否正常工作？答：由汽溫被調對象的動態(tài)特性可知，導前汽溫2可以提前反映擾動，取其微分信號d2/dt引入調節(jié)器后，由于微分信號動態(tài)時不為零而穩(wěn)態(tài)時為零，所以動態(tài)時可使調節(jié)器的調節(jié)作用超前，穩(wěn)態(tài)時可使過熱器出口汽溫等于給定值，從而改善調節(jié)品質。導前微分信

27、號只在動態(tài)調節(jié)過程中起作用，穩(wěn)態(tài)時不起作用，所以在導前微分信號中斷時，系統(tǒng)能夠正常工作，但調節(jié)品質下降。8-3 串級汽溫調節(jié)系統(tǒng)中，導前汽溫信號中斷時，調節(jié)系統(tǒng)能否正常工作？答：串級汽溫調節(jié)系統(tǒng)中，導前汽溫信號作為副回路的反饋信號，是副調節(jié)器的輸入信號，若該信號中斷，則調節(jié)系統(tǒng)不能正常工作。8-8 再熱汽溫有哪幾種控制方式？答：再熱汽溫多數(shù)采用煙氣側調節(jié)方法。在煙氣側調節(jié)再熱汽溫的方法有煙氣旁路法、擺動燃燒器傾角法、煙氣再循環(huán)法等；少數(shù)電廠采用蒸汽側調節(jié)再熱汽溫如汽汽交換器法等。再熱汽溫的調節(jié)很少采用噴水調節(jié)作為主要調溫手段，而只作為事故噴水或輔助調溫手段。8-9 什么是導前汽溫微分信號？在動

28、態(tài)和靜態(tài)時，這個信號各有什么特點？為什么？答：（1）噴水減溫器后的氣溫信號經微分器運算后所得的信號稱為導前氣溫微分信號。（2）在動態(tài)時,這個信號作用于調節(jié)器,產生一個超前的調節(jié)作用。在靜態(tài)時，導前氣溫不變，該信號經微分運算后為零，保證系統(tǒng)的無差調節(jié)。（3）因為微分動態(tài)特性為8-10為什么采用導前汽溫微分信號的雙回路調節(jié)系統(tǒng)等效變換為串級系統(tǒng)后，主調節(jié)器為PI的動作規(guī)律？ 答：當采用導前氣溫微分信號的調節(jié)系統(tǒng)等效變換為串級系統(tǒng)后，主調節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，即：所以，主調節(jié)器為PI的動作規(guī)律，其中比例帶為，積分時間為第九章習題9-1 單元機組汽包爐燃燒控制的任務是什么？有哪幾個被控量？相應的控制變量

29、是什么？ 答：鍋爐燃燒過程自動控制的任務在于使鍋爐的燃燒工況與鍋爐的蒸汽負荷要求相適應，同時保證鍋爐燃燒過程安全經濟地運行。通常選鍋爐負荷或汽壓、煙氣含氧量或過?？諝庀禂?shù)、爐膛負壓作為被控量，選燃料量、送風量和引風量作為相應的控制量。9-2 為什么要采用熱量信號？理想熱量信號與實際熱量信號有什么不同？答：采用熱量信號可以解決煤粉量的測量問題，它不僅可以反映燃料量的數(shù)量變化，而且也可反映燃料品質方面的變化，因此熱量信號更能準確地反映燃燒率。熱量信號DQ為蒸汽流量D與之和，實際應用中汽包壓力pd的理想微分難以實現(xiàn)，只能對汽包壓力進行實際微分即微分項為，為了準確反應燃料量，加上蒸汽流量的負向微分信號

30、，即 ，使 則 實際熱量信號DQz相當于理想熱量信號與一個慣性環(huán)節(jié)相串聯(lián)，DQz隨DQ而變，但增加了一定的慣性，穩(wěn)態(tài)時兩者相等，DQ2能代替燃料量信號。9-3 燃燒過程的控制中，如何實現(xiàn)風量對燃料量始終有足夠富裕的操作方法？ 答：為實現(xiàn)風量對燃料量始終有足夠富裕，大型單元機組的燃燒控制系統(tǒng)中一般都采用了燃料、送風交叉限制措施。當加負荷時，燃燒率指令B0增加，該指令不能通過小選模塊，只能通過大選模塊送到送風量控制子系統(tǒng)的副調節(jié)器PI3，增加送風量；隨著送風量的增大，小選模塊的輸出逐漸增大，于是燃料量也不斷增加，這樣就實現(xiàn)了增加負荷時先加風、后加燃料的控制過程。減負荷時，燃燒率指令B0減小不能通過

31、大選模塊，只能通過小選模塊先減少燃料量。隨著燃料量的減少，通過大選模塊，使送風量逐漸減少，從而實現(xiàn)減負荷時先減燃料、后減風的控制過程。這樣就可以保證變負荷過程中有一定的送風量裕量，燃料充分燃燒而不致于發(fā)生缺氧燃燒。系統(tǒng)中的低值限幅模塊限制送風量不低于最小允許風量Vmin；高值限幅模塊限制燃料量不大于最大燃料量Bmax值，以維持鍋爐燃燒工況的穩(wěn)定。9-4 燃燒控制系統(tǒng)中，常用來反映燃料量的信號有哪幾種？ 答：常用來反映燃料量的信號：熱量信號、給粉機轉速、一次風量總和、給煤機轉速、裝煤量校正、給煤量。 9-5 燃料量控制策略有哪幾種？ 答：燃料量控制的各種基本策略：（1）采用熱量信號的燃料控制（2

32、）采用給粉機轉速反饋信號的燃料量控制（3）采用一次風量總和作反饋信號的燃料量控制（4）采用給煤機轉速反饋信號的燃料量控制（5）采用裝煤量校正的燃料量控制（6）采用給煤量反饋的燃料量控制。9-6 送風量控制策略有哪幾種？答：送風量控制策略有（1）燃燒率指令風量系統(tǒng)。這種控制策略以燃燒率指令B0作為送風量控制子系統(tǒng)的定值，燃燒率指令必須同時送到燃料量系統(tǒng)。在負荷發(fā)生變化時，這兩個控制子系統(tǒng)同時動作，使風量和燃料量在動態(tài)過程中有較好的配合。但在燃料側發(fā)生擾動時不能保證要求的風量和燃料量的比例關系成立。（2）燃料量風量系統(tǒng)。該系統(tǒng)以燃料量B作為控制系統(tǒng)的定值，風量V作為反饋，是一個單回路隨動控制系統(tǒng)，

33、該系統(tǒng)無論負荷變化還是燃料側擾動都能滿足風量和燃料量的比例關系，且實現(xiàn)簡單，但要求燃料量測量準確。（3）蒸汽量風量系統(tǒng)。保持V與D的比例關系，也就保證了一定的過剩空氣系數(shù)，即保證了燃燒的經濟性。而蒸汽流量信號D是比較容易準確測量的。由于V與D成比例只在穩(wěn)態(tài)時與過剩空氣系數(shù)有對應關系，燃用水分變化很大的煤或蒸汽參數(shù)變化很大時，風量V與蒸汽量D的比值就不能保證燃燒經濟性，故還需采用氧量校正信號，這種系統(tǒng)如發(fā)生燃料量擾動，送風量調節(jié)器由于得不到燃料量擾動信號，只能得到因燃料量擾動而使煙氣中含氧量改變的校正信號，因此送風量變化比燃料量擾動稍有遲延，其遲延時間取決于氧量對象和測量元件的時間常數(shù)，因而會存

34、在風、燃比的動態(tài)誤差。（4）熱量風量系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是當燃料側發(fā)生擾動時，由于熱量信號能及時反映燃料的擾動，通過控制系統(tǒng)很快地消除擾動，基本上不會因燃料量的自發(fā)擾動造成蒸汽壓力的波動。（5）氧量風燃比系統(tǒng)。燃燒率指令B0一方面送燃料量控制子系統(tǒng)，另一方面送到風量控制子系統(tǒng)的副調節(jié)器作前饋信號，副調節(jié)器同時接受風量反饋信號和氧量校正信號，副調節(jié)器快速保證風燃比。煙氣中氧量和隨負荷而變的定值送校正調節(jié)器，校正調節(jié)器輸出信號校正送風量，保證鍋爐的燃燒經濟性。（6）其它帶氧量校正的送風量控制子系統(tǒng)。9-7 氧量校正有幾種方式？各有什么特點？答：（1）氧量校正送風量（2）氧量校正送風量給定值9-8 試

35、述引風調節(jié)子系統(tǒng)原則方案及改進措施。（畫出方框圖）。答：引風調節(jié)子系統(tǒng)的任務是使引風量與送風量相適應，并保持爐膛壓力在要求的范圍內，實現(xiàn)安全運行。由于送風量的變化是引起爐膛負壓波動的主要原因，為了能使引風量快速跟蹤送風量，可將送風量作為前饋信號引入引風調節(jié)系統(tǒng)。當送風量（指令）變化時，引風量（指令）立即跟隨變化，而不是等爐膛負壓偏離定值后再動作，從而盡可能減少負壓的動態(tài)偏差。因為爐膛負壓對于引風量的變化反應很快，測量也容易，所以引風調節(jié)系統(tǒng)一般采取以爐膛負壓為被調節(jié)的單回路調節(jié)系統(tǒng)。原則方案如圖（a）。改進措施：(1)燒過程是一個劇烈的化學反應過程，負壓波動在所難免，為避免引風調節(jié)系統(tǒng)不必要的

36、頻繁動作，對負壓偏差加上死亡限制即負壓變化不大時，不做調節(jié)。(2)MFT后壓力急降，為防內爆，應快關引風機入口擋板。3、調節(jié)系統(tǒng)的結構圖如圖所示： （1）確定系統(tǒng)穩(wěn)定時的K值范圍；（2）如果要求閉環(huán)系統(tǒng)的根全部位于S1垂線之左，K值范圍應取多大？解（1）閉環(huán)特征方程1Gk(s)=0,即0.025s3+0.35s2+s+K=0 勞斯陣列 s3 0.025 1s2 0.35 Ks1 s0 K 要求系統(tǒng)穩(wěn)定，則勞斯陣列第一列系數(shù)不變號，即>0,且 K>0 故k的取值為。 （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、單位反饋調節(jié)系統(tǒng)的單位階躍響應曲線圖如下所示，求出該系統(tǒng)的超調量、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節(jié)系統(tǒng)的工作原理。答：單級三沖量給水調節(jié)系統(tǒng)中的給水調節(jié)器接收汽包水位主信號、蒸汽流量反饋信號、給水調節(jié)器的輸出信號去調節(jié)給水流量。為了減少“虛假水位”和“內擾”對調節(jié)品質的影響，在單級單沖量給水調節(jié)系統(tǒng)的基礎上引入了蒸汽流量的前饋調節(jié)和給水流量的反饋調