自動調(diào)節(jié)課后習(xí)題答案

1、 熱工自動調(diào)節(jié)習(xí)題答案第一章答案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?？諝庀禂?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

2、運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)擾和外擾，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)量是鍋爐燃料量，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)

3、節(jié)系統(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給定值的偏差.所以控制作用的正確方向應(yīng)該是:被調(diào)量高于給定值時也就是偏差為負時控制作用應(yīng)向減小方向,當(dāng)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)

4、量等于或接近于給定值;(2)當(dāng)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,0<<1是衰減振蕩的調(diào)節(jié)過程, <

5、0是漸擴振蕩的調(diào)節(jié)過程.1-6 從系統(tǒng)方框圖上看,調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程形態(tài)取決于什么 答:取決于被調(diào)對象和調(diào)節(jié)器的特性.1-7 基本的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)除被調(diào)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(diào)節(jié)系統(tǒng)所需的設(shè)備主要包括:(1)測量單元:用來測量被調(diào)量,并把被調(diào)量轉(zhuǎn)換為與之成比例(或其他固定函數(shù)關(guān)系)的某種便于傳輸和綜合的信號.(2)給定單元:用來設(shè)定被調(diào)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(diào)節(jié)單元:接受被調(diào)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(diào)節(jié)指令給執(zhí)行器.(4)執(zhí)行器:根據(jù)調(diào)節(jié)單元送來的調(diào)節(jié)指令去推動調(diào)節(jié)機構(gòu),改變調(diào)節(jié)量.第二章習(xí)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(shè)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(jù)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(dǎo)出其相應(yīng)的傳遞函數(shù)及階躍響應(yīng)式，并畫出相應(yīng)的階躍響應(yīng)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(yīng)，畫出響應(yīng)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(xí)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(dāng)輸入量q1作單位階躍擾動時,輸出量h2(t)的響應(yīng)函數(shù)。答案: 消去中間變量，整理得當(dāng)， 第三章習(xí)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(jīng)過外加調(diào)節(jié)作用，對象的輸出量經(jīng)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(diào)節(jié)作用，對象的輸出量經(jīng)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(diào)節(jié)質(zhì)量的影響？答案：P調(diào)節(jié)器，有一個相對較大的超調(diào)量，有較長的調(diào)節(jié)時間，存在靜態(tài)誤差。PI調(diào)節(jié)器，綜合了P調(diào)節(jié)器和I調(diào)

9、節(jié)器兩者的性質(zhì)。它的超調(diào)量及調(diào)節(jié)時間與P調(diào)節(jié)器差不多，但沒有靜態(tài)誤差。PID調(diào)節(jié)器兼有比例、積分和微分作用的特點，只要三個調(diào)節(jié)作用配合得當(dāng)就可以得到比較好的調(diào)節(jié)效果，它具有比PD調(diào)節(jié)還要小的超調(diào)量，積分作用消除了靜態(tài)誤差，但由于積分作用的引入，調(diào)節(jié)時間比PD調(diào)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(diào)節(jié)器兼有比例調(diào)節(jié)作用和積分調(diào)節(jié)作用的特點，由于積分調(diào)節(jié)作用是隨時間而逐漸增強的，與比例調(diào)節(jié)作用相比較過于遲緩，在改善靜態(tài)品質(zhì)的同時卻惡化了動態(tài)品質(zhì)，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(diào)節(jié)對象被控制的難易程度？答案：不論調(diào)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(diào)節(jié)對象慣性越大、遲延越大、越難被控制。3-5 已知某種調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)如下：設(shè)，試求其階躍響應(yīng)函數(shù)，并畫出階躍響應(yīng)曲線，然后討論如何從曲線上求調(diào)節(jié)器的參數(shù)、和的數(shù)值。答案： 階躍響應(yīng)函數(shù)時，階躍響應(yīng)曲線如下圖 3-6 為何積分調(diào)節(jié)器稱為無差調(diào)節(jié)器？答案：具有積分作用的調(diào)節(jié)器，只要對象的被調(diào)量不等于給定值，執(zhí)行器就會不停地動作，只有當(dāng)偏差等于零時，調(diào)節(jié)過程才結(jié)束；調(diào)節(jié)過程結(jié)束，則必然沒有偏差，這是積分作用的特點。因此，積分作用調(diào)節(jié)器也稱為無差調(diào)節(jié)器。第四章習(xí)題4-1

11、調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖4-13所示，試分別求當(dāng)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(yīng)的超調(diào)量Mp、峰值時間tp、衰減率y、調(diào)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(diào)量 衰減率 調(diào)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(diào)量 衰減率 調(diào)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(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖4-14所示，試

12、分別求出當(dāng)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)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(dāng)取=0.75時，阻尼比=0.216，據(jù)此可求得： 當(dāng)取=0.9時，阻尼比=0.344，據(jù)此可求得： 4-3 試用勞斯判據(jù)和古爾維茨判據(jù)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(gòu)成輔助多項式。 第一列元素全為正，說明特征方程式?jīng)]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(gòu)成輔助多項式 第一列元素全為正，說明特征方程式?jīng)]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(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖所示,G1(s)=K,G2(s

14、)=1/s(0.1s+1)(0.2s+1) 習(xí)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(yīng)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(xí)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(diào)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(diào)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(diào)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(xí)題6-2 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)和單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上有什么不同？串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般在什么情況下采用？答:串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)和單回路調(diào)節(jié)系

17、統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和組成上相比多了一個測量單元、一個調(diào)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(diào)量，增加的一個調(diào)節(jié)單元作為系統(tǒng)的輔助調(diào)節(jié)器（稱為副調(diào)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(nèi)回路）。串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)任務(wù)仍然是使被調(diào)量等于給定值，系統(tǒng)中的執(zhí)行器和調(diào)節(jié)機構(gòu)都仍然只有一個。對于那些被調(diào)對象本身就很復(fù)雜，對自動調(diào)節(jié)的性能指標要求又十分嚴格的，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)已不能滿足要求，可考慮采用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。6-3 已知單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，被調(diào)對象的傳遞函數(shù)為當(dāng)調(diào)節(jié)器分別采用P、PI、PID時，試用臨界比例帶法計算調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)（整定指標=075）。解:設(shè)調(diào)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(diào)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(yīng)的振蕩周期和比例帶值。（1）調(diào)節(jié)器為比例作用時：調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)：。（2）調(diào)節(jié)器為比例積分作用時：調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)：；。（3）調(diào)節(jié)器為比例-積分-微分作用時：調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)為：；6-4 已知單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，被調(diào)對象的傳遞函數(shù)為當(dāng)調(diào)節(jié)器分別采用P、PI、PID時，試計算出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)（整定指標=075）。 解:系統(tǒng)用比例調(diào)節(jié)器時的特征方程式為：邊界穩(wěn)定時，由此得出：（1）調(diào)節(jié)器為比例作用時，調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)

19、：（2）調(diào)節(jié)器為比例-積分作用時，調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)：（3）調(diào)節(jié)器為比例-積分-微分作用時，調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)： 第七章習(xí)題7-1 汽包鍋爐給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，被調(diào)對象為什么會出現(xiàn)“虛假水位”的現(xiàn)象？在設(shè)計調(diào)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(zhì)平衡的角度來分析，當(dāng)蒸汽量產(chǎn)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(nèi)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(dāng)汽泡容積的增加與負荷相適應(yīng)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(jié)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(dāng)“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(shè)計自動調(diào)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(diào)節(jié)的量（對調(diào)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(diào)節(jié)品質(zhì)是非常必要的。調(diào)節(jié)系統(tǒng)引入蒸汽流量信號D作為前饋信號，當(dāng)蒸汽流量D改變時，調(diào)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(chǎn)生誤動

21、作帶來的影響。7-2 三沖量給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中三個“沖量”的引入，分別起到什么作用？ 答：調(diào)節(jié)器依據(jù)汽包水位H、給水流量W和蒸汽流量D三個信號進行調(diào)節(jié)，稱為三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其中，汽包水位信號H是調(diào)節(jié)系統(tǒng)的主信號，它和單沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的作用原理一樣，汽包水位信號H上升時，調(diào)節(jié)作用使給水流量W減小，H下降時調(diào)節(jié)作用使W增加。蒸汽流量信號D是調(diào)節(jié)系統(tǒng)引入的前饋信號，當(dāng)蒸汽流量D改變時，調(diào)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(chǎn)生誤動作帶來的影響。給水流量信號W作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的反饋信號，當(dāng)給水流量W發(fā)生自發(fā)性擾動時調(diào)

22、節(jié)器立即動作，使給水流量在較短時間內(nèi)恢復(fù)原有數(shù)值，汽包水位可基本不受其影響。由于在單沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基礎(chǔ)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(diào)節(jié)品質(zhì)。7-4 單級給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)和串級給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)在調(diào)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(diào)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(nèi)、外回路的穩(wěn)定性，在整定參數(shù)時內(nèi)、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(diào)節(jié)過程的調(diào)節(jié)品質(zhì)，克服“虛假水位”帶來不利的影響。但是為了實現(xiàn)無差調(diào)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(diào)節(jié)

23、過程的調(diào)節(jié)品質(zhì)。為了解決上述存在的問題，可采用串級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)，串級三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有內(nèi)、外兩個閉合回路。內(nèi)回路的作用也是迅速消除自發(fā)性的內(nèi)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(diào)節(jié)比單級系統(tǒng)更加靈活，克服靜態(tài)偏差完全由主調(diào)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(diào)節(jié)過程的調(diào)節(jié)品質(zhì)。分流系數(shù)W取值影響內(nèi)回路的穩(wěn)定性，在外回路中，可通過主調(diào)節(jié)器的和Ti來整定，W的影響并不大，從而使內(nèi)、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(diào)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(diào)節(jié)過渡到全程調(diào)節(jié)

24、會遇到許多新的技術(shù)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(diào)節(jié)的前提，當(dāng)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(dāng)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(diào)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(guān)系，在設(shè)計調(diào)節(jié)系統(tǒng)時引入這些物理量，根據(jù)函數(shù)關(guān)系在調(diào)節(jié)系統(tǒng)加以校正。（2）調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(diào)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(diào)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(diào)節(jié)系統(tǒng)也是必要的。解決的方法是在調(diào)節(jié)系統(tǒng)中增加邏輯控制功能。（3）調(diào)節(jié)機構(gòu)的切換。當(dāng)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(yīng)全程調(diào)節(jié)的要求，所以要根據(jù)不同的負荷適時地切換調(diào)換調(diào)節(jié)機構(gòu)。在低負荷運行時通常采用改變調(diào)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(zhuǎn)速改變給水流量，因此，調(diào)節(jié)閥和變速泵之間的配合和無擾動的切換在設(shè)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(yīng)出現(xiàn)什么結(jié)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(guān)系來維持的，若失去蒸汽流量信號，則會造成調(diào)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(diào)節(jié)器來維持的，若失去蒸汽流量信號，主調(diào)節(jié)器仍可暫時維持水位等于給定值。第八章習(xí)題8-2 具有導(dǎo)前微分信號的雙回路汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在導(dǎo)前微分信號中斷時，系統(tǒng)能否正常工作？答：由汽溫被調(diào)對象的動態(tài)特性可知，導(dǎo)前汽溫2可以提前反映擾動，取其微分信號d2/dt引入調(diào)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(diào)節(jié)器的調(diào)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(diào)節(jié)品質(zhì)。導(dǎo)前微分信

27、號只在動態(tài)調(diào)節(jié)過程中起作用，穩(wěn)態(tài)時不起作用，所以在導(dǎo)前微分信號中斷時，系統(tǒng)能夠正常工作，但調(diào)節(jié)品質(zhì)下降。8-3 串級汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，導(dǎo)前汽溫信號中斷時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)能否正常工作？答：串級汽溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，導(dǎo)前汽溫信號作為副回路的反饋信號，是副調(diào)節(jié)器的輸入信號，若該信號中斷，則調(diào)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(cè)調(diào)節(jié)方法。在煙氣側(cè)調(diào)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(cè)調(diào)節(jié)再熱汽溫如汽汽交換器法等。再熱汽溫的調(diào)節(jié)很少采用噴水調(diào)節(jié)作為主要調(diào)溫手段，而只作為事故噴水或輔助調(diào)溫手段。8-9 什么是導(dǎo)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(jīng)微分器運算后所得的信號稱為導(dǎo)前氣溫微分信號。（2）在動態(tài)時,這個信號作用于調(diào)節(jié)器,產(chǎn)生一個超前的調(diào)節(jié)作用。在靜態(tài)時，導(dǎo)前氣溫不變，該信號經(jīng)微分運算后為零，保證系統(tǒng)的無差調(diào)節(jié)。（3）因為微分動態(tài)特性為8-10為什么采用導(dǎo)前汽溫微分信號的雙回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)等效變換為串級系統(tǒng)后，主調(diào)節(jié)器為PI的動作規(guī)律？ 答：當(dāng)采用導(dǎo)前氣溫微分信號的調(diào)節(jié)系統(tǒng)等效變換為串級系統(tǒng)后，主調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為，即：所以，主調(diào)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(xí)題9-1 單元機組汽包爐燃燒控制的任務(wù)是什么？有哪幾個被控量？相應(yīng)的控制變量

29、是什么？ 答：鍋爐燃燒過程自動控制的任務(wù)在于使鍋爐的燃燒工況與鍋爐的蒸汽負荷要求相適應(yīng)，同時保證鍋爐燃燒過程安全經(jīng)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(fēng)量和引風(fēng)量作為相應(yīng)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(zhì)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(yīng)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(yīng)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(dāng)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(fēng)量對燃料量始終有足夠富裕的操作方法？ 答：為實現(xiàn)風(fēng)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(fēng)交叉限制措施。當(dāng)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(fēng)量控制子系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器PI3，增加送風(fēng)量；隨著送風(fēng)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(fēng)、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(fēng)量逐漸減少，從而實現(xiàn)減負荷時先減燃料、后減風(fēng)的控制過程。這樣就可以保證變負荷過程中有一定的送風(fēng)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(fēng)量不低于最小允許風(fēng)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(zhuǎn)速、一次風(fēng)量總和、給煤機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速反饋信號的燃料量控制（3）采用一次風(fēng)量總和作反饋信號的燃料量控制（4）采用給煤機轉(zhuǎn)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(fēng)量控制策略有哪幾種？答：送風(fēng)量控制策略有（1）燃燒率指令風(fēng)量系統(tǒng)。這種控制策略以燃燒率指令B0作為送風(fēng)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(fēng)量和燃料量在動態(tài)過程中有較好的配合。但在燃料側(cè)發(fā)生擾動時不能保證要求的風(fēng)量和燃料量的比例關(guān)系成立。（2）燃料量風(fēng)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)以燃料量B作為控制系統(tǒng)的定值，風(fēng)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(cè)擾動都能滿足風(fēng)量和燃料量的比例關(guān)系，且實現(xiàn)簡單，但要求燃料量測量準確。（3）蒸汽量風(fēng)量系統(tǒng)。保持V與D的比例關(guān)系，也就保證了一定的過剩空氣系數(shù)，即保證了燃燒的經(jīng)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?？諝庀禂?shù)有對應(yīng)關(guān)系，燃用水分變化很大的煤或蒸汽參數(shù)變化很大時，風(fēng)量V與蒸汽量D的比值就不能保證燃燒經(jīng)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(fēng)量調(diào)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(fēng)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(fēng)、燃比的動態(tài)誤差。（4）熱量風(fēng)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是當(dāng)燃料側(cè)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(fēng)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(fēng)量控制子系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器作前饋信號，副調(diào)節(jié)器同時接受風(fēng)量反饋信號和氧量校正信號，副調(diào)節(jié)器快速保證風(fēng)燃比。煙氣中氧量和隨負荷而變的定值送校正調(diào)節(jié)器，校正調(diào)節(jié)器輸出信號校正送風(fēng)量，保證鍋爐的燃燒經(jīng)濟性。（6）其它帶氧量校正的送風(fēng)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(fēng)量（2）氧量校正送風(fēng)量給定值9-8 試

35、述引風(fēng)調(diào)節(jié)子系統(tǒng)原則方案及改進措施。（畫出方框圖）。答：引風(fēng)調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的任務(wù)是使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，并保持爐膛壓力在要求的范圍內(nèi)，實現(xiàn)安全運行。由于送風(fēng)量的變化是引起爐膛負壓波動的主要原因，為了能使引風(fēng)量快速跟蹤送風(fēng)量，可將送風(fēng)量作為前饋信號引入引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當(dāng)送風(fēng)量（指令）變化時，引風(fēng)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(fēng)量的變化反應(yīng)很快，測量也容易，所以引風(fēng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般采取以爐膛負壓為被調(diào)節(jié)的單回路調(diào)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(xué)反應(yīng)過程，負壓波動在所難免，為避免引風(fēng)調(diào)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(diào)節(jié)。(2)MFT后壓力急降，為防內(nèi)爆，應(yīng)快關(guān)引風(fēng)機入口擋板。3、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(yīng)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(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)