熱工控制原理及系統(tǒng)復(fù)習(xí)題

1、華北電力大學(xué)珠海函授站2014-2015學(xué)年第一學(xué)期期末考試熱工控制原理及系統(tǒng)復(fù)習(xí)題一、單項(xiàng)選擇題（本大題共8小題，每小題1分，共8分。從每小題的四個(gè)備選答案中，選出一個(gè)正確答案，并將正確答案的號碼寫在題干后面的括號內(nèi)。）1. 如果系統(tǒng)中加入一個(gè)微分負(fù)反饋，將使系統(tǒng)的超調(diào)量（ ）。 A. 增加 B. 減小 C. 不變 D. 不定2. 由電子線路構(gòu)成的控制器如圖所示，（ ）是PD控制器。 A B C D 3. 欲改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，一般采用（ ）。 A. 增加附加零點(diǎn) B. 增加附加極點(diǎn) C. 同時(shí)增加附加零、極點(diǎn) D. A、B、C均不行而用其它方法4. 設(shè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=，則系統(tǒng)的阻尼

2、比為（ ）。 A. 25 B. 5 C. D. 15. 主導(dǎo)極點(diǎn)的特點(diǎn)是（ ）。 A. 距離實(shí)軸很遠(yuǎn) B. 距離實(shí)軸很近 C. 距離虛軸很遠(yuǎn) D. 距離虛軸很近6. 單回路控制系統(tǒng)控制通道純遲延時(shí)間增大，被控量動(dòng)態(tài)偏差（ ）。 A. 一定增大 B. 一定減小 C. 不變 D. 可能增大，也可能減小7. 關(guān)于數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，下列敘述不正確的是（ ）。 A. 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中外擾是負(fù)荷變化 B. 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中內(nèi)擾是蒸汽壓力變化 C. 給定值有轉(zhuǎn)速給定與功率給定 D. 機(jī)組啟停或甩負(fù)荷時(shí)用功率回路控制 8. 在三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，校正信號是（ ）。 A. 汽包水位信號 B. 蒸汽流量信號 C. 給水流

3、量信號 D. 給水壓力信號。二、填空題（本大題共8小題，每空1分，共8分）1. 系統(tǒng)在外加作用的激勵(lì)下，其輸出隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系叫（ ）響應(yīng)。2. 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是它的特征方程式的所有根均在復(fù)平面的（ ）部分。3. 開環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)和零點(diǎn)均位于s左半平面的系統(tǒng)，稱為（ ）。4. 從0變化到+時(shí)，慣性環(huán)節(jié)的頻率特性極坐標(biāo)圖在第四象限，形狀為（ ）。5. 奈氏判據(jù)是用系統(tǒng)的（ ）幅相頻率特性曲線來判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。6. 當(dāng)控制系統(tǒng)存在經(jīng)常變化、可以測量但不可控的（ ）時(shí)，可考慮采用前饋-反饋控制系統(tǒng)。7. 串級控制系統(tǒng)中的主回路是（ ）控制系統(tǒng)，而副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。8. 根

4、據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，汽包鍋爐在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制時(shí)可以組成給水自動(dòng)控制系統(tǒng)，（ ）自動(dòng)控制系統(tǒng)和燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)等幾個(gè)相對獨(dú)立的控制系統(tǒng)。三、問答題(本大題共12小題，每小題5分，共60分)1. 什么是對象的自平衡能力和無自平衡能力？答：按熱工典型階躍響應(yīng)曲線的變化特點(diǎn)劃分，熱工對象可分為有自平衡能力對象和無自平衡能力對象兩大類。 有自平衡能力對象，就是指對象在階躍擾動(dòng)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(shí)間后能自己穩(wěn)定在一個(gè)新的平衡狀態(tài)。 無自平衡能力對象，就是指對象在階躍擾動(dòng)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(shí)間后，不能自已穩(wěn)定在一個(gè)新的平衡狀態(tài)，而其變化速度趨近于某一數(shù)值

5、。2. 試述比例調(diào)節(jié)規(guī)律的作用。答：比例調(diào)節(jié)規(guī)律的作用是依據(jù)“偏差的大小”來動(dòng)作，偏差一出現(xiàn)就能及時(shí)調(diào)節(jié)，比例調(diào)節(jié)作用的輸出與輸入偏差量的大小成比例。但調(diào)節(jié)終了會產(chǎn)生靜態(tài)偏差（簡稱靜差），不能實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。3. 試述微分調(diào)節(jié)規(guī)律的作用。答：微分調(diào)節(jié)規(guī)律的作用是根據(jù)“偏差變化速度”來進(jìn)行調(diào)節(jié)，它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其效果是阻止被控變量的一切變化，有效地減小系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差量，提高控制過程的穩(wěn)定性。微分作用快于比例作用，即微分作用具有超前調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，因此能提前給出較大的調(diào)節(jié)作用，增加調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)速度，縮短調(diào)節(jié)過程時(shí)間。余差也減?。ǖ荒芟?。對滯后大的對象有很好的效果。但微分作用對

6、恒定不變的偏差沒有克服能力。微分作用過強(qiáng)，會引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)的大幅跳動(dòng)，并引起很大的超調(diào)。4. 設(shè)描述溫度計(jì)的傳遞函數(shù)為1/(Ts+1)，現(xiàn)用其測量容器中的水溫需經(jīng)過30秒才能指示出實(shí)際水溫的95%，試問溫度計(jì)的時(shí)間常數(shù)T答：系統(tǒng)是慣性環(huán)節(jié)，水溫信號相當(dāng)于階躍信號。 由慣性環(huán)節(jié)階躍響應(yīng)特性知道，當(dāng)時(shí)其穩(wěn)態(tài)誤差為5%，所以，5. 設(shè)開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=，試說明開環(huán)系統(tǒng)頻率特性極坐標(biāo)圖的起點(diǎn)和終點(diǎn)。答：將G(s)化成時(shí)間常數(shù)表示形式：G(s)=，極坐標(biāo)圖起點(diǎn)：(0.5，j0) 極坐標(biāo)圖終點(diǎn)：(0，j0), =-180，|=0 6. 設(shè)系統(tǒng)的奈奎斯特圖分別如下所示，試判斷各系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并簡要說明原因

7、。（P-表示開環(huán)傳遞函數(shù)中右半S平面的極點(diǎn)數(shù)）答：(a) Z=P-2N=1-2(-1/2)=2 不穩(wěn)定 (b) Z=P-2N=1-2(1/2)=0 穩(wěn)定 (c) Z=P-2N=0-2(0)=0 穩(wěn)定7. 串級控制系統(tǒng)有哪些特點(diǎn)?主要使用在哪些場合？答：串級控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為： (1)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，它是由兩個(gè)串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；主、副調(diào)節(jié)器總的放大系數(shù)（主、副調(diào)節(jié)器放大系數(shù)的乘積）可整定得比單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)大，因此提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和抗干擾能力，也就有利于改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。 (2)由于副回路具有快速作用，對進(jìn)入副回路的擾動(dòng)有很強(qiáng)的迅速克服能力。 (3)由于副回路的存在，對進(jìn)入副回

8、路的干擾有超前控制的作用，改善了對象的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率，因而減少了干擾對主變量的影響，對進(jìn)入主回路的干擾也有較強(qiáng)的克服作用，并使系統(tǒng)余差大大減小，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)。 (4)由于副回路的存在，當(dāng)主調(diào)節(jié)器參數(shù)操作條件變化或負(fù)荷變化時(shí)，主調(diào)節(jié)器能自動(dòng)改變副調(diào)節(jié)器的給定值，提高了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力?？梢匝a(bǔ)償調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的滯后和非線性的影響，具有魯棒性。 串級控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大、干擾作用強(qiáng)而頻繁、負(fù)荷變化大、對控制質(zhì)量要求較高的場合。 在火電廠中，常見的有水位串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)；過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)；母管制并列運(yùn)行鍋爐燃燒調(diào)節(jié)中主汽壓力調(diào)節(jié)器與燃料調(diào)節(jié)器；單元機(jī)組采用汽輪機(jī)調(diào)速系

9、統(tǒng)二次油壓信號作前饋信號的汽壓串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)；采用引風(fēng)機(jī)出力調(diào)節(jié)的負(fù)壓校正串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。8. 前饋控制主要應(yīng)用在什么場合？答：前饋控制主要用于下列場合： (1)干擾幅值大而頻繁，對被控變量影響劇烈，單純反饋控制達(dá)不到要求時(shí)； (2)主要干擾是可測不可控的變量； (3)對象的控制通道滯后大，反饋控制不及時(shí)，控制質(zhì)量差時(shí)，可采用前饋一反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。9. 試述中間再熱機(jī)組為什么要采用功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)？答：中間再熱機(jī)組由于采用單元制，鍋爐的熱慣性使新汽壓力不能再保持恒定以及由于中間再熱的龐大中間容積，機(jī)組產(chǎn)生功率遲滯現(xiàn)象，使機(jī)組功率與流量的正比關(guān)系發(fā)生了變化，破壞了機(jī)構(gòu)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常

10、工作的前提條件，此外，隨著機(jī)組容量的增大，由于汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與機(jī)組功率之間的比值減小，機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)轉(zhuǎn)速的升高容易達(dá)到不允許的數(shù)值，因此對調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)作的快速性提出了更高的要求。功頻電液調(diào)節(jié)正是這樣一種新的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它將單沖量的頻率調(diào)節(jié)改為雙沖量的功頻調(diào)節(jié)，將電氣調(diào)節(jié)元件與液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)合起來。 功頻電液調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)在于：大范圍測速，靈敏度高，過渡過程品質(zhì)好，綜合信號能力強(qiáng)，便于集中控制，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的運(yùn)行方式。 10. 直流鍋爐自動(dòng)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)有哪些？答：直流鍋爐由于各段受熱面之間沒有明顯的分界面，除了維持鍋爐出口蒸汽參數(shù)外，還需要維持各中間點(diǎn)的溫度和濕度穩(wěn)定，這是直流鍋爐不同于汽包鍋爐的特

11、殊任務(wù)。只有維持中間點(diǎn)溫度穩(wěn)定，才能使出口蒸汽溫度穩(wěn)定，同時(shí)有利于金屬管道的安全運(yùn)行。維持中間點(diǎn)濕度穩(wěn)定，才能使直流鍋爐的過渡區(qū)（即蒸發(fā)段）穩(wěn)定，有利于鍋爐的安全運(yùn)行。 11. 鍋爐燃燒自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)有哪些？答：鍋爐燃燒過程自動(dòng)調(diào)節(jié)與燃料種類、制粉系統(tǒng)設(shè)備、燃燒設(shè)備及運(yùn)行方式有密切關(guān)系。1、對大多數(shù)燃煤且有中間儲倉的母管制鍋爐，其燃燒自動(dòng)調(diào)節(jié)的任務(wù)是：1）在外部負(fù)荷變化時(shí)，由主調(diào)節(jié)器指揮各臺鍋爐及時(shí)調(diào)節(jié)燃料量，共同維持母管壓力在給定值，并按預(yù)定的比例（經(jīng)濟(jì)負(fù)荷）分配各臺鍋爐的負(fù)荷。2）根據(jù)外部負(fù)荷變化（或燃料量變化），使送風(fēng)量同燃料量保持恰當(dāng)比例，或使煙氣含氧量為最佳值，以保證鍋爐經(jīng)濟(jì)燃燒。3

12、）在送風(fēng)量變化的同時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)量，以維持爐膛負(fù)壓在給定值，保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。2、對大多數(shù)單元制運(yùn)行鍋爐，其燃燒調(diào)節(jié)方式可能有三種：即爐跟機(jī)方式、機(jī)跟爐方式和機(jī)爐協(xié)調(diào)方式。12. 單元機(jī)組采用滑壓(Sliding Pressure)運(yùn)行方式與定壓運(yùn)行方式比較，其負(fù)荷控制有何不同？答：大型單元機(jī)組為提高運(yùn)行效率，在較低和較高負(fù)荷時(shí)作定壓運(yùn)行，在一定負(fù)荷范圍內(nèi)滑壓運(yùn)行。 在主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，滑壓與定壓運(yùn)行的區(qū)別僅在于汽壓的給定值不同。后者為定值，而前者為負(fù)荷的函數(shù)。此外，滑壓運(yùn)行要求穩(wěn)態(tài)時(shí)汽輪機(jī)調(diào)門保持一定開度，因此，滑壓運(yùn)行時(shí)，除了應(yīng)增設(shè)汽壓給定值形成回路和調(diào)門開度調(diào)節(jié)回路，以實(shí)現(xiàn)給定的滑壓運(yùn)行曲線以外，定壓運(yùn)行機(jī)組負(fù)荷協(xié)調(diào)控制方案的其余部分對滑壓運(yùn)行機(jī)組都適用。四、作圖題（8分）1. 已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：，概略畫出其幅相頻率特性曲線（極坐標(biāo)圖）的大致形狀。解：，取特殊點(diǎn)：時(shí)，起點(diǎn)為正虛軸無限遠(yuǎn)時(shí)，終點(diǎn)為360方向切入原點(diǎn) 其幅頻特性曲線為: 五、計(jì)算題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）1. 設(shè)單位負(fù)反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 求（1）系統(tǒng)的阻尼比和無