233#——热工自动控制系统

热工自动控制系统试卷A卷

一、填空题

1、反馈系统的优点是( )，缺点是(

)。

2、汽包锅炉给水控制系统的三冲量是（）、（）、（）。

3、对某单回路调节系统，分别采用P调节器与PD调节器控制，当对象不变化时，若P调节器的比例带δP与PD调节器的比例带δPD相等，相比P控制时，PD控制下系统的如下特征参数将如何变化：衰减率（），静态偏差（），动态偏差（）。

4、评价一个自动调节系统调节过程好坏的品质指标是（）性、（）性、（）性。

5、汽包锅炉燃烧过程自动控制系统的三个被调量是（）、（）、（

）。

6、单元机组控制对象的两个被控参数是（）、（）。

7、机炉分开控制中机跟炉TF的优点是（）、缺点是（）。

8、除经验法外，单回路控制系统工程整定方法还有（）、（）、（）。

9、热工控制系统框图中环节的基本连接方式分为（）、（）、（）。

二、问答题

1、什么是静态偏差与动态偏差。

2、说明常规调节策略中有几种基本调节作用，微分D作用的特点是？

3、单回路控制系统临界比例带法整定步骤。

4、再热汽温控制为什么不能采用喷水减温作为主控措施？现场常采用的烟气侧再热汽温控制手段有哪几种（至少写出三种）。

5、热工对象分为几类，并以电厂中实际对象为例说明其典型代表。

三、画图分析题

1、方框图等效变换，求传递函数C(s)/R(s)

2、画出BF原理图，说明其特点并指出有何方法可克服BF的缺点。

3、画出汽包锅炉给水全程控制系统中低负荷阶段采用的单冲量调节系统原理图，并说明其原因。

四、计算题

1、某对象阶跃响应曲线如下图所示，阶跃输入为2，求该对象高阶传递函数。若某单回路

系统中只含有PI 调节器与上述对象，试整定PI 调节器的参数。

所需用到的表格如下：

2、已知某

系统的特征方程为5432()2266440A s s s s s s =+++++=，利用劳斯判据判定该系统的稳定性。

热工自动控制系统 A 卷 参考答案

二、问答题

T τ0.7

1、答：静态偏差是指调节过程结束后，被调量的稳态值与给定值的偏差。（2分） 动态偏差是指调节过程中，被调量偏离给定值的最大值。（2分）

2、答：常规调节策略中有比例（P ）、积分（I ）及微分（D ）三种调节作用。（1分）

微分作用的特点是：超前调节，补偿延时和惯性；调节过程结束后，偏差存在但不

变化时，D 不起作用。（4分） 3、答：（1）将控制器的积分时间置于最大，置微分时间为零，将比例增益Kp 置于一个较小值。（2分）

（2）将系统投入闭环运行，待系统稳定后逐渐增大比例增益Kp ，直到系统进入等幅振荡状态。（1分）

（3）根据曲线记录振荡周期T K 及此时的比例增益K PK ，查表计算控制器参数。（1分） （4）将计算得到的参数带回系统微调，直到控制过程满意为止。（1分） 4、答：再热汽温控制若采用喷水减温作为主控措施，将使得汽轮机中、低压缸蒸汽流量增加，增大汽轮机中、低压缸的输出功率。总功率不变时减小了高压缸的做功份额，机组热效率降低。（3分）

常用烟气侧方案有：烟气挡板、燃烧器摆角、烟气再循环及汽汽热交换器。（写出其中3个即可）

5、答：热工对象分为2两类，分别是有自平衡能力对象和无自平衡能力对象。（2分） 在电厂中有自平衡能力对象的典型代表是过热汽温，无自平衡能力对象的典型代表是水位。（2分）

三、画图分析题

1、方框图等效变换如下图所示

其中334()

()1()()

I G s G s G s G s =

+（给出G I 表达式及图形3分）

1134113

113341

34()()()()()()

()()1()()1()()()()1()1()()

II I G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s +=

==+++++（给出

G II 表达式及图形2分） 故

1212341334()()()()()()

()()1()()()()

G s G s G s G s G s G s C s R s G s G s G s G s +=++

2、原理图：

画出上述图形或是给出方框图均可认为正确。（4分） 特点：机组负荷适应性好（1分），稳定性差（1分）。

克服方法：将压差信号送入机侧或功差信号送入炉侧。（两者答对1个即可1分） 3、

（图形3分）

低负荷时虚假水位现象不明显（1分）；给水流量与蒸汽流量的测量存在高准低不准现象（1分）；低负荷时蒸汽流量与给水流量由于排污的存在出现不平衡现象（1分）。

四、计算题

1、按切线法画图，如下图所示。由于人为画切线，允许数据偏差。以切线是否合适作为判断标准。正确画出切线2分。

由上述切线可得：迟延时间27s τ=，时间常数16427137c T s =-= 由27/1370.197c

T τ

==，查表得：0.1970.104

2 2.820.2180.104

n -=

+=- （1分）

由n=2.82查表得T c /T=3.516

因此T=137/3.516=38.96≒39s （1分） 放大系数K=3/2=1.5 （1分） 故对象传递函数为： 2.83

1.5 1.5

()(139)(139)G s s s =≈++

由于0.1970.2c

T τ

=查控制器表左侧 1分

0.830.83/(3/137/2*27) 2.813.33*2781P i K T s

εττ====== 2分

注：由于切线画法可能会导致迟延时间与时间常数出现不同数值，所得结果不一定与答案中数据一致是允许的。判定准确是以切线是否准确为前提，只要切线准确，传递函数表达式或者控制器参数与答案不同也可认为正确。

2、由特征方程列劳斯阵如下： s 5 2 6 4 s 4 2 6 4

s 3 0 0 全零行 （3分） s 2 s 1 s 0

用S 4行作为系数构建辅助方程得2s 4+6s 2+4=0 （1分） 对上述辅助方程求导得8s 3+12s=0 （1分） 将求导后方程系数代替全零行 s 5 2 6 4

s 4 2 6 4 （2分） s 3 8 12 s 2 3 4 s 1 4/3 s 0 4

构建辅助方程后，劳斯阵第一列为正数，表明该系统临界稳定。（1分）

热工自动控制系统 B 卷

一、填空题

1、前馈系统的优点是( )，缺点是( )。

2、汽包锅炉给水控制系统的三扰动是（ ）、（ ）、（ ）。

3、对某单回路调节系统，分别采用P 调节器与PI 调节器控制，当对象不变化时，若P 调节器的比例带δP 与PI 调节器的比例带δPI 相等，相比P 控制时，PI 控制下系统的如下特征参数将如何变化：衰减率（ ），静态偏差（ ）。

4、

热工自动调节系统在阶跃信号冲击下呈现上述响应形式，说明上述4种基本形式的名称分别是（a ）、（b ）、（c ）、（d ）。 5、电厂热工自动控制的基本内容可分为（ ）、（ ）、（ ）和（ ）。

6、汽包锅炉燃烧过程自动控制系统的三个调节量是（ ）、（ ）、（

）。

7、写出二阶系统标准方程（ ）。

8、机炉分开控制中炉跟机BF 的优点是（ ）、缺点是（ ）。

9、描述热工对象的两种方法是（ ）和（ ）。

二、问答题

1、什么是时域分析，时域分析的性能指标有哪些

2、说明常规调节策略中有几种基本调节作用，积分I 作用的特点是？

3、单回路控制系统衰减曲线法整定步骤。

4、可用于组成控制系统的基本环节有哪几种。

5、自动控制系统的被调量、控制量（调节量）及扰动的定义 三、画图分析题

1、方框图等效变换，求传递函数C(s)/R(s)。

2、画出TF 原理图，说明其特点并指出有何方法可克服TF 的缺点。

3、画出汽包锅炉给水串级三冲量控制系统原理框图，说明主调节器与副调节器分别承担何

任务。 四、计算题

1、已知某系统的特征方程为5432

()33220A s s s s s s =+++++=，利用劳斯判据判定该系统的稳定性

2、某对象阶跃响应曲线如下图所示，阶跃输入为2，求该对象高阶传递函数。若某单回路系统中只含有PI 调节器与上述对象，试整定PI 调节器的参数

所需用到的表格如下：

热工自动控制系统 B 卷 参考答案

二、问答题

1、答：时域分析是指控制系统在一定的输入下，根据输出量的时域表达式，分析系统的稳

T τ0.7

定性、瞬态和稳态性能。

时域分析性能指标有动态性能指标和静态性能指标。

动态性能指标有：上升时间、峰值时间、调节时间、超调量及振荡次数。（2分） 静态性能指标：静态偏差 1分 2、答：常规调节策略中有比例（P ）、积分（I ）及微分（D ）三种调节作用。（1分） 积分I 作用的特点是：无差调节；积分作用的加入降低系统稳定性。（4分） 3、答：（1）将控制器的积分时间置于最大，置微分时间为零，将比例增益Kp 置于一个较小值。（2分）

（2）将系统投入闭环运行，待系统稳定后逐渐增大比例增益Kp ，直到系统进入4:1或10:1振荡。（1分）

（3）根据曲线记录振荡周期T s 及此时的比例增益K PK ，查表计算控制器参数。（1分） （4）将计算得到的参数带回系统微调，直到控制过程满意为止。（1分） 4、答：比例环节、积分环节、惯性环节、理想微分、实际微分、振荡环节、迟延环节。（每项1分）

5、答：被调量：表征生产过程是否正常并需要加以调节的物理量。（2分）

控制量：在执行机构控制下改变并控制被调量变化的物理量，也称为调节量。（2分） 扰动： 引起被调量变化的各种因素。（2分） 三、画图分析题

1、方框图等效变化如下图所示

其中：12124()()

()1()()()

I G s G s G s G s G s G s =

+ 1分

233221()()1

G ()()()()

II G s G s s G s G s G s +=

+= 1分 故：

2311231212421241()()()()()()()()()()1()()()()1()()()

G s G s G s G s G s G s G s G s C s R s G s G s G s G s G s G s G s ++=?=++ 1分 2、

（2分）

（1分）

画出上述图形或是给出方框图均可认为正确。（4分）

特点：机组负荷适应性差（1分），稳定性强。（1分）

克服方法：将功差引入汽机侧。（1分）或相应给出图形亦可给分。

3、正确画出如下图形5分。

主调PI1承担的任务是精确保证水位的稳定。（1分）

副调PI2的任务是克服给水量与蒸发量的内、外扰。（1分）

四、计算题

1、由特征方程列劳斯阵如下：

s5 1 3 2

s4 1 3 2

s3 0 0 全零行

s2

s1

s0

用S4行作为系数构建辅助方程得s4+3s2+2=0

对上述辅助方程求导得4s3+6s=0

将求导后方程系数代替全零行

s5 1 3 2

s4 1 3 2

s3 4 6

s2 3/2 4

s1 2/3

s0 2

构建辅助方程后，劳斯阵第一列为正数，表明该系统临界稳定。

2、按切线法画图，如下图所示。由于人为画切线，允许数据偏差。以切线是否合适作为判断标准。正确画出切线2分。

由上述切线可得：迟延时间27s τ=，时间常数16427137c T s =-= 由27/1370.197c

T τ

==，查表得：0.1970.104

2 2.820.2180.104

n -=

+=- （1分）

由n=2.82查表得T c /T=3.516

因此T=137/3.516=38.96≒39s （1分） 放大系数K=3/2=1.5 （1分） 故对象传递函数为： 2.83

1.5 1.5

()(139)(139)

G s s s =≈++ 由于0.1970.2c

T τ

=查控制器表左侧 1分

0.830.83/(3/137/2*27) 2.813.33*2781P i K T s

εττ======

注：由于切线画法可能会导致迟延时间与时间常数出现不同数值，所得结果不一定与答案中数据一致是允许的。判定准确是以切线是否准确为前提，只要切线准确，传递函数表达式或者控制器参数与答案不同也可认为正确。

热工自动控制系统 C 卷

一、单项选择题

1、前馈控制系统的特点是( )。

A 、基于偏差、消除偏差，调节及时

B 、调节不及时，无法保证结果的准确性

C 、基于偏差、消除偏差，调节不及时

D 、调节及时，无法保证结果的准确性 2、送风控制子系统采用串级的原因是( )。

A 、消除送风影响

B 、精确保证燃烧经济性

C 、消除燃料量内扰

D 、保证稳定性 3、汽包锅炉给水调节系统的三扰动为( )。

A 、给水量、蒸发量、烟气热量

B 、水位、蒸发量、烟气热量

C 、给水量、水位、蒸发量

D 、燃料量、蒸发量、送风量

4、燃烧调节系统由燃料、送风、引风三个子系统组成，燃烧调节系统的调节量为( )。 A 、燃料量、送风量、引风量 B 、燃料量、主蒸汽压力、炉膛负压 C 、燃料量、烟气含氧量、送风量 D 、主蒸汽压力、烟气含氧量、炉膛负压

5、构成热工自动控制系统中自动控制装置的不包含下面哪种设备( )。 A 、调节器 B 、阀门 C 、执行器 D 、测量变送器

6、某典型环节的传递函数是()1

51

+=

s s G ，则该环节是( )。 A 、比例环节 B 、积分环节 C 、惯性环节 D 、微分环节 7、线性系统稳定的冲要条件是系统特征方程的根在s 平面的( )。 A 、右半部 B 、左半部 C 、虚轴上 D 、以上都不是 8、在机组负荷控制中，BF 控制方式的特点是( )。

A 、未利用锅炉蓄热，负荷适应性好

B 、利用了锅炉蓄热，机组安全性、稳定性好

C 、负荷适应性差，机组安全性、稳定性好

D 、负荷适应性好，机组安全性、稳定性差 9、单回路控制系统中P 控制作用下，比例增益如何变化可使稳定性增强（ ） A 、比例增益增大 B 、比例增益不变 C 、比例增益减小 D 、增大减小均可 10、汽包中的水位组成( )。

A 、汽泡

B 、水

C 、水和液膜下的汽泡

D 以上都不是

二、判断题

1、传递函数的定义为：线性定常系统在零初始条件下，输出量与输入量之比。（ ）

2、环节的基本联接方式有串联、并联及反馈。（ ）

3、单回路系统中，PI 调节器作用下，积分作用越弱，系统越不稳定。（ ）

4、对于基本控制方案而言，内扰要用反馈克服，外扰要用前馈克服。（ ）

5、评价控制系统控制质量的性能指标中，最基本的是准确性。（ ）

6、由于炉膛热负荷的增大对蒸发量的增大有促进作用，所以由炉膛热负荷变化而引起的虚假水位现象比由蒸发量变化引起的虚假水位现象严重得多。（ ）

7、由于锅炉中过热器管路长、迟延大，过热汽温控制一般采用分段控制系统。（ ） 8、单元机组协调控制系统中的被控参数为主蒸汽压力p T 与实发功率P E 。（ ）

9、再热蒸汽温度控制不采用喷水减温作为主控方案的原因是喷水引起机组效率的降低。 （ ）

10、基本控制规律有比例、积分、微分三种，共组成P 、PI 、和PD 三种调节器。（ ） 三、画图、问答题

1、画出TF 原理图，说明其特点并指出有何方法可克服TF 的缺点。

2、试画出蒸汽流量扰动下的虚假水位现象并解释原因。

3、画出串级控制系统原理方框图，说明该系统有几个回路、几个调节器。调节器分别承担何种功能。

4、画出给水控制系统单级三冲量系统原则性方框图，说明该系统中的调节器承担何种功能。

5、对如下方框图进行等效变换，求传递函数C(s)/R(s) 。

四、计算题

1、 如下单回路系统中1210(2)

G ()(3)(22)

s s s s s s +=+++，利用劳斯判据判定该系统的稳定性。

2

2，求该对象高阶传递函数。若某单回路系统中只含有PI 调节器与上述对象，试整定PI 调节器的参数。

所需用到的表格如下：

热工自动控制系统 C 卷 参考答案

二、判断

三、画图、问答题 1、

画出上述图形或是给出方框图均可认为正确。（3分）

特点：机组负荷适应性差（1分），稳定性强。（1分） 克服方法：将功差引入汽机侧。（1分）或相应给出图形亦可给分。

2、正确画出右图3分。

当蒸汽流量如图阶跃增加时，蒸发强度增大，其他 量不变时，汽包压力下降。水膜下汽泡容积扩大， 物质水减少。两者的叠加作用使得水位呈现先增加

后降低趋势。称为“虚假水位”。

T τ

0.7

（2分）

3、正确画出如下串级图4分

该系统由两个调节器，两个回路组成。2分

主调节器PI1保证系统调节的准确性，使得被调量等于给定值。1分 副调节器PI2保证系统调节的快速性，克服内、外扰动。1分。

4、正确画出如下图形5分。

调节器PI 承担两个任务：既保证系统的稳态，又克服由于W 和D 的变化引起的内外扰。（2分）

5、方框图等效变化如下图所示

其中：12124()()

()1()()()

I G s G s G s G s G s G s =

+ 1分

233221()()1

G ()()()()

II G s G s s G s G s G s +=

+= 1分 故：

2311231212421241()()()()()()()()()()1()()()()1()()()

G s G s G s G s G s G s G s G s C s R s G s G s G s G s G s G s G s ++=?=++ 1分 （2分）

（1分）

四、计算题

1、该系统闭环传递函数为14321G ()10(2)

G()=1G ()581620

s s s s s s s s +=

+++++

因此该系统的特征方程为4

3

2

()5816200A s s s s s =++++= 列出劳斯阵如下：

s 4 1 8 20 s 3 5 16 s 2 4.8 20 s 1 -4.83 s 0 20

劳斯阵第一列出现负数，该系统不稳定。

2、按切线法画图，如下图所示。由于人为画切线，允许数据偏差。以切线是否合适作为判断标准。正确画出切线2分。

由上述切线可得：迟延时间27s τ=，时间常数16427137c T s =-= 由27/1370.197c

T τ

==，（1分）查表得：0.1970.104

2 2.820.2180.104

n -=

+=- （1分）

由n=2.82查表得T c /T=3.516

因此T=137/3.516=38.96≒39s （1分） 放大系数K=3/2=1.5 （1分） 故对象传递函数为： 2.83

1.5 1.5

()(139)(139)G s s s =≈++ 1分

由于0.1970.2c

T τ

=查控制器表左侧 1分

0.830.83/(3/137/2*27) 2.813.33*2781P i K T s

εττ====== 2分

注：由于切线画法可能会导致迟延时间与时间常数出现不同数值，所得结果不一定与答案中数据一致是允许的。判定准确是以切线是否准确为前提，只要切线准确，传递函数表达式或者控制器参数与答案不同也可认为正确。