热工过程自动调节,课后习题答案,1到6章

1-4 前馈调节系统和反馈调节系统有哪些本质上的区别？

答：反馈调节系统是依据于偏差进行调节的，由于反馈回路的存在，形成一个闭合的环路，所以也称为闭环调节系统。其特点是：（1）在调节结束时，可以使被调量等于或接近于给定值；（2）当调节系统受到扰动作用时，必须等到被调量出现偏差后才开始调节，所以调节的速度相对比较缓慢。

而前馈调节系统是依据于扰动进行调节的，前馈调节系统由于无闭合环路存在，亦称为开环调节系统。其特点是：(1)由于扰动影响被调量的同时，调节器的调节作用已产生，所以调节速度相对比较快；

(2)由于没有被调量的反馈，所以调节结束时不能保证被调量等于给定值。

1-7 基本的自动调节系统除被调对象外还有哪几个主要部件？它们各自的职能是什么？

答：组成自动调节系统所需的设备主要包括：

（1）测量单元：用来测量被调量，并把被调量转换为与之成比例（或其他固定函数关系）的某种便于传输和综合的信号y。

（2）给定单元：用来设定被调量的给定值，发出与测量信号y同一类型的给定值信号r。

（3）调节单元：接受被调量信号和给定值信号比较后的偏差信号，发出一定规律的调节指令μ给执行器。

（4）执行单元：根据调节单元送来的调节指令μ去推动调节机构，改变调节量。

or

2—8 答案

第三章

3-1 什么是有自平衡能力对象和无自平衡能力对象？

答案: 所谓有自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态。所谓无自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下，若没有外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后不能自己稳定在一个新的平衡状态。

3-2 试分析P、PI、PID规律对系统调节质量的影响？

答案：P调节器，有一个相对较大的超调量，有较长的调节时间，存在静态误差。

PI调节器，综合了P调节器和I调节器两者的性质。它的超调量及调节时间与P调节器差不多，但没有静态误差。

PID调节器兼有比例、积分和微分作用的特点，只要三个调节作用配合得当就可以得到比较好的调节效果，它具有比PD调节还要小的超调量，积分作用消除了静态误差，但由于积分作用的引入，调节时间比PD调节器要长。

3-3 在相同衰减率的前提下，为什么采用PI规律的比例带δ要采用P规律时选择得大一些？

答案：PI调节器兼有比例调节作用和积分调节作用的特点，由于积分调节作用是随时间而逐渐增强的，与比例调节作用相比较过于迟缓，在改善静态品质的同时却恶化了动态品质，使过渡过程的振荡加剧，甚至造成系统不稳定。为保证相同衰减率，要通过增大比例带值来削弱振荡倾向。

3-4 怎样判别调节对象被控制的难易程度？

答案：不论调节对象有无自平衡能力，都可统一用ε、ρ、τ三个特征参数来表示对象的动态特性。调节对象惯性越大、迟延越大越难被控制 3-6 为何积分调节器称为无差调节器？

答案：具有积分作用的调节器，只要对象的被调量不等于给定值，执行器就会不停地动作，只有当偏差等于零时，调节过程才结束；调节过程结束，则必然没有偏差，这是积分作用的特点。因此，积分作用调节器也称为无差调节器。

第四章习题

4-1 调节系统如图4-13所示，试分别求当K =10和K =20时，系统的阻尼比 ζ、无阻尼自然振荡频率ωn 、单位阶跃响应的超调量M p 、峰值时间t p 、衰减率ψ、调节时间t s 和稳态误差e (∞)，并讨论K 的大小对过渡过程性能指标的影响。 解:系统的闭环传递函数为

2

()10()()1010C s K

G s R s S S K

=

=++

二阶系统传递函数的通用形式为

'22

2

()2n

n n

K G s S S ω

ζωω=++

二式比较，可得, K’=1

n ω=

ζ=

K =10

时，10n ω==

0.5ζ==

由此可以求得：

阻尼振荡频率8.66(/)d n

rad s ωω==== 峰值时间 0.363()8.66

p

d t s ππ

ω===

超调量

0.57716.3%p M e

e

πζπ

--===

衰减率

2 1.1541197.3%e

e

πζπ

ψ--=-=-=

调节时间

采用2%的误差带 ： 4

4

0.8()5

s

n t s ζω≈==

采用5%的误差带 ： 3

3

0.6()5

s

n t s ζω===

稳态误差

0'22

2

0()1()

1()

lim 1

1[()]

lim 1lim 21'0

S S n

S n n e c SC s S G s S

K S S K ωζωω→→→∞=-∞=-=-⋅=-++=-=

K =20

时，n ω==

ζ==

阻尼振荡频率

13.23(/)d n

rad s ωω=== 峰值时间 0.237()13.23

p

d t s ππ

ω=== 超调量

/0.25839.3%p M e

e

πζπ

--===

衰减率

20.5161180.4%e

e

πζπ

ψ--=-=-=

调节时间