热工过程自动调节复习题

表中的计算公式是依据衰减率ψ=0.75 制定的，若需要得到其它衰减率数值，计算公式要进行 修正。
第七章
1、汽包水位变化的原因？这些原因是如何使水位发生变化的（用曲线表示 ）？
答：水位Ｈ变化的主要原因来自于（１）给水量Ｗ；（２）蒸汽量Ｄ；（３）锅炉燃烧率。 （1）给水量Ｗ扰动时，汽包水位Ｈ的变化过程可以分别从两个角度加以分析： 1、从物质平衡的角度来分析；
TS + 1
G( jω ) = K =
K
e − jtg −1ωT
频率特性为
1 + jωT 1 + ω 2T 2
(5)纯迟延环节：传递函数为 G(s) = e−τs
， 频率特性为 G( jω ) = e− jωτ
3、计算题：利用复杂系统的开环传递函数，用奈奎斯特判据判断系统的稳定性。
答：（1）开环系统稳定时，闭环系统稳定的必要条件是开环系统频率特性 GK ( jω ) 曲线在ω从
零变化到正无穷时不包围 (−1, j0) 点，若包围 (−1, j0) 点闭环系统就是不稳定的，穿过（-1，j0）
点闭环系统边界稳定。 （2）开环系统不稳定时（有 K 个正实部根），闭环系统稳定的充要条件是开环系统频率特性
K GK ( jω ) 曲线在ω从零变化到正无穷时逆时针包围 (−1, j0) 点 2 圈。
（3）内扰：经过调节通道作用到对象上的扰动 （4）外扰：经过干扰通道作用到对象上的扰动
2、有自平衡能力对象和无自平衡能力的对象的特征参数分别是什么？各个量反映了什 么？
答：（1）有自平衡能力对象： 自平衡系数ρ：ρ越大，自平衡能力越大。 时间常数 Tc 迟延时间 t （2）无自平衡能力的对象： 迟延时间 t：反映了对象在输入作用下，输出量的变化速度由零变道接近于渐近线斜率的快慢。 飞升速度（响应速度）ε：表示当输入信号为单位阶跃信号时，输入量的最大变化速度
第六章
1、分析比例带δ、积分时间 Ti、微分时间 TD,对调节质量的影响（静态指标、动态指标、 衰减率）？ 答：（1）比例带δ对调节质量的影响
1、 减小比例带可以获得较小的静态偏差和动态偏差； 2、 比例带减小，调节作用越强，会使系统震荡剧烈，衰减率减小，降低系统的稳定型。
（2）积分时间 Ti 对调节质量的影响
1、积分作用使静态偏差为零，积分时间越小，积分作用越强； 2、积分作用的增强使衰减率减小； 3、积分作用的增强使动态偏差减小。
（3）微分时间 TD 对调节质量的影响
1、适当增加微分作用会使系统稳定性增加，但过强会使系统不稳定； 2、微分作用使动态偏差和调节时间都减小。
2、试说明为什么比例调节有差、积分调节无差、微分调节不能单独使用？
阶跃函数
单位脉冲函数（也称δ(t)函数）
斜坡函数 阶跃扰动：阶跃扰动的扰动量 x0=1 时。
5、四种典型的调节过程？
正弦函数
非周期调节过程
衰减振荡调节过程
1
热工过程自动调节复习提纲
等幅振荡调节过程
渐扩振荡调节过程
6、调节系统的性能指标有哪些？
答：稳定性、准确性、快速性
7、衰减率、动态偏差、静态偏差、超调量、调节时间、峰值时间的计算？
号的拉普拉斯变换之比。
2、计算题：列出系统的动态特性方程。
3、拉式变换的基本定理：微分定理、积分定理、终值定理。
答：拉式变换定义：把实变数 t 的函数 f(t)变换为复变数 s 的函数 F(s).
∫ L[ f (t)] = F (s) = ∞ f (t)e−stdt 0
微分定理：
L[ d f (t)] = SF(s) − f (0) dt
当修改各整定参数，直到满意为止。
三．图表整定法
图表整定法是通过被调对象阶跃响应曲线的特征参数，经查图表求取调节器各整定参数的。图 表整定法适用于典型的多容热工被调对象。
采用图表整定法首先对被调对象作阶跃扰动试验，记录阶跃响应曲线，求取阶跃响应曲线上的 特征参数：自平衡率ρ、飞升速度ε、迟延时间τ和时间常数 Tc,然后通过整定参数表的计算公 式计算调节器的各整定参数。
号的振幅和相位角会发生变化。
G( jω ) = G( jω ) e j∠G( jω) = M (ω )e jθ (ω )
基本表达式：
幅频特性曲线：由于 G( jω ) = G( jω ) e j∠G( jω) = M (ω )e jθ (ω ) ， M(ω )是频率特性的幅值，如果
把这个函数关系用频率ω为横坐标，一味纵坐标的平面表示，所得的图形称为幅频特性曲线。 相频特性曲线：若把上述函数用频率ω为横坐标，以θ(ω)为纵坐标的平面表示，所得图形为
3、分析六种基本调节作用（P、I、D、PI、PD、PID）对系统质量的影响？
3
热工过程自动调节复习提纲
答：(1)比例调节作用（简称 P 作用）：动作快，对干扰能及时并有很强的抑制作用，存在着静 态偏差。
(2) 积分调节作用（简称Ⅰ作用）: 能消除静态偏差。但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，所以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，
热工过程自动调节复习提纲
第一章
1、什么是被调对象、被调量、给定值、扰动、调节作用量、调节机关？
答：被调对象：被调节的生产设备或生产过程。 被调量：通过调节需要维持的物理量。 给定值：根据生产要求，被调量的规定数值。 扰动：引起被调量变化的各种原因。 调节机关：在调节作用下，用来改变进入被调对象的物质或能量的装置。 调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量
3、二阶系统的单位阶跃响应由几种情况？对应的单位阶跃响应曲线？特征根分布？
阻尼比 阻尼情况 单位阶跃响应曲线
特征根
特征根分布
ζ
ζ =0
无阻尼 (临界 振荡)
S1,2 = ± jωn
欠阻尼
0<ζ <1
S 1,2 = −ζωn ± jωn 1 − ζ 2 = −σ + jωd
4
临界阻尼
ζ =1Βιβλιοθήκη 热工过程自动调节复习提纲S1,2 = −ω n
过阻尼
ζ >1
S1,2 = −ζωn ± ω n ζ 2 − 1
4、计算题：对于简单的高阶系统，用劳斯判据判断系统的稳定性。
第五章
1、什么是频率特性？基本表达式？相频特性曲线？幅频特性曲线？什么是频率特性曲 线？ 答：频率特性：两者的频率 ω 相同，但振幅和相位角不同。当输入信号的频率改变时，输出信
3、单回路整定有哪几种方法？
答：临界比例带法、衰减曲线法、图表整定法。
4、各种整定方法的整定步骤？
6
热工过程自动调节复习提纲
答：一．临界比例带法
具体整定步骤如下： 1． 设置调节器整定参数 Ti→∞，Td=0（即变成比例调节器）。δ置于较大的数值后，将系统投 入闭环运行。 2． 系统运行稳定后，适量减小比例带的数值并施加阶跃扰动，直到出现等幅振荡为止。记录 此时的临界比例带δc 和临界振荡周期 Tc。 3． 根据临界比例带δc 和临界振荡周期 Tc，通过查表，求出调节器中的各整定参数。 4． 将计算出的各整定参数值设置到调节器中，对系统作阶跃扰动试验，观察被调量的 阶跃响应，适当修改各整定参数，直到满意为止。
7
热工过程自动调节复习提纲
2、从热平衡的角度来分析：
在给水量Ｗ扰动下，被调对象具有迟延、惯性和无自平衡能力特性。
（1）蒸汽量Ｄ扰动时，汽包水位Ｈ的变化过程同样可以从两个角度加以分析：
1．从物质平衡的角度来分析：
2．从热平衡的角度来分析：
2、什么是虚假水位？产生原因、在设计时采用什么样的措施？
答：虚假水位：对汽包而言，在其输出蒸汽流量增加，输入给水流量不变的情况下，汽包水位 一开始不但不下降，反而上升的现象。
第三章
1、什么是有自平衡能力对象？无自平衡能力对象？内扰？外扰？
答：（1）有自平衡能力对象：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。
（2）无自平衡能力对象：指对象在阶跃扰动作用下，不经过外加调节作用，对象的输出量不 能自己稳定在一个新的平衡状态。
二．衰减曲线法
具体整定步骤如下： 1．设置调节器的整定参数 Ti→∞，Td=0，δ置于较大的数值后，将系统投入闭环运行。 2．系统运行稳定后，适量减小比例带的数值并施加阶跃扰动，当系统调节过程达到所要求
的衰减率时，记录此时的比例带δs 和衰减振荡周期 Ts。 3．根据比例带δs、衰减振荡周期 Ts 查表，求出调节器中的各整定参数。 4．将求出的各整定参值设置到调节器中，对系统作阶跃扰动试验，观察被调量的阶跃响应，适
2
热工过程自动调节复习提纲
5、计算题：试求传递函数的单位阶跃响应函数。
6、调节系统有哪些基本环节？各环节的传递函数？
答：比例环节
G(s) = C(s) = K R(s)
积分环节
G(s) = C(s) = 1 R(s) Ti S
惯性环节
G(s) = C(s) = K R(s) TS + 1
理想微分环节
π j
频率特性为 G( jω ) = jTdω = Tdωe 2
G(s) = KTD S
实际微分环节：传递函数为
TD S + 1
5
热工过程自动调节复习提纲
G( jω ) = jωKTD =
频率特性为
1 + jωTD
KTDω
ej
(
π 2
−tg
−1ϖTD
)
1 + ω 2TD2
G(s) = K
(4)惯性环节：传递函数为
答：衰减率：ψ = M 1−M 3 = 1 − M 3
M1
M1