热工过程自动调节,课后习题答案,1到6章解读
第二章习题热工过程自动调节答案
第二章习题2-1 求下列函数的拉普拉斯反变换(1)4)2)((3)1)(()(++++=S S S S S s F (2) )1(1)(2+=S S s F (3)23)(23++=S S S s F (4)1)(2)(3)(4)(2+++=S S S s F解: (1) 3/81/43/8(s )24F S S S =++++ ∴24313()848t t f t e e --=++ (2) 21(s )1SF S S =-+ ∴()1cos f t t =-(3)81(s )321F S S S -=-++++ ∴'2()()3()8t t f t t t e e δδ--=-+- (4) 2122(s)4(2)2(1)F S S S ⎡⎤--=++⎢⎥+++⎣⎦ ∴22()488t t tf t te e e ---=--+ 2-2 试求下图所示环节的动态方程、静态方程和传递函数。
（a ）水箱：输入量为q 1，输出量为h ，水箱截面积为F 。
(b)阻容电路：输入量为u 1，输出量为u 2，已知电阻R 和电容C 1、C 2。
(c)阻容电路：输入量为u 1，输出量为u 2，已知电阻R 1、R 2和电容C 。
(a)C（b)(c)题2-2图解: (a) 动态方程: 121h(q q )dt F =-⎰ 或 12dh F q q dt=- 12()()()FsH s Q s Q s =-,设初始值10200q q ==, 则传递函数：1()1()H s Q s Fs=(b)写出基本方程式：12R u u i R-= 1121()C d u u C i dt-=1R C i i i =+ 22du C i dt=消去中间变量，整理得动态方程： 2112211()du duRC RC u RC u dt dt++=+ 传递函数：21112()1()1U s RC s U s RC s RC s +=++ 静态方程：21u u = (c) 写出基本方程式： 22u i R =11R u iR =Cdu C i dt= 112C R u u u u =++消去中间变量，整理得动态方程： 211222()du duR C R C u R C dt dt++= 传递函数：22112()()1U s R CsU s R Cs R Cs =++ 2-3 试分别根据比例环节、积分环节、惯性环节、微分环节、纯迟延环节的动态方程式，推导出其相应的传递函数及阶跃响应式，并画出相应的阶跃响应曲线及静态特性曲线。
热工课后题答案
习题及部分解答 第一篇工程热力学 第一章基本概念1. 指出下列各物理量中哪些是状态量,哪些是过程量：答：压力,温度,位能,热能,热量,功量,密度;2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积,速度,比体积,位能,热能,热量,功量,密度;3. 用水银差压计测量容器中气体的压力,为防止有毒的水银蒸汽产生,在水银柱上加一段水;若水柱高mm 200,水银柱高mm 800,如图2-26所示;已知大气压力为mm 735Hg,试求容器中气体的绝对压力为多少kPa 解：根据压力单位换算 4.5. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量,如图2-27所示;若已知斜管倾角 30=α,压力计中使用3/8.0cm g =ρ的煤油,斜管液体长度mm L 200=,当地大气压力MPa p b 1.0=,求烟气的绝对压力用MPa 表示解：5.一容器被刚性壁分成两部分,并在各部装有测压表计,如图2-28所示,其中C 为压力表,读数为kPa 110,B 为真空表,读数为kPa 45;若当地大气压kPa p b 97=,求压力表A 的读数用kPa 表示kPa p gA 155=6.试述按下列三种方式去系统时,系统与外界见换的能量形式是什么;1.取水为系统；2.取电阻丝、容器和水为系统；3.取图中虚线内空间为系统; 答案略;7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量,起读数为MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量,其读数为mmHg 706;若大气压力为MPa 098.0,试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力用MPa 表示MPa p MPa p 0039.0;0247.021==8.测得容器的真空度mmHg p v 550=,大气压力MPa p b 098.0=,求容器内的绝对压力;若大气压变为MPa p b102.0=',求此时真空表上的读数为多少mmMPa MPa p MPa p v8.579,0247.0='= 9.如果气压计压力为kPa 83,试完成以下计算： 1.绝对压力为11.0MPa 时的表压力；2.真空计上的读数为kPa 70时气体的绝对压力；3.绝对压力为kPa 50时的相应真空度kPa ；4.表压力为MPa 25.0时的绝对压力kPa ; 1.kPa p g 17=；2.kPa p 13=；3.kPa p v 33=；4.kPa p 333=;10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0℃和100℃,而华氏温标则相应地取为32℉和212℉;试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系,并求出绝对零度所对应的华氏温度;将水在标准大气压下的冰点值032和F℃,以及沸点值100292和F ℃代入,得解该二元一次方程组,得：32,8.1==B A ;从而有328.1+=t t F当15.273-=t℃时,有11.气体进行可逆过程,满足pV C =C 为常数,试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功的表达式,并在p V -图上定性画出过程线、示出膨胀功;答案：略12.某气体的状态方程为g pV R T =,试导出： 1.定稳下气体,p v 之间的关系；2.定压下气体,v T 之间的关系；3.定容下气体,p T 之间的关系;答案：1.2112v v p p =；2.1212T T v v =；3.1212T T p p =; 第二章热力学第一定律1.一蒸汽动力厂,锅炉的蒸汽产量为318010/q kg h =⨯,输出功率为55000P kW =,全厂耗煤,19.5/m c q t h =,煤的发热量为33010/c q kJ kg =⨯;蒸汽在锅炉中吸热量2680/q kJ kg =;试求：1.该动力厂的热效率t η；2.锅炉的效率B η蒸汽总吸热量煤的总发热量;解：1.锅炉中蒸汽吸热量 热效率%411034.1550005=⨯=Φ=H t P η2.锅炉效率2.系统经一热力过程,放热8kj 对外做功26kJ ;为使其返回原状态,对系统加热6kJ ,问需对系统作功多少解：由W UQ +∆=得对于返回初态的过程 故需对系统做功kj 28;3.气体在某一过程只能感吸收了54kJ 的热量,同时热力学能增加了94kJ ;此过程是膨胀过程还是压缩过程系统与外界交换的功是多少答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是kj 40-;4.1kg 空气由115,0.5p MPa t MPa ==膨胀到220.5,500p MPa t ==℃,得到热量506kJ ,对外做膨胀功506kJ ;接着又从终态被压缩到初态,热出热量390kJ ,试求：1.膨胀过程空气热力学能的增量；2.压缩过空气热力学能的增量；3.压缩过程外界消耗的功; 答案：1.0=∆U；2.0=∆U ；3.kj W 390-=;5.闭口系统中实施以下过程,试填补表中的空缺数据; 表中括号内的数为答案;6.如图所示,某封闭系统沿b c a --途径由状态a 变化到kj 90,对外做功b ,吸入热量kj 40,试问：d 至b ,若对外1.系统从a 经做功kj 10,则吸收热量是多少2.系统由b 经曲线所示过程返回外界对系统左贡a ,若kj 23,吸收热量为多少3.设,45,5kj U kj U d adb ==,那么过程d a -和b d -中系统吸收的热量各为多少答案1.kj Q adb 60=；2.kj Q ba 73-=；2.kj Q ad 50=；4.kj Q db 10=;7.容积为31m 的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体,如图2-31所示;试问： 1.活塞是否对流体做功 2.通过对活塞加压,把流体压力从MPa p 2.01=提高到MPa p 33=,热力学能变化多少焓变化多少答案1.0=W；2.kj H U 3108.2,0⨯=∆=∆;8.一质量为kg 4500的汽车沿坡度为 15的山坡下行,车速为s m /300;在距山脚m 100处开始刹车,且在山脚处刚好刹住;若不计其它力,求因刹车而产生的热量;kj Q 51004.2⨯=;9.某蒸汽动力装置,蒸汽流量为h t /40,汽轮机进出口处压力表读数为MPa 9,进口比为kg kj /3440,汽轮机出口比焓为kg kj /2240,真空表读数为kPa 06.95,当时当地大气压力为kPa 66.98,汽轮机对环境放热为;试求：1.汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少2.单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少3.汽轮机的功率为多少 答案1.2.kg kj sh /1200=ω3.kW P 410332.1⨯=4.考虑进出口动能差后sh ω的相对偏差10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为MPa p 005.0=,比焓kg kj h /25001=,出口为同压下的水,比焓为kg kj h /77.1372=,若蒸汽流量为h t /22,进入冷凝器的冷却水温为171='t ℃,冷却水出口温度为302='t ℃,试求冷却水流量为多少 水的比热容为)./(18.4K kg kj ; 答案)/(104.9563,h kg q wm ⨯=11.某活塞式氮气压气机,压缩的氮气的参数分别为：MPa p 1.01=,kg m v /88.031=；MPa p 0.12=,kg m v /16.03=;设在压缩过程中每kg 氮气热力学能增加kj 180,同时向外放出热量kj 60;压气机每min 生产压缩氮气kg 18,试求：1.压缩过程对每kg 氮气所做的功；2.生产每kg 压缩氮气所需的功；3.带动比压气机至少要多大的电动机; 答案1.kg kj /240-=ω； 2.kg kj sh /312-=ω； 3.kW P 6.93=;12.流速为s m /600的高速空气突然受阻停止流动,即02=c ,称为滞止;如滞止过程进行迅速,以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽略,问滞止过程空气的焓变化了多少答案kg kj h /180=∆第三章理想气体及其混合物1.把2CO 压送到体积为35.0m 的贮气罐内;压送前贮气罐上的压力表读数为kPa 3,温度为C 20,压送终了时压力表读数为kPa 30,温度为C 50;试求压送到罐内的2CO 的质量;大气压力为MPap b 1.0=;解由()()()[]()kg T p T p R V T R V p T R V p m T mR pV K kg kJ M R R kPa p p p kPa p p p g g g g g g b g b 143.02732010103273501013010189.05.0.189.044314.813030101.01033101.033311221122322311=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-+⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-=∆=====+⨯=+==+⨯=+=2.体积为303.0m 的某钢性容器内盛有了C kPa 20,700的氮气;瓶上装有一排气阀,压力达到kPa 875时发门开启,压力降到kPa 840时关闭;若由于外界加热的原因造成阀门开启,问：1阀门开启时瓶内气体温度为多少2因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少 设瓶内空气温度在排气过程中保持不变; 答案13.932=t ℃；2kg m 0097.0=∆3.氧气瓶的容积330.0m V =瓶中氧气的表压力为Ct MPa p g 30,4.111==;问瓶中盛有多少氧气 若气焊时用去一半氧气,温度降为C t202=,试问此时氧气的表压力为多少当地大气压力MPap b 1.0=答案MPa p kg m g 625.0;86.72==4.某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为h m 366000;鼓风机实际送入的热空气温度为C250,表压力为kPa 0.20,当地大气压为MPa p b 1.0=,求实际送风量()h m 3;解()MPa p p p g b 12.010201.03=⨯+=+=-由T R q pq g m V =得()()h m P T T q p q T q p T pq V V V V 3511000000010068.112.027325027366000101325.0.⨯=+⨯⨯===5.某理想气体比热比4.1==V p c c k ,定压比热容()K kg kJ c p .042.1=,求该气体的摩尔质量;解由k c c Vp =及MRR c c g V p ==- 得()()()mol g k c R M p 93.274.111042.1314.811=-⨯=-=6.在容积为31.0m 的封闭容器内装有氧气,其压力为kPa 300,温度为C15,问应加入多少热量可使氧气温度上升到C 8001按定值比热容计算； 2按平均比热容计算;解()[]k kg kJ M R R g.26.032314.8===1()()()kJ t t R m t mc Q g V 3.6121580026.0252.12512=-⨯⨯⨯=-=∆=2查得)K kg kJ c V.656.015=7.摩尔质量为kg 30的某理想气体,在定容下由C275,加热到C 845,若热力学能变化为kg kJ 400,问焓变化了多少答案kg kJ h9.557=∆8.将kg 1氮气由C t301=定压加热到C 400,分别用定值比热容,平均比热容表计算其热力学能和焓的变化; 用定值比热容计算用平均比热容计算9.kg 2的2CO ,由C t kPa p900,80011==膨胀到C t kPa p600,12022==,试利用定值比热容求其热力学能、焓和熵的变化; 解10.在体积为35.1m V=的钢性容器内装有氮气;初态表压力为MPap g 0.21=,温度为C230,问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到C750其焓值变化是多少大气压力为MPa 1.0;1按定值比热容计算；2按真实比热容的多项式计算； 3按平均比热容表计算；4按平均比热容的直线关系式计算; 解 12查得()()()()()()()()()()()()kJ TnR Q dT nC kJ T T nR T a T a T a n T nR dT aT T a a n dT nR dT nC n dT R C n dT nC Q kmol m M n a a a T a T a a C m p T T m p m p m V m p 4321,3228223123221021212121021,,21,823102210,10226.150********.87532.010005.910005.9]5031023314.87532.050310231042.0315031023102335.52150310233146.27[7532.0327532.02809.211042.0,102335.5,3146.2721⨯=-⨯⨯+⨯=∆+==∆H ⨯=-⨯⨯--⨯⨯-⨯+-⨯⨯⨯+-⨯⨯=--⎪⎭⎫ ⎝⎛++=∆-++=-=-=====⨯-=⨯==++=⎰⎰⎰⎰⎰⎰----3查得 4查得11.某氢冷却发电机的氢气入口参数为C t MPa p g 40,2.011==,出口参数为C t MPa p g 66,19.022==;若每分钟入口处体积流量为35.1m ,试求氢气经过发电机后的热力学能增量、焓增量和熵增量;设大气压力为MPa p b 1.0=; 1按定值比热容计算；2按平均比热容直线关系式计算; 解（1） 按定值比热()[])[]()()()()()[]min .4504.03.029.0ln 157.42734027360ln 55.143459.0ln ln min 9.130406655.143459.0min 44.93406639.103459.0.39.10157.455.14.55.14157.427271212K kJ p p R T T c q S kJ t c q kJ t c q U K kg kJ R c c K kg kg R c g p m p m V m g p V g p =⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆=-⨯⨯=∆=∆H =-⨯⨯=∆=∆=-=-==⨯==2按平均比热容的直线关系式12.利用内燃机排气加热水的余热加热器中,进入加热器的排气按空气处理温度为C300,出口温度为C80;不计流经加热器的排气压力变化,试求排气经过加热器的比热力学能变化,比焓变化和比熵的变化;1按定值比热容计算； 2按平均比热容表计算; 答案1 213.进入气轮机的空气状态为C kPa 600,600,绝热膨胀到C kPa 300,100,略去动能、位能变化,并设大气温度为KT 3000=,试求：1每千克空气通过气轮机输出的轴功； 2过程的熵产及有效能损失,并表示在s T -图上；3过程可逆膨胀到kPa 100输出的轴功;解 1 2熵产g s ∆及有效能损失i 如图3-36中阴影面积所示; 314.由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体,各组元的摩尔数为试求混合气体的体积分数、质量分数和在C t kPa p27,400==时的比体积;解15.试证明：对于理想气体的绝热过程,若比热容为定值,则无论过程是否可逆,恒有()211T T k R w g --=式中：1T 和2T 分别为过程初终态的温度;证明对于理想气体的绝热过程,有又⎪⎩⎪⎨⎧==-k c c R c c Vp g V p得1-=k R c g V故()211T T k R w g --=证毕第四章理想气体的热力过程1.某理想气体初温K T 4701=,质量为kg 5.2,经可逆定容过程,其热力学能变化为kJ U 4.295=∆,求过程功、过程热量以及熵的变化;设气体()35.1,.4.0==k K kg kJ R g ,并假定比热容为定值;解由⎪⎩⎪⎨⎧==-kc c R c c V p g V p 得()[]()()()K kJ T T mc S K T mc U T T T mc T mc U K kg kJ k R c V V V V gV 568.04704.573ln 143.15.2ln3.573470143.15.24.295.143.1135.14.01121212=⨯==∆=+⨯=+∆=-=∆=∆=-=-=2.一氧化碳的初态为K T MPa p 493,5.411==;定压冷却到K T 2932=;试计算kmol 1的一氧化碳在冷却过程中的热力学能和焓的变化量,以及对外放出的热量;比热容取定值;答案kJ kJ U 441082.5,10154.4⨯=∆H ⨯=∆3.氧气由MPa p C t 1.0,3011==被定温压缩至MPa p 3.02=;1试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；2若按绝热过程压缩,初态与终态与上述相同,试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；3将它们表示在同一副v p -图和s t -图上,试在图上比较两者的耗功;解()[]K kg kJ M R R g.26.032314.8===155.863.01.0ln 30326.0ln 211,-=⨯==p p T R w g T t 23两过程在v p -图和s T -图上的表示分别如图3-37a 和3-37b 所示;图中过程线T 21-为定温过程,s 21-为绝热过程线;从v p -图中可以看到,绝热过程耗功比定温过程耗功多出曲边三角形面积s T 221--;4.使将满足以下要求的理想气体多变过程在v p -和s t -图上表示出来先画出4个基本热力过程：1气体受压缩、升温和放热；2气体的多变指数8.0=n ,膨胀； 3气体受压缩、降温又降压； 4气体的多变指数2.1=n ,受压缩； 5气体膨胀、将压且放热; 答案如图3-38a 和图3-38b 所示的v p -图和s T -图上,1-1,1-2,1-3,1-4和1-5分别为满足1,2,3,4和5要求的多变过程线;5.柴油机汽缸吸入温度C t 601=的空气33105.2m -⨯,经可逆绝热压缩;空气的温度等于燃料的着火温度;若燃料的着火温度为C720,问空气应被压缩到多大的体积答案3421063.1m V -⨯=6.有kg 1空气,初态为C t MPa p27,6.011==,分别经下列三种可逆过程膨胀到MPa p 1.02=,试将各过程画在v p -图和s t -图上,并求各过程始态温度、做工量和熵的变化量：1定温过程；225.1=n 的多变过程；3绝热过程;答案123v p -图和s T -图如图3-39所示; 7.一容积为32.0m 的贮气罐,内装氮气,其初压力MPa p 5.01=,温度C t 371=;若对氮气加热,其压力、温度都升高;贮气罐上装有压力控制阀,当压力超过MPa 8.0时,阀门便自动打开,防走部分氮气,即罐中维持最大压力为MPa 8.0,问当贮气罐中氮气温度为C 287时,对罐内氮气共加入多少热量 设氮气比热容为定值;解()[]K kg kJ M R R g .297.028314.8=== 由T mR pV g =开始过程是定容过程,则8.容积为36.0m V =的空气瓶内装有压力MPa p 101=,温度为K T 3001=的压缩空气,打开压缩空气瓶上的阀门用以启动柴油机;假定留在瓶中的空气进行的是绝热膨胀;设空气的比热容为定值,)./(287.0K kg kj R g =;1.问过一段时间后,瓶中空气从室内空气吸热,温度有逐渐升高,最后重新达到与室温相等,即又恢复到K 300,问这时空气瓶中压缩空气的压力3p 为多大答案1kg m K T 6.15,1.2712-=∆=2MPa p 75.73=9.是导出理想气体定值比热容的多变过程的初、终态熵变为解：主要步骤与公式由⎪⎩⎪⎨⎧==-k c c R c c Vp g V p 得1-=k kR c g p 10.压力为kPa 160的kg 1空气,K 450定容冷却到K 300,空气放出的热量全部被温度为17℃的大气环境所吸收;求空气所放出热量的饿有效能和传热过程、的有效能损失,并将有效能损失表示在s T -图上;解由于放出的热量全部被环境吸收,使热量有效能全部变成了无效能,故有效能损失有效能损失如图3-40的s T -图上阴影面积所示;11.空气进行可逆压缩的多变过程,多变指数,3.1=n耗功量为kg kj /95.67,求热量和热力学能变化;答案kJ U kJ Q 85.50,95.16=∆-= 第六章水蒸气1.湿饱和蒸汽,85.0,9.0==x MPa p ,试由水蒸气表求u s v h t 和,,,,; 答案kg kJ h C t s 99.2468,389.175==2.过热蒸汽,425.0.3==t MPa p ℃,根据水蒸气表求u s h v ,,,和过热度D ,再用s h -图求上述参数; 答案查表：kg kJ h kg mv 7.3286,103638.03== 查图：kg kJ h kg m v 3290,105.03==3.开水房用开水的蒸汽与20=t℃同压下的水混合,试问欲得t 5的开水,需要多少蒸汽和水解设需蒸汽为kg m V ,则水为V w m m m -=;由MPa p 1.0=,查得kg kJ h kg kJ h 14.2675,52.417=''='C t 20=时,kg kJ h 96.832=根据热力学第学一定律4.已知水蒸气kg kj h MPa p /1300,2.0==,试求其s t v ,,;答案()K kg kJ s C t kg m v .5452.3,30.120,3158.03===5.kg 1蒸汽,95.0,0.211==x MPa p ,定温膨胀至MPa p 1.02=,求终态s h v ,,及过程中对外所做的功;解()kg kJ w 0.683=6.进汽轮机的蒸汽参数为435,0.311==t MPa p ℃;若经可逆膨胀绝热至MPa p .2=,蒸汽流量为s kg /0.4,求汽轮机的理想功率为多少千克：答案kW P 31066.4⨯=7.一刚性容器的容积为MPa 3.0,其中51为饱和水,其余为饱和蒸汽,容器中初压为MPa 1.0;欲使饱和水全部汽化,问需要加入多少热量终态压力为多少若热源温度为500℃,试求不可逆温差传热的有效能损失;设环境温度为27℃;8.容积为336.0m 的刚性容器中贮有350=t ℃的水蒸气,其压力表度数为kPa 100;现容器对环境散热使压力下降到压力表度数为kPa 50;试求：1.确定初始状态是什么状态2.求水蒸气终态温度；3.求过程放出的热量和放热过程的有效能损失;设环境温度为20℃,大气压力为MPa 1.0;答案1过热蒸汽；2C t8.1452=此结果为利用教材热工基础与应用后附录A-7所得;利用较详细水蒸气热表或s h -图答案应为C 1913kJ I kJ Q 8.35,6.82=-=同上,kJ I kJ Q 2.27,1.59=-=9.气轮机的乏汽在真空度为kPa 96干度为88.0=x 的湿空气状态下进入冷凝器,被定压冷却凝结为饱和水;试计算乏汽体积是饱和水体积的多少倍,以及kg 1乏汽2在冷凝器中放出的热量;设大气压力为MPa 1.0; 答案kg kJ q V V 2140,1005.3411=⨯='10.一刚性绝热容器内刚性各班将容器分为容积相同的B A ,两部分;设A 的容积为316.0m ,内盛有压力为MPa 1.0、温度为300℃的水蒸气；B 为真空;抽掉隔板后蒸汽蒸汽自由膨胀达到新的平衡态;试求终态水蒸气的压力、温度和自由膨胀引起的不可逆有效能损失;设环境温度为20℃,并假设该蒸汽的自由膨胀满足常数=pV ;解1由==1122V p V p 常数 得()MPa V V p p 5.0210.12112=⨯== （2） 由C t MPa p 300,0.111==,查得 由kg m v MPa p 3225161.0,5.0==,查得11.利用空气冷却蒸汽轮机乏汽的装置称为干式冷却器;瑞哦流经干式冷却器的空气入口温度为环境温度201=t ℃,出口温度为352=t ℃;进入冷凝器的压力为kPa 0.7,干度为8.0,出口为相同压力的饱和水;设乏汽流量为h t /220,空气进出口压力不变,比热容为定值;试求：1.流经干式冷却器的焓增量和熵增；2.空气流经干式冷却器的熵变以及不可逆传热引起的熵产; 解1由8.0,0.7==x kPa p 查算得对空气()()K kg kJ c K kg kJ R p g .004.1,.287.0==根据热力学第一定律有2()()()()K kW S kW t t c q a p a m a 18.3910177.12035004.110818.75312,=∆⨯=-⨯⨯⨯=-=∆H 3()()K kW S K kW S g V 63.1417.377=∆-=∆39.500,0.911==t MPa p ℃的水蒸汽进入气轮机中作绝热膨胀,终压为kPa p 502=;汽轮机相对内效率式中s h 2——为定熵膨胀到2p 时的焓;试求1.每kg 蒸汽所做的功；2.由于不可逆引起熵产,并表示在s T-图上; 答案由C t MPa p 500,0.911==查得()K kg kJ s kg kJ h .656.6,338511==由()kPa p K kg kJ s s 0.5,.656.6212===查得kg kJ h s 20302=由sT h h h h 2121--=η 得()kg kJ h 22202=()kg kJ w sh 1165=（3） 由kg kJ h kPa p 2220,522==查得过程如图所示;第七章湿空气1.设大气压力为MPa 1.0,温度为25℃,相对湿度为%55=ϕ,试用分析法求湿空气的露查d h -图校核点温度、含湿量及比焓,并之;答案解析法()()a kg kJ h a kg kg d C t d 15.53,011.0,8.14===查d h -图：2.空气的参数为%30,20,1.01===ϕC t MPa p b ,在加热器中加热到85℃后送入烘箱取烘干物体/从烘箱出来时空气温度为353=t ℃,试求从烘干物体中吸收kg 1水分所消耗的赶空气质量和热量;解由%,30,2011==ϕC t 查d h -图得由C t d d 85,212==得3.设大气压力为MPa 1.0,温度为30℃,相对湿度为8.0;如果利用空气调节设备使温度降低到10℃去湿,然后再加热到20℃,试求所的空气的相对湿度;答案%53=ϕ4.一房间内空气为MPa 1.0,温度为5℃,相对湿度为%80;由于暖气加热使房间温度升至18℃;试求放暖气后房内空气的相对湿度;答案%32=ϕ5.在容积为3100m 的封闭室内,空气的压力为MPa 1.0,温度为25℃,露点温度为18℃,试求室内空气的含湿量,和相对湿度;若此时室内放置若干盛水的敞口容器,容器的加热装置使水能保持25℃定温蒸发至空气达到室温下饱和空气状态;试求达到饱和空气状态的空气含湿量和水的蒸发量;解1由C t 25=查得由C t d 18=查得MPa p V 002064.0=所以%65=ϕ2%1002=ϕ6.一股空气流压力为MPa 1.0,温度为20℃,相对湿度为%30,流量为每分钟315m ;另一股空气流压力也为MPa 1.0,温度为35℃,相对湿度为%80,流量为每分钟320m ;混合后压力仍为MPa 1.0,试求混合后空气的温度、相对湿度和含湿量;解：水蒸气的()[]K kg kJ R v g .462.0,=由%30,2011==ϕC t 查得由%80,3522==ϕC t 查得由热力学第一定律由()()a kg kg d a kg kJ h 0181.0,3.7333==查得第八章气体和蒸汽的流动1.燃气经过燃气轮机中渐缩喷管绝热膨胀,流量为s kg q m /6.0=,燃气参数6001=t ℃,压力MPa p 6.01=,燃气在喷管出口的压力为MPa p 4.02=,喷管进口流速及摩擦损失不计,试求燃气在喷管出口处的流速和出口截面积,设燃气的热力性质与空气相同,取定值比热容;答案：s m A s m c /65.7,/43822==2.空气流经一出口截面积为3210cm A =的渐缩喷管,喷管进口的空气参数、为s m c C t MPa p /150,80,0.2111=== ,背压为MPa p b 8.0=,试求喷管出口处的流速和流经喷管的空气流量;若喷管的速度系数为96.0,喷管的出口流速和流量又为多少解：1.528.0356.0246.28.0)(246.2)3332.344(2)()(2.344004.1210150333204.04.111010322110=<===⨯===⨯⨯+=+=--er k k p v p MPa T T p p K c c T T 所以)(186.1246.2528.002MPa p v p p er er =⨯=⋅==2.3.水蒸气经汽轮机中的喷管绝热膨胀,进入喷管的水蒸气参数525,0.911==t MPa p ℃,喷管背压力为MPa p b 0.4=,若流经喷管的流量为s kg q m /6=,试进行喷管设计计算; 解：由546.044.00.90.41=<==er b v p p 知喷管形状应选缩放型的;由,525,0.911C t MPa p ==s h -图得由,,0.4,),(914.4546.00.912211s s MPa p p s s MPa v p p b cr cr cr =====⨯==和查得4.空气以s m /200的速度在管内流动,用水银温度计测得空气的温度为70℃,假设气流在温度计壁面得到完全滞止,试求空气的实际温度;答案1.50=f t ℃5.压力kPa p 1001=、温度为271=t ℃的空气,流经扩压管时压力提高到kPa p 1802=,问空气进入扩压管是至少有多大流速这时进口马赫数是多少答案956.0,/33211==M s m c6.某单级活塞式压气机每小时吸入温度171=t ℃、压力MPa p 1.01=的空气3120m ,输出空气的压力为MPa p 64.02=;试按下列三种情况计算压气机所许的理想功率：1.定温压缩；2.绝热压缩；3.多变压缩2.1=n ;答案1.kW P T c 19.6,=；2.kW P s c 2.8,=；3.kW P n c 3.7,=7.一台两级压气机,几如压气机的空气温度是171=t ℃,压力为MPa p 1.01=,压气机将空气压缩至MPa p 5.23=,压气机的生产量为h m /503标态下,两级压气机中的压缩过程均按多变指数25.1=n 进行;现以压气机耗功最小为条件,试求：1.空气在低压气缸中被压缩后的饿压力为2p ；2.空气在气缸中压缩后的温度；3.压气机耗功量；4.空气在级间冷却器中放出的热量; 解1.)(5.051.051.05.21213MPa p p p p opt opt =⨯=====ππ 2.KT T T T K p p T T n n 400,)(4005290231225.125.011212==='=⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=- 3.)(9.56)15(125.1290287.018.025.12)1(12)/(180.0)/(6.64627310287.010*********.025.125.01136000kW n T R nq P s kg h kg T R q p q opt n n g m c g v m =-⨯-⨯⨯⨯⨯=--===⨯⨯⨯⨯==-π4.()()()()kW T T c q T T c q p m p m 9.19400290004.118.02122-=-⨯⨯=-=-'=Φ8.某轴式压气机,每秒生产kg 20压力为MPa 5.0的压缩空气;若进入压气机的空气温度为201=t ℃,压力为MPa p 1.01,压气机的绝热效率92.0,=s c η,求出口处压缩空气的温度及该压气机的耗功率; 解)(1.4641.05.02934.114.111212K p p T T k k =⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=--由12121212,T T T T h h h h s c -'-=-'-=η得 9.一离心式压气机每分钟吸入压力为2010011==t kPa p 、℃的空气3200m ;空气离开压气机的温度为502=t ℃,出口截面上的流速为s m /50,空气的比热容()K kg kJ c p ./004.1=,假定与外界无热量交换;试求压气机的耗功率;答案kW P 4.124=10.定容加热汽油机循环在每千克空气加入热量kJ 1000,压缩比5/21==v v ε,压缩过程的初参数为15,100kPa ℃;试求：1.循环的最高压力和最高温度；2.循环的热效率;答案1.K T 1943max =,MPa p 37.3max =；2.%6.52,=s c η 11.一混合加热理想内燃机循环,工质视为空气,已知3.1/,8.1/,12/,50,1.034232111========v v p p v v C t MPa p ρλε ,比热容为定值;试求在此循环中单位质量工质的吸热量、净功量和循环热效率;解循环s T -图如右图所示;1点：2点：3点：4点：5点：12.在相同的初态及循环最高压力与最高温度相同的条件下,试在s T -图上利用平均温度的概念比较定容加热、定压加热及混合加热的内燃机理想循环的热效率;答案s T -图如图所示若定容加热理想循环热效率为V t ,η,定压加热理想循环热效率为p t ,η,混合加热理想循环热效率为t η,则有p t t V t ,,ηηη<<13.在燃气轮机的定压循环中,工质视为空气,进入压气机的温度271=t ℃,压力MPa p 1.01=,循环增压比4/12==p p π;在燃烧事中加入热量,经绝热膨胀至MPa p 1.04=;设比热为定值;1.画出循环的s T -图；2.求循环的最高温度；3.求循环的净功量和热效率；4.若燃气轮机的相对内效率为91.0,循环的热效率为多少答案1.s T -图如图所示；2.K T T 11763max ==；3.%7.32,/8.2390==t kg kJ ηω；4.%28=t η14.对于燃气轮机定压加热理想循环,若压气机进出口空气参数为MPa p 1.01=,271=t ℃,燃气轮机进出口处燃气温度10003=t ℃,试向增压比π最高为多少时,循环净功为0 答案157max =π15.某锅炉每小时生产t 4水蒸气;蒸汽出口的表压为MPa p g 122=,温度3502=t ℃;设给水温度401=t ℃,锅炉效率8.0=B η,煤的发热量热值kg kJ q p /1097.24⨯=,试求每小时锅炉的耗煤量;答案耗煤量h kg q c m /448,=16、填空题：1用水银温度计测量高速流动的气流温度,设温度计上读数为t ,气流温度为f t ,则二者的大小关系为____________；2在喷管的气体流动中,气体压力不断__________,流速＿＿＿＿,马赫数 ＿＿＿＿＿＿； 3有一减缩喷管,空气进口压力为MPa p 11=,背压MPa p b 3.0=,册出口压力=2p ;4现设计一喷管,若进口过热蒸汽压为MPa p 91=,背压为MPa p b 2=,此喷管的形状应选择; 17、压力为MPa 1.0、温度为C 015的空气,分别以s m /100,s m /200,和s m /400的流速流动,当空气滞止时,问空气的滞止温度和滞止压力各为多少18、某减缩喷管进口氮气压力为MPa p 6.61=,温度C t 0960=,背压为MPa p b 0.4=试求出口截面流速;19.某减缩喷管出口截面积为225mm ,进口空气参数C t Pa p 011300,5.0==,初速s m c /1781=,问背压为多大时达到最大质量流量该值是多少20.压力为MPa 1.0,温度C 030的空气经扩压管后压力升高至MPa 16.0,问空气进入扩压管的初速是多少21.压力MPa p 0.91=、温度C t 01550=的水蒸气,经节流阀后压力降为MPa P 6.82=,然后进入喷管作可逆膨胀至压力为MPa p 63=;设环境温度为K T 3000=,流量s kg q m /32=问：1该喷管为何形状；2喷管出口流速及截面积为多少；3因节流引起的熵产及有效能损失为多少第九章蒸汽动力循环1.蒸汽动力循环的主要设备是什么各起什么作用2.提高蒸汽动力循环热效率的主要措施与方法有那些3.在蒸汽压缩制冷循环中,如果用膨胀代替节流阀,有何优缺点4.试画出蒸汽再循环的s T -图;5.某朗肯循环,水蒸气初参数为C t MPa p 011500,4==,背压为MPa p 004.02=;试求循环吸热、放热量、汽轮机做功和循环热效率;6.某蒸汽动力循环,水蒸气的初参数为C t MPa p 011530,5.4==,背压为MPa p 005.02=,汽轮机相对内效率88.0=Tη,试求循环吸热量、放热量、汽轮机做功量和循环热效率;7.某蒸汽压缩制冷循环,制冷剂为氟里昂134a,蒸发器的出口温度为C 045.26-,冷凝器的出口温度C 030;试求：1循环制冷量和压气机耗功量； 2制冷系数； 3循环热效率;8.某蒸汽动力循环装置为郎肯循环;蒸汽的初压为MPa p 0.41=,背压为MPa p 005.02=,若初温分别为300℃和500℃,试求蒸汽在不同初温下的循环热效率t η及蒸汽的终态干度2x ; 解：1.由MPa p 0.41=,3001=t ℃,查过热蒸汽表得 由MPa p 005.02=,查饱和水和饱和蒸汽表得 由12s s =得又kg kJ h h /22.13723='= 忽略泵功34h h =2.过程和上一问相同,最后结果是%39=t η,832.02=x9.某朗肯循环,水蒸气初温为5001=t ℃,背压为MPa p 005.02=,试求当初压分别为MPa 0.4和MPa 0.6时的循环热效率及排汽干度; 答案10.某蒸汽动力厂按再热循环工作,锅炉出口蒸汽参数为500,1011==t MPa p ℃,汽轮机排汽压力MPa p 004.02=;蒸汽在进入汽轮机膨胀至MPa 0.1时,被引出到锅炉再热器中再热至500℃,然后又回到汽轮机继续膨胀至排汽压力;设汽轮机和水泵中的过程都是理想的定熵过程,试求： 1.由于再热,使乏汽干度提高多少 2.由于再热,循环的热效率提高了多少解：1.由500,1011==t MPa p 查得由)./(5954.6,0.11K kg kJ s s MPa p a a ===查得 由500,0.1==b b t MPa p ℃查得由)(7597.7,004.022K kg kJ s s MPa p b •===且kg kJ h 3.1212=' 由)(5954.6,004.012K kg kJ s s MPa p a •===查得忽略泵功kg kJ h h h 3.121234='== 2忽略泵功()()210h h h h w w b a T -+-===()())(17060.23378.347628078.3372kg kJ =-+- =()())(3.392128078.34763.1218.3372kg kJ =-+- 无再热时第十章制冷循环1.某蒸气压缩制冷装置如图5-26所示;制冷剂为氨,蒸发器出口氨的温度为C t ︒-=151,在冷凝器中冷凝后的氨为饱和液,温度C t ︒=251;试求： 蒸发器中氨的压力和冷凝器中氨的压力； 循环的制冷量L q ,循环净功0w 和制冷系数ε；若该装置的制冷能力为h kJ L 41042⨯=Φ,氨的流量为多大解1T-s 图参阅图5-26b 由Ct ︒-=151,查氨的hp -lg 图得。
热工过程自动调节
可编辑ppt
28
四.按被调量数目分类
1.单输入单输出(SISO)调节系统 2.多输入多输出(MIMO)调节系统
可编辑ppt
29
五.按调节作用的形式分类
1.连续调节系统 2.离散调节系统
可编辑ppt
30
六.按系统的特性分类
1.线性调节系统 2.非线性调节系统
可编辑ppt
31
课后
• 请大家结合教材实例细心领会 被调量
可编辑ppt
25
一.按给定值信号的特点分类
1.恒值调节系统 2.程序调节系统 3.随机（动）调节系统
可编辑ppt
26
二.按调节系统的结构分类
1.闭环（反馈)调节系统 2.前馈调节系统 3.复合调节系统
可编辑ppt
27
三.按调节系统闭环回路的数 目分类
1.单回路调节系统 2.双回路调节系统 3.多回路调节系统
给定值
扰动
被调对象
调节作用量
调节机关（机构）
执行机构等概念的真正内涵
可编辑ppt
32
1.5自动调节系统的性能
可编辑ppt
33
一、典型输入函数
1.阶跃函数
2.斜坡函数
3.脉冲函数
4.正弦函数
可编辑ppt
34
1.阶跃函数
(1).阶跃函数的数学表达式
{0 t<0
X(t)= X0 t>=0
X(t) x0
t
37
4.正弦函数
(1).正弦函数x(t)=Asinω t是振幅为A，角频率为ω的周 期函数. (2).正弦输出的幅值和相角都是正弦输入信号角频率ω 的函数.称为频率特性
可编辑ppt
《热工过程自动调节》课件
热力发电厂的自动控制系统
总结词
热力发电厂的自动控制系统是实现电厂高效 、安全运行的关键，通过自动化控制技术， 实现对电厂热力系统的实时监测和调整，提 高发电效率并降低能耗。
详细描述
热力发电厂的自动控制系统包括热工测量、 控制和保护等部分，能够实现对汽轮机、锅 炉等设备的自动化控制。通过自动化控制技 术，可以确保电厂在最佳状态下运行，提高 发电效率，同时降低能耗和减少环境污染。
总结词
液位自动调节系统用于控制和稳定设备或工艺过程中的液位高度，确保液位在设定的范 围内波动。
详细描述
液位自动调节系统通过液位传感器检测液位高度，并将液位信号转换为电信号传输给控 制器。控制器根据设定值与实际值的偏差，输出控制信号调节进料或排料的运行，以实
现对液位的自动控制。
成分自动调节系统
总结词
要点一
总结词
网络化控制技术可以实现远程监控和操作，提高热工过程 的自动化和智能化水平。
要点二
详细描述
通过网络化控制技术，可以实现远程监控和操作热工设备 ，实时获取设备的运行状态和参数，提高设备的运行效率 和安全性。
节能减排的需求驱动
总结词
随着环保意识的不断提高，节能减排成为热工过程自动 调节的重要发展方向。
02
热工过程自动调节的基本 原理
自动调节系统的组成
测量元件
用于检测被调参数，并将其转换为可处理的信号。
控制器
接收测量元件的信号，根据设定的参数值进行比较和计算，输出控制信号。
执行机构
接收控制信号，驱动调节阀等执行元件进行动作，实现对被调参数的控制。
被调对象
需要进行自动调节的设备或系统。
自动调节系统的基本特性
化学反应器的自动控制系统
热工课后题答案
For personal use only in study and research;not for commercial use习题及部分解答第一篇 工程热力学第一章 基本概念1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。
2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。
3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。
若水柱高mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。
已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。
若已知斜管倾角 30=α，压力计中使用3/8.0cm g =ρ的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解：5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。
若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示）kPa p gA 155=6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。
（1）.取水为系统；（2）.取电阻丝、容器和水为系统； （3）.取图中虚线内空间为系统。
答案略。
7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg 706。
若大气压力为MPa 098.0，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa表示） M P ap M P a p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度mmHg p v 550=，大气压力MPa p b 098.0=，求容器内的绝对压力。
大学-热工过程自动控制课后答案
陈绍炳于向军编著《热工自动控制原理》习题参考答案长沙理工大学能源与动力工程学院 自动化教研室 石阳春E-mail: shiyc_110@第2章 线性自动控制系统的数学描述2－1 系统框图如图2－44所示，求输入为给定函数时的输出响应。
图2－44 系统框图解：(a) 212111)()(+=⋅+=S SS S U S Y ， 21)(SS U = 225.025.05.0)2(1)(22++−=+=S S S S S S Y ， ∴ te t t y 225.025.05.0)(−+−= (b)221212)()(+=⋅+=S S S S U S Y ， S S U 1)(=22)(+=S S Y ， ∴ te t y 22)(−=(c) )41)(21(1414212)()(++=+⋅+=S S S S S U S Y ， S S U 1)(=41162188)41)(21(1)(+−++=++=S S S S S S S Y ,∴421688)(tt e e t y −−−+=(d) 15225121512)()(+=⋅+++=S SS S U S Y ， S S U 1)(=(a) 输入u(t) = t(b) 输入u(t) = 1(t)(c) 输入u(t) = 1(t)(d) 输入u(t) = 1(t)(e) 输入u(t) = 1(t)(f) 输入u(t) = 1(t)15252)1(52)(+−=+=S S S S S Y ， ∴t e t y −−=5252)( (e) 01.0)1.0(01.01)110(1)101(11)101(1)()(2222++=++=+++=S S S S S U S Y ， S S U 1)(=01.0)1.0(1.05.001.0)1.0()1.0(5.05.0]01.0)1.0[(01.0)(222++×−+++−=++=S S S S S S S Y ∴ 10sin 5.010cos 5.05.0)(1010te t et y t t −−−−=或 )2(5.0)02.02.0(02.05.0]01.0)1.0[(01.0)(2002222ωζωω++×=++×=++=S S S S S S S S S Y ∴ )4510sin(21(5.0)(10°+−=−tet y t(f))1(3)13(2131212)()(++=+⋅+=S S S S U S Y ， S S U 1)(=13432)1(3)13(2)(++=++=S S S S S S Y ， ∴t e t y −+=3432)(2－2 由电阻R 和电容C 组成如图2－45所示的电路：图2－45 系统电路图⑴建立传递函数)()()(12S U S U S G =的表达式，说明为何种环节；⑵当输入u 1为单位阶跃函数时，画出输出u 2(t)响应曲线，并标出特征参数。
电厂热工过程自动调节
第一章：自动调节的基本概念1）调节的常用术语：1、被调对象：被调节的生产设备或生产过程2、被调量：通过调节需要维持的物理量3、给定值：根据生产要求，被调量的规定数值4、扰动：引起被调量变化的各种原因5、调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量6、调节机关：在调节作用下，用来改变调节作用量的装置2）按给定值信号的特点分类：1、恒值调节系统2、程序调节系统3、随机调节系统；3）按调节系统的结构分类：1、反馈调节系统2、前馈调节系统3、符合调节系统；4）自动调节的主要性能指标：稳定性、准确性、快速性5）动态偏差：在整个调节过程中被调量偏高给定值的最大偏差值6）静态偏差：指调节过程结束后被调量和给定值之间的偏差值第二章：自动调节系统的数学模型1）传递函数：线性定常系统在零初始条件下，系统输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比2）递函数具有以下性质：1、传递函数是复变量s的有理真分式函数，其分子多项式次数m低于或等于分母多项式次数n，且所有系数均为实数。
2、传递函数是描述动态特性的数学模型，它表征系统（或环节）的固有特性，和输入信号的具体形式、大小无关，且不能具体表打系统（或环节）的物理结构。
3、传递函数只能表示一个输入对一个输出的关系。
4、系统传递函数的分母就是系统的特征方程，从而能方便地判断动态过程的基本特性。
3）自动调节的基本环节：1、比例环节：输出信号能按一定比例、无延迟和无惯性的复现输入信号变化的环节。
微分方程：c(t)=Kr(t)式中：r(t)—输入信号；c(t)输出信号；K—环节的传递系数或比例系数。
传递函数:G(s)=C(s)/R(s)=K2、积分环节：输出信号和输入信号的积分成正比例。
积分环节的微分方程为：式中T1—积分时间。
积分环节的传递函数：G(s)=C(s)/R(s)=1/T1s.积分环节的阶跃响应函数为：:输入信号（阶跃函数）的幅值。
3、惯性环节：惯性环节微分方程：T*dc(t)/dt+c(t)=Kr(t)式中T-惯性环节的时间常数；K—惯性环节的传递函数或静态放大系数，其值为平衡状态时输出信号与输入信号增幅值的比。
第五章习题热工过程自动调节答案
第五章习题5-1 求输入信号为)30sin(︒+t 的单位反馈系统的稳态输出，已知系统的开环传递函数为：110)(+=s s G k 解：闭环系统的传递函数为：G(s)=10/(s+11) 频率特性G(jw)=10/(jw+11)由w=1，得 G(j1)=10/(j1+11)= o19.5905.0111122101-∠=∠*-tg故C （t ）=0.905sin(t+oo19530⋅-)=0.905sin(t+o81.24)5-2 自动调节系统的传递函数为)1)(1()(21s T s T ks G ++=写出系统的幅频特性和相频特性的表达式。
解：1112()22221212()(1)(1)11j tg T tg T k kG j e j T j T T T ωωωωωωω---+==++++幅频特性222212()11kM TT ωωω=++相频特性1112()()tg T tg T θωωω--=-+5-3 已知各系统的开环传递函数，试用奈魁斯特判断各闭环系统的稳定性。
1) )1)(1()(21++=s T s T ks G k2) )1)(1)(1()(321+++=s T s T s T ks G k解：1) T 1、T 2为正 所以求出的开环特征根均落在S 平面的左半部，开环系统稳定。
观察图知没过（－1，j0）点，则系统稳定。
2) T 1、T 2、T 3均为正 所以求出的开环特征根均落在S 平面的左半部，开环系统稳定。
观察图知过（－1，j0）点，则系统不稳定，且有两个正实数根。
5-4 已知各系统的开环传递函数，试图用奈魁斯特判断各闭环系统的稳定性。
1)36)1(4)(+=s s G k2) )1(1)(6+=s s G k 2s e -解，1）三个开环特征根均为－1/6，所以开环系统稳定()1(36)33244()(16)136j tg k G j e j ωωωω--==→++令()324()1136M ωω==+得ω＝36rad/s 此时得()θω= -π考虑到随ω值增加，开环系统频率特性的模单调减小，在模为1时，相角为-π，所以曲线过 （－1，j0）点,系统边界稳定。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
or2—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 KG s R s S S K==++二阶系统传递函数的通用形式为'222()2nn nK G s S S ωζωω=++二式比较，可得, K ’=1n ω=ζ=K =10时，10n ω==0.5ζ== 由此可以求得：阻尼振荡频率8.66(/)d nrad s ωω==== 峰值时间 0.363()8.66pd t s ππω===超调量0.57716.3%p M e e πζπ--===衰减率21.1541197.3%e e πζπψ--=-=-= 调节时间采用2%的误差带 ： 440.8()5sn t s ζω≈==采用5%的误差带 ： 330.6()5sn t s ζω===稳态误差0'2220()1()1()lim 11[()]lim 1lim 21'0S S nS n n e c SC s S G s SK S S K ωζωω→→→∞=-∞=-=-⋅=-++=-=K =20时，n ω==4ζ= 阻尼振荡频率13.23(/)d nrad s ωω=== 峰值时间 0.237()13.23pd t s ππω=== 超调量/0.25839.3%p M eeπζπ--===衰减率20.5161180.4%eeπζπψ--=-=-=调节时间采用2%的误差带 ： 440.8()5sn t s ζω≈==采用5%的误差带 ： 330.6()5sn t s ζω===稳态误差()1'0e K ∞=-=4-2 调节系统如图4-14所示，试分别求出当系统的瞬态响应为ψ=0.75和ψ=0.9时的 δ 值。
解：由系统方框图可写出闭环特征方程式：11105(110)S S δ+=+整理得：21101050S S δ++= 考虑到二阶系统的标准形式为：0222=++nn S S ωξω可见：n ω=, 120nξω= 当取ψ=0.75时，阻尼比ξ=0.216，据此可求得：22180.37350δζω=== 当取ψ=0.9时，阻尼比ξ=0.344，据此可求得： 22180.94750δζω===4-3 试用劳斯判据和古尔维茨判据确定下列特征方程式的系统的稳定性。
如果不稳定，指出在S 右半平面根的个数。
（1）0516188234=++++S S S S (2)053232345=+++++S S S S S （3）025103234=++++S S SS (4)01681023=+++S S S答案: (1) 劳斯阵列：43210118581616513.55S S S S S第一列元素全为正，所以系统稳定。
(2) 劳斯阵列：54321013312512453.255S S S S S S --第一列元素符号改变两次，所以系统不稳定，有2个根在S 右半平面。
(3)劳斯阵列：4321035210147210153472S S S S S -第一列元素符号改变两次，所以系统不稳定，有2个根在S 右半平面。
(4) 劳斯阵列：32101810166.416S S S S第一列元素全为正，所以系统稳定。
4-4 已知系统特征方程式如下，试求系统在S 右半平面的根数。
（1）0482*******345=+++++S S S S S （2）025********345=+++++S S S S S （3）0108744423456=+--+-+S S S S S S 答案: (1) 劳斯阵列：5 4 3 2 111232 32448 416 124800SSSSS由于出现全零行，故用2S行系数构成辅助多项式。
2f(s)=12S+48f'(s)=24S5 4 3 2 1 011232 32448 416 1248 24048SSSSSS第一列元素全为正，说明特征方程式没有正根，而由辅助方程式，212S+48=0S=j2和S=-j2这就是系统特征方程式的两对虚根，因此系统边界稳定。
(2) 劳斯阵列：5 4 3 2 111235 32025 168030 52500SSSSS由于出现全零行，故用2S行系数构成辅助多项式2f(s)=5S+25f'(s)=10S5 4 3 2 1 011235 32025 16800 52510025SSSSSS第一列元素全为正，说明特征方程式没有正根，而由辅助方程式25S+25＝0S=jS=-j 这就是系统特征方程式的两对虚根，因此系统边界稳定。
4-5 调节系统如图所示,G1(s)=K,G2(s)=1/s(0.1s+1)(0.2s+1)习题4-5图（1） 确定系统稳定时的K 值范围；（2） 如果要求闭环系统的根全部位于1-=S 垂线之左，K 值范围应取多大？ 答案: (1)系统特征方程 11()2()10(0.11)(0.21)KG s G s s s s +=+=++，即(10)(5)500s s s K +++= 321550500s s s K +++= 劳斯阵列：32115015501050350S KS KS SK-系统稳定，则需第一列元素全为正，10500,5003KK ->>所以015K <<。
(2) 用11-=s s 代入特征方程中，可得32111(1)15(1)50(1)500s s s K -+-+-+= 32111122334500s s s K ++-+=3121110112312503431050125034S K S K SSK ---要求闭环系统的根全部位于1-=S 垂线之左，则310500,5034012KK ->->，即0.68 6.2K <<。
4-6 已知单位负反馈系统的开环传递函数为 2(0.50.1)()(1)(0.51)K S G s S S S S +=+++ 试确定系统稳定时的K 值范围。
答案: (1)系统特征方程 2(0.50.1)1()1(1)(0.51)K S G s S S S S ++=++++＝0 即；2(1)(0.51)S S S S ++++(0.51)K S +＝04320.51.520.510s s s s K s K +++++= 43210.5211.510.5(2.50.25)11.5(10.5) 2.25(2.50.25)1S k S k S S k k S +-+--系统稳定，则需第一列元素全为正，2.50.25 1.5k- >0(10.5) 2.25(2.50.25)k k +--＞0即05<K <第五章习题5-1 求输入信号为)30sin(︒+t 的单位反馈系统的稳态输出，已知系统的开环传递函数为：110)(+=s s G k 解：闭环系统的传递函数为：G(s)=10/(s+11) 频率特性G(jw)=10/(jw+11)由w=1，G(j1)=10/(j1+11)=故C （t ）=0.905sin(t+)=0.905sin(t+)5-2 自动调节系统的传递函数为)1)(1()(21s T s T ks G ++=写出系统的幅频特性和相频特性的表达式。
o19.5905.0111122101-∠=∠*-tg oo19530⋅-o81.24解：1112()12()(1)(1)j tg T tg T k k G j e j T j T ωωωωω---+==++幅频特性()M ω=相频特性1112()()tg T tg T θωωω--=-+ 5-3 已知各系统的开环传递函数，试用奈魁斯特判断各闭环系统的稳定性。