熱工過(guò)程自動(dòng)調(diào)理習(xí)題集（超全的）

本文格式為Word版，下載可任意編輯——熱工過(guò)程自動(dòng)調(diào)理習(xí)題集（超全的）第一章答案

1-1試列舉生產(chǎn)過(guò)程或生活中自動(dòng)調(diào)理的例子,并分別說(shuō)出它們各自的被調(diào)量,調(diào)理作用量以及可能受到的各種擾動(dòng).。

答：汽包鍋爐給水自動(dòng)調(diào)理系統(tǒng)被調(diào)量汽包水位H調(diào)理量W擾動(dòng)蒸汽量D鍋爐燃燒率

過(guò)熱蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)熱蒸汽溫度減溫水流量變化擾動(dòng)：蒸汽流量變化煙氣量變化

再熱蒸汽溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)再熱蒸汽出口溫度煙氣量擾動(dòng)：受熱面機(jī)遇給水溫度的變化燃料改變過(guò)量空氣系數(shù)的變化

燃燒過(guò)程自動(dòng)控制氣壓Pt過(guò)?？諝庀禂?shù)a爐膛負(fù)壓S1調(diào)理量：燃燒量B送風(fēng)量V引風(fēng)量G擾動(dòng)：燃燒率負(fù)荷（汽輪機(jī)調(diào)理門開度汽輪機(jī)進(jìn)氣流量）

以電廠鍋爐運(yùn)行中爐膛壓力的人工控制為例，被調(diào)量是爐膛壓力，調(diào)理量是引風(fēng)量，各種擾動(dòng)包括內(nèi)擾和擾，如爐膛負(fù)荷送風(fēng)量等。在鍋爐過(guò)熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)中，被調(diào)量是過(guò)熱器出口過(guò)熱蒸汽溫度。在鍋爐負(fù)荷控制系統(tǒng)中，被調(diào)量是主蒸汽壓力，調(diào)理糧食鍋爐燃料量，擾動(dòng)是汽機(jī)進(jìn)汽量。

1-2實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中常采用哪幾種類型的自動(dòng)調(diào)理系統(tǒng)

答:按給定值信號(hào)的特點(diǎn)分類,有:恒值調(diào)理系統(tǒng),程序調(diào)理系統(tǒng)和隨機(jī)調(diào)理系統(tǒng).

按調(diào)理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分類,有:反饋調(diào)理系統(tǒng),前饋調(diào)理系統(tǒng)和前饋-反饋的復(fù)合調(diào)理系統(tǒng).

按調(diào)理系統(tǒng)閉環(huán)回路的樹木分類：?jiǎn)位芈氛{(diào)理系統(tǒng)多回路調(diào)理系統(tǒng)

按調(diào)理作用的形式分類：連續(xù)調(diào)理系統(tǒng)離散調(diào)理系統(tǒng)

按系統(tǒng)特性分類：線性調(diào)理系統(tǒng)非線性調(diào)理系統(tǒng)1-3為什么在自動(dòng)調(diào)理系統(tǒng)中經(jīng)常采用負(fù)反饋的形式

答:自動(dòng)調(diào)理系統(tǒng)采用反饋控制的目的是消除被凋量與紿定值的偏差.所以控制作用的正確方向應(yīng)當(dāng)是:被調(diào)量高于紿定值時(shí)也就是偏差為負(fù)時(shí)控制作用應(yīng)向減小方向,當(dāng)被調(diào)量低于給定值時(shí)也就是偏差為正時(shí)控制作用應(yīng)向加大方向,因此:控制作用的方向與被調(diào)量的變化相反,也就是反饋?zhàn)饔玫姆较驊?yīng)當(dāng)是負(fù)反饋.負(fù)反饋是反饋控制系統(tǒng)能夠完成控制任務(wù)的必要條件.

1-4前饋調(diào)理系統(tǒng)和反饋調(diào)理系統(tǒng)有哪些本質(zhì)上的區(qū)別

答:反饋調(diào)理系統(tǒng)是依據(jù)于偏差進(jìn)行調(diào)理的,由于反饋回路的存在,形成一個(gè)閉合的環(huán)路,所以也稱為閉環(huán)調(diào)理系統(tǒng).其特點(diǎn)是:(1)在調(diào)理終止時(shí),可以使被調(diào)量等于或接近于給定值;(2)當(dāng)調(diào)理系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用時(shí),必需等到被調(diào)量出現(xiàn)偏差后才開始調(diào)理,所以調(diào)理的速度相對(duì)比較緩慢.

而前饋調(diào)理系統(tǒng)是依據(jù)于擾動(dòng)進(jìn)行調(diào)理的,前饋調(diào)理系統(tǒng)由于無(wú)閉合環(huán)路存在,亦稱為開環(huán)調(diào)理系統(tǒng).其特點(diǎn)是:(1)由于擾動(dòng)影響被調(diào)量的同時(shí),調(diào)理器的調(diào)理作用已產(chǎn)生,所以調(diào)理速度相對(duì)比較快;(2)由于沒(méi)有被調(diào)量的反饋,所以調(diào)理終止時(shí)不能保證被調(diào)量等于給定值.

1-5如何用衰減率來(lái)判斷調(diào)理過(guò)程的穩(wěn)態(tài)性能

答:衰減率ψ作為穩(wěn)定性指標(biāo)比較直觀形象,在系統(tǒng)的調(diào)理過(guò)程曲線上能夠很便利地得到它的數(shù)值.ψ=1是非周期的調(diào)理過(guò)程,ψ=0是等幅振蕩的調(diào)理過(guò)程,0G1（S）-G2（S）G4（S）C1(S)C2(S)G3（S）R2(S)C1(s)R2(s)C2(s)R2(s)?G3(s)G4(s)G1(s)1?G1(s)G2(s)G3(s)G4(s)G3(s)1?G1(s)G2(s)G3(s)G4(s)

(b)?

(d)

?

2-7試簡(jiǎn)化下圖所示方框圖，并求傳遞函數(shù)

C(s)R(s)及

C(s)N(s)。

N(S)G3（S）R(S)G1（S）+G2（S）+C(S)--G4（S）題2-7圖

答案:令N(s)=0，則方框圖簡(jiǎn)化為

R(S)G1（S）G2（S）C(S)--G4（S）R(S)G1(S)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(s))C(S)-R(S)G1(S)G2(s)/(1+G1(S)G2(s)+G1(s)G2(s)G4(s))C(S)

C(s)R(s)?G1(s)G2(s)1?G1(s)G2(s)?G1(s)G2(s)G4(s)

令R(s)=0，則方框圖簡(jiǎn)化為

N(S)G3（S）--+G1（S）G2（S）+C(S)G4（S）

N(S)G3(s)/G1(s)+--G4(s)G1(s)G2(s)+C(S)

N(S)G3(s)/G1(s)1+G3(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(s))N(S)++G1(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(s))+C(S)-G1(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(s))C(S)-

N(S)(1+G2(S)G3(s)+G1(s)G2(s)G4(s))/(1+G1(S)G2(s)+G1(s)G2(s)G4(s))C(S)

C(s)N(s)?1?G2(s)G3(s)?G1(s)G2(s)G4(s)1?G1(s)G2(s)?G1(s)G2(s)G4(s)

2-8雙容水箱如下圖所示，試確定輸入量q1和輸出量h2之間的傳遞函數(shù),畫出系統(tǒng)方框圖，并求當(dāng)輸入量q1作單位階躍擾動(dòng)時(shí),輸出量h2(t)的響應(yīng)函數(shù)。

答案:A1dh1dt?q1?q2?A1sH1(s)?Q1(s)?Q2(s)

q2?A21R1h1?Q2(s)?1R1H1(s)

dh2dt?q2?q3?A2sH2(s)?Q2(s)?Q3(s)

q3?1R2h2?Q3(s)?1R2H2(s)

消去中間變量，整理得

H2(s)Q1(s)?R2(1?R1A1s)(1?R2A2s)1s

當(dāng)q1?1(t)?Q1(s)?，

?R1R2A1R2A2?R1A1?R2A2s?tR2A22H2(s)?R2(1?R1A1s)(1?R2A2s)s?R2s?R1A1?R2A2s?21R1A11R2A2

h2(t)?R2?R1R2A1R1A1?R2A2?tR1A1e?R2A2R1A1?R2A2?e

第四章習(xí)題

4-1調(diào)理系統(tǒng)如圖4-13所示，試分別求當(dāng)K=10和K=20時(shí)，系統(tǒng)的阻尼比?、無(wú)阻尼自然振蕩頻率?n、單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量Mp、峰值時(shí)間tp、衰減率?、調(diào)理時(shí)間ts和穩(wěn)態(tài)誤差e(?)，并探討K的大小對(duì)過(guò)渡過(guò)程性能指標(biāo)的影響。解:系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為

G(s)?C(s)R(s)?10KS?10S?10K2

二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的通用形式為

G(s)?K?n2'22nS?2??nS??

二式比較，可得,K’=1?n?10K??5100?0.510KK=10時(shí)，?n?100?10??5由此可以求得：

阻尼振蕩頻率?d??n1??2?101?0.5?53?8.66(rad/s)

2峰值時(shí)間t?p????8.66?0.363s()d超調(diào)量M?e???/1??20.577?p?e??16.3%

衰減率??1?e?2??/?1?2?1?e?1.1?54?97.3%調(diào)理時(shí)間

采用2%的誤差帶：t4s????4n5?0.8(s)

采用5%的誤差帶：t3???3s?5?0.6(s)

n穩(wěn)態(tài)誤差

e(?)?1?c(?)?1?limSC(s)S?0?1?limS[G(s)?1

S?0S]

'2?1?limK?nS?0S2?2??2nS??n?1?K'?0K=20時(shí)，?n?200?102??5200?24阻尼振蕩頻率?2d??n1???102?10.1?25峰值時(shí)間t??p???d13.2?30.237s()超調(diào)量M?e???/1??2?0.258?p?e?39.3%

衰減率??1?e?2??/?1?2?1?e?0.5?16?80.4%調(diào)理時(shí)間

采用2%的誤差帶：t44s????n5?0.8(s)

rad3.2s3(1/)采用5%的誤差帶：ts?3??n?35?0.6(s)

穩(wěn)態(tài)誤差e(?)?1?K?'04-2調(diào)理系統(tǒng)如圖4-14所示，試分別求出當(dāng)系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)為?=0.75和?=0.9時(shí)的?值。

解：由系統(tǒng)方框圖可寫出閉環(huán)特征方程式：

1?110150?11?5S(1?10S)?0

整理得：S2?S??0

2考慮到二階系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)形式為：S2?2??nS??n?0

可見：?n?150?,??120?n

當(dāng)取ψ=0.75時(shí)，阻尼比ξ=0.216，據(jù)此可求得：??150?150?22?8?2?0.373當(dāng)取ψ=0.9時(shí)，阻尼比ξ=0.344，據(jù)此可求得：??

4-3試用勞斯判據(jù)和古爾維茨判據(jù)確定以下特征方程式的系統(tǒng)的穩(wěn)定性。假使不穩(wěn)定，指出在S右半平面根的個(gè)數(shù)。（1）S4?8S3?18S2?16S?5?0(2)S5?S4?3S3?2S2?3S?5?0（3）3S4?10S3?5S2?S?2?0(4)S3?10S2?8S?16?0答案:(1)勞斯陣列：

SS43?8?2?0.94718181655