自动调节课后习题答案

热工自动调节习题答案第一章答案1-1试列举生产过程或生活中自动调节的例子,并分别说出它们各自的被调量,调节作用量以及可能受到的各种扰动.。答：汽包锅炉给水自动调节系统被调量汽包水位H调节量W扰动蒸汽量D锅炉燃烧率过热蒸汽温度自动控制系统过热蒸汽温度减温水流量变化扰动：蒸汽流量变化烟气量变化再热蒸汽温度自动控制系统再热蒸汽出口温度烟气量扰动：受热面机会给水温度的变化燃料改变过量空气系数的变化燃烧过程自动控制气压Pt过剩空气系数a炉膛负压S1调节量：燃烧量B送风量V引风量G扰动：燃烧率负荷（汽轮机调节门开度汽轮机进气流量）以电厂锅炉运行中炉膛压力的人工控制为例，被调量是炉膛压力，调节量是引风量，各种扰动包括内扰和外扰，如炉膛负荷送风量等。在锅炉过热蒸汽温度控制系统中，被调量是过热器出口过热蒸汽温度。在锅炉负荷控制系统中，被调量是主蒸汽压力，调节量是锅炉燃料量，扰动是汽机进汽量。1-2实际生产过程中常采用哪几种类型的自动调节系统答:按给定值信号的特点分类,有:恒值调节系统,程序调节系统和随机调节系统.按调节系统的结构分类,有:反馈调节系统,前馈调节系统和前馈-反馈的复合调节系统.按调节系统闭环回路的树木分类：单回路调节系统多回路调节系统按调节作用的形式分类：连续调节系统离散调节系统按系统特性分类：线性调节系统非线性调节系统1-3为什么在自动调节系统中经常采用负反馈的形式答:自动调节系统采用反馈控制的目的是消除被凋量与给定值的偏差.所以控制作用的正确方向应该是:被调量高于给定值时也就是偏差为负时控制作用应向减小方向,当被调量低于给定值时也就是偏差为正时控制作用应向加大方向,因此:控制作用的方向与被调量的变化相反,也就是反馈作用的方向应该是负反馈.负反馈是反馈控制系统能够完成控制任务的必要条件.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.1-5如何用衰减率来判断调节过程的稳态性能答:衰减率ψ作为稳定性指标比较直观形象,在系统的调节过程曲线上能够很方便地得到它的数值.ψ=1是非周期的调节过程,ψ=0是等幅振荡的调节过程,0ψ1是衰减振荡的调节过程,ψ0是渐扩振荡的调节过程.1-6从系统方框图上看,调节系统的调节过程形态取决于什么答:取决于被调对象和调节器的特性.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.(2)给定单元:用来设定被调量的给定值,发出与测量信号同一类型的给定值信号.(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给执行器.(4)执行器:根据调节单元送来的调节指令去推动调节机构,改变调节量.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)(()(SSSSSsF(2))1(1)(2SSsF(3)23)(23SSSsF(4)1)(2)(3)(4)(2SSSsF解:(1)3/81/43/8(s)24FSSS∴24313()848ttftee(2)21(s)1SFSS∴()1cosftt(3)81(s)321FSSS∴'2()()3()8ttftttee(4)2122(s)4(2)2(1)FSSS∴22()488tttftteee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q1，输出量为h，水箱截面积为F。(b)阻容电路：输入量为u1，输出量为u2，已知电阻R和电容C1、C2。(c)阻容电路：输入量为u1，输出量为u2，已知电阻R1、R2和电容C。hq1Fq2(a)U2U1RC1C2U2U1R1CR2（b)(c)题2-2图解:(a)动态方程:121h(qq)dtF或12dhFqqdt12()()()FsHsQsQs,设初始值10200qq,则传递函数：1()1()HsQsFs(b)写出基本方程式：12RuuiR1121()CduuCidt1RCiii22duCidt消去中间变量，整理得动态方程：2112211()duduRCRCuRCudtdt传递函数：21112()1()1UsRCsUsRCsRCs静态方程：21uu(c)写出基本方程式：22uiR11RuiRCduCidt112CRuuuu消去中间变量，整理得动态方程：211222()duduRCRCuRCdtdt传递函数：22112()()1UsRCsUsRCsRCs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。2-4试求下图所示各环节对输入作用的响应，画出响应曲线。51+2.5S2(2+S)(1+s)20.5+SC(s)R(s)R(s)R(s)C(s)C(s)(a)(b)(c)r(t)=0.5*1(t)r(t)=1(t)r(t)=0.5t题2-4图解:(a)()0.5*1()()0.5/rttRss2122()()0.5(0.5)0.5CsRssssss0.5()2(1)tcte(b)()1()()1/rttRss22121()()(2)(1)(2)(1)12CsRsssssssss2()12ttctee(c)2()0.5()0.5/rttRss22512.56.256.25()()12.5(0.4)12.5CsRsssssss0.4()2.56.256.25tctte2-5试简化下图所示方框图，并求传递函数)()(sRsC。R(S)C(S)G3（S）G1（S）G2（S）H1（S）H2（S）+--(a)G1（S）H1（S）G2（S）R(S)C(S)(b)--习题2-5图解:（a）R(S)C(S)G3G1G2/(1+G2H1)H2+-R(S)C(S)G3G1G2/(1+G2H1)G1H2+-R(S)C(S)G1+G3G2/(1+G2H1+G2H2G1)R(S)C(S)(G1+G3)G2/(1+G2H1+G2H2G1)()(1()3())2()()12()1()2()2()1()CsGsGsGsRsGsHsGsHsGs(b)G1H1/(1+H1)G2R(S)C(S)-G1(1+H1)/(1+H1+G1H1)G2R(S)C(S)G1(1+H1)G2/(1+H1+G1H1)R(S)C(S)()1()(11())2()()11()1()1()CsGsHsGsRsHsGsHs2-6试简化下图所示方框图，并分别求出传递函数(a))()(11sRsC、(b))()(21sRsC、(c))()(12sRsC、(d))()(22sRsC。G2（S）G1（S）G3（S）G4（S）R1(S)R2(S)C2(S)C1(S)题2-6图-解:令2()=0Rs，则方框图简化为G2（S）G1（S）G3（S）G4（S）R1(S)C2(S)C1(S)-(a)1111234()()()1()()()()CsGsRsGsGsGsGs(c)123211234()()()()()1()()()()GsGsGsCsRsGsGsGsGs令1()=0Rs，则方框图简化为G2（S）G1（S）G3（S）G4（S）R2(S)C2(S)C1(S)-(b)341121234()()()()()1()()()()GsGsGsCsRsGsGsGsGs(d)3221234()()()1()()()()GsCsRsGsGsGsGs2-7试简化下图所示方框图，并求传递函数)()(sRsC及)()(sNsC。G1（S）G2（S）G3（S）G4（S）++--R(S)C(S)N(S)题2-7图答案:令()=0Ns，则方框图简化为G1（S）G2（S）G4（S）--R(S)C(S)G1(S)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(s))-R(S)C(S)G1(S)G2(s)/(1+G1(S)G2(s)+G1(s)G2(s)G4(s))R(S)C(S)()1()2()()11()2()1()2()4()CsGsGsRsGsGsGsGsGs令()=0Rs，则方框图简化为G1（S）G2（S）G3（S）G4（S）++--C(S)N(S)G1(s)G2(s)G3(s)/G1(s)G4(s)++--C(S)N(S)G1(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(s))G3(s)/G1(s)++-C(S)N(S)1+G3(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(s))+-C(S)N(S)G1(s)G2(s)/(1+G1(s)G2(s)G4(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)()12()3()1()2()4()()11()2()1()2()4()CsGsGsGsGsGsNsGsGsGsGsGs2-8双容水箱如下图所示，试确定输入量q1和输出量h2之间的传递函数,画出系统方框图，并求当输入量q1作单位阶跃扰动时,输出量h2(t)的响应函数。答案:11121112()()()dhAqqAsHsQsQsdt21211111()()qhQsHsRR22232223()()()dhAqqAsHsQsQsdt32322211()()qhQsHsRR消去中间变量，整理得2211122()()(1)(1)HsRQsRAsRAs当1111()()qtQss，2221212211221122211221122()11(1)(1)RARRARRRARARARAHsRAsRAsssssRARA11222121222211221122()ttRARARRARAhtReeRARARARA第三章习题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