熱工控制原理及系統(tǒng)復習題

1、華北電力大學珠海函授站2014-2015學年第一學期期末考試熱工控制原理及系統(tǒng)復習題一、單項選擇題（本大題共8小題，每小題1分，共8分。從每小題的四個備選答案中，選出一個正確答案，并將正確答案的號碼寫在題干后面的括號內(nèi)。）1. 如果系統(tǒng)中加入一個微分負反饋，將使系統(tǒng)的超調(diào)量（ ）。 A. 增加 B. 減小 C. 不變 D. 不定2. 由電子線路構(gòu)成的控制器如圖所示，（ ）是PD控制器。 A B C D 3. 欲改善系統(tǒng)動態(tài)性能，一般采用（ ）。 A. 增加附加零點 B. 增加附加極點 C. 同時增加附加零、極點 D. A、B、C均不行而用其它方法4. 設系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為G(s)=，則系統(tǒng)的阻尼

2、比為（ ）。 A. 25 B. 5 C. D. 15. 主導極點的特點是（ ）。 A. 距離實軸很遠 B. 距離實軸很近 C. 距離虛軸很遠 D. 距離虛軸很近6. 單回路控制系統(tǒng)控制通道純遲延時間增大，被控量動態(tài)偏差（ ）。 A. 一定增大 B. 一定減小 C. 不變 D. 可能增大，也可能減小7. 關(guān)于數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，下列敘述不正確的是（ ）。 A. 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中外擾是負荷變化 B. 調(diào)節(jié)系統(tǒng)中內(nèi)擾是蒸汽壓力變化 C. 給定值有轉(zhuǎn)速給定與功率給定 D. 機組啟?；蛩ω摵蓵r用功率回路控制 8. 在三沖量給水調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，校正信號是（ ）。 A. 汽包水位信號 B. 蒸汽流量信號 C. 給水流

3、量信號 D. 給水壓力信號。二、填空題（本大題共8小題，每空1分，共8分）1. 系統(tǒng)在外加作用的激勵下，其輸出隨時間變化的函數(shù)關(guān)系叫（ ）響應。2. 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是它的特征方程式的所有根均在復平面的（ ）部分。3. 開環(huán)傳遞函數(shù)的極點和零點均位于s左半平面的系統(tǒng)，稱為（ ）。4. 從0變化到+時，慣性環(huán)節(jié)的頻率特性極坐標圖在第四象限，形狀為（ ）。5. 奈氏判據(jù)是用系統(tǒng)的（ ）幅相頻率特性曲線來判斷閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。6. 當控制系統(tǒng)存在經(jīng)常變化、可以測量但不可控的（ ）時，可考慮采用前饋-反饋控制系統(tǒng)。7. 串級控制系統(tǒng)中的主回路是（ ）控制系統(tǒng)，而副回路是隨動控制系統(tǒng)。8. 根

4、據(jù)運行經(jīng)驗，汽包鍋爐在實現(xiàn)自動控制時可以組成給水自動控制系統(tǒng)，（ ）自動控制系統(tǒng)和燃燒自動控制系統(tǒng)等幾個相對獨立的控制系統(tǒng)。三、問答題(本大題共12小題，每小題5分，共60分)1. 什么是對象的自平衡能力和無自平衡能力？答：按熱工典型階躍響應曲線的變化特點劃分，熱工對象可分為有自平衡能力對象和無自平衡能力對象兩大類。 有自平衡能力對象，就是指對象在階躍擾動作用下，不需要經(jīng)過外加調(diào)節(jié)作用，對象的輸出量經(jīng)過一段時間后能自己穩(wěn)定在一個新的平衡狀態(tài)。 無自平衡能力對象，就是指對象在階躍擾動作用下，若沒有外加調(diào)節(jié)作用，對象的輸出量經(jīng)過一段時間后，不能自已穩(wěn)定在一個新的平衡狀態(tài)，而其變化速度趨近于某一數(shù)值

5、。2. 試述比例調(diào)節(jié)規(guī)律的作用。答：比例調(diào)節(jié)規(guī)律的作用是依據(jù)“偏差的大小”來動作，偏差一出現(xiàn)就能及時調(diào)節(jié)，比例調(diào)節(jié)作用的輸出與輸入偏差量的大小成比例。但調(diào)節(jié)終了會產(chǎn)生靜態(tài)偏差（簡稱靜差），不能實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。3. 試述微分調(diào)節(jié)規(guī)律的作用。答：微分調(diào)節(jié)規(guī)律的作用是根據(jù)“偏差變化速度”來進行調(diào)節(jié)，它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其效果是阻止被控變量的一切變化，有效地減小系統(tǒng)的動態(tài)偏差量，提高控制過程的穩(wěn)定性。微分作用快于比例作用，即微分作用具有超前調(diào)節(jié)的特點，因此能提前給出較大的調(diào)節(jié)作用，增加調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應速度，縮短調(diào)節(jié)過程時間。余差也減?。ǖ荒芟?。對滯后大的對象有很好的效果。但微分作用對

6、恒定不變的偏差沒有克服能力。微分作用過強，會引起執(zhí)行機構(gòu)的大幅跳動，并引起很大的超調(diào)。4. 設描述溫度計的傳遞函數(shù)為1/(Ts+1)，現(xiàn)用其測量容器中的水溫需經(jīng)過30秒才能指示出實際水溫的95%，試問溫度計的時間常數(shù)T答：系統(tǒng)是慣性環(huán)節(jié)，水溫信號相當于階躍信號。 由慣性環(huán)節(jié)階躍響應特性知道，當時其穩(wěn)態(tài)誤差為5%，所以，5. 設開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)=，試說明開環(huán)系統(tǒng)頻率特性極坐標圖的起點和終點。答：將G(s)化成時間常數(shù)表示形式：G(s)=，極坐標圖起點：(0.5，j0) 極坐標圖終點：(0，j0), =-180，|=0 6. 設系統(tǒng)的奈奎斯特圖分別如下所示，試判斷各系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并簡要說明原因

7、。（P-表示開環(huán)傳遞函數(shù)中右半S平面的極點數(shù)）答：(a) Z=P-2N=1-2(-1/2)=2 不穩(wěn)定 (b) Z=P-2N=1-2(1/2)=0 穩(wěn)定 (c) Z=P-2N=0-2(0)=0 穩(wěn)定7. 串級控制系統(tǒng)有哪些特點?主要使用在哪些場合？答：串級控制系統(tǒng)的主要特點為： (1)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，它是由兩個串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)；主、副調(diào)節(jié)器總的放大系數(shù)（主、副調(diào)節(jié)器放大系數(shù)的乘積）可整定得比單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)大，因此提高了系統(tǒng)的響應速度和抗干擾能力，也就有利于改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。 (2)由于副回路具有快速作用，對進入副回路的擾動有很強的迅速克服能力。 (3)由于副回路的存在，對進入副回

8、路的干擾有超前控制的作用，改善了對象的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率，因而減少了干擾對主變量的影響，對進入主回路的干擾也有較強的克服作用，并使系統(tǒng)余差大大減小，提高調(diào)節(jié)品質(zhì)。 (4)由于副回路的存在，當主調(diào)節(jié)器參數(shù)操作條件變化或負荷變化時，主調(diào)節(jié)器能自動改變副調(diào)節(jié)器的給定值，提高了系統(tǒng)的自適應能力。可以補償調(diào)節(jié)機構(gòu)的滯后和非線性的影響，具有魯棒性。 串級控制系統(tǒng)主要應用于：對象的滯后和時間常數(shù)很大、干擾作用強而頻繁、負荷變化大、對控制質(zhì)量要求較高的場合。 在火電廠中，常見的有水位串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)；過熱蒸汽溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)；母管制并列運行鍋爐燃燒調(diào)節(jié)中主汽壓力調(diào)節(jié)器與燃料調(diào)節(jié)器；單元機組采用汽輪機調(diào)速系

9、統(tǒng)二次油壓信號作前饋信號的汽壓串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)；采用引風機出力調(diào)節(jié)的負壓校正串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)等。8. 前饋控制主要應用在什么場合？答：前饋控制主要用于下列場合： (1)干擾幅值大而頻繁，對被控變量影響劇烈，單純反饋控制達不到要求時； (2)主要干擾是可測不可控的變量； (3)對象的控制通道滯后大，反饋控制不及時，控制質(zhì)量差時，可采用前饋一反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。9. 試述中間再熱機組為什么要采用功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)？答：中間再熱機組由于采用單元制，鍋爐的熱慣性使新汽壓力不能再保持恒定以及由于中間再熱的龐大中間容積，機組產(chǎn)生功率遲滯現(xiàn)象，使機組功率與流量的正比關(guān)系發(fā)生了變化，破壞了機構(gòu)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)正常

10、工作的前提條件，此外，隨著機組容量的增大，由于汽輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量與機組功率之間的比值減小，機組甩負荷時轉(zhuǎn)速的升高容易達到不允許的數(shù)值，因此對調(diào)速系統(tǒng)動作的快速性提出了更高的要求。功頻電液調(diào)節(jié)正是這樣一種新的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它將單沖量的頻率調(diào)節(jié)改為雙沖量的功頻調(diào)節(jié)，將電氣調(diào)節(jié)元件與液壓執(zhí)行機構(gòu)結(jié)合起來。 功頻電液調(diào)節(jié)的優(yōu)點在于：大范圍測速，靈敏度高，過渡過程品質(zhì)好，綜合信號能力強，便于集中控制，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的運行方式。 10. 直流鍋爐自動調(diào)節(jié)的特點有哪些？答：直流鍋爐由于各段受熱面之間沒有明顯的分界面，除了維持鍋爐出口蒸汽參數(shù)外，還需要維持各中間點的溫度和濕度穩(wěn)定，這是直流鍋爐不同于汽包鍋爐的特

11、殊任務。只有維持中間點溫度穩(wěn)定，才能使出口蒸汽溫度穩(wěn)定，同時有利于金屬管道的安全運行。維持中間點濕度穩(wěn)定，才能使直流鍋爐的過渡區(qū)（即蒸發(fā)段）穩(wěn)定，有利于鍋爐的安全運行。 11. 鍋爐燃燒自動調(diào)節(jié)的任務有哪些？答：鍋爐燃燒過程自動調(diào)節(jié)與燃料種類、制粉系統(tǒng)設備、燃燒設備及運行方式有密切關(guān)系。1、對大多數(shù)燃煤且有中間儲倉的母管制鍋爐，其燃燒自動調(diào)節(jié)的任務是：1）在外部負荷變化時，由主調(diào)節(jié)器指揮各臺鍋爐及時調(diào)節(jié)燃料量，共同維持母管壓力在給定值，并按預定的比例（經(jīng)濟負荷）分配各臺鍋爐的負荷。2）根據(jù)外部負荷變化（或燃料量變化），使送風量同燃料量保持恰當比例，或使煙氣含氧量為最佳值，以保證鍋爐經(jīng)濟燃燒。3

12、）在送風量變化的同時，自動調(diào)節(jié)引風量，以維持爐膛負壓在給定值，保證鍋爐安全經(jīng)濟運行。2、對大多數(shù)單元制運行鍋爐，其燃燒調(diào)節(jié)方式可能有三種：即爐跟機方式、機跟爐方式和機爐協(xié)調(diào)方式。12. 單元機組采用滑壓(Sliding Pressure)運行方式與定壓運行方式比較，其負荷控制有何不同？答：大型單元機組為提高運行效率，在較低和較高負荷時作定壓運行，在一定負荷范圍內(nèi)滑壓運行。 在主控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，滑壓與定壓運行的區(qū)別僅在于汽壓的給定值不同。后者為定值，而前者為負荷的函數(shù)。此外，滑壓運行要求穩(wěn)態(tài)時汽輪機調(diào)門保持一定開度，因此，滑壓運行時，除了應增設汽壓給定值形成回路和調(diào)門開度調(diào)節(jié)回路，以實現(xiàn)給定的滑壓運行曲線以外，定壓運行機組負荷協(xié)調(diào)控制方案的其余部分對滑壓運行機組都適用。四、作圖題（8分）1. 已知系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為：，概略畫出其幅相頻率特性曲線（極坐標圖）的大致形狀。解：，取特殊點：時，起點為正虛軸無限遠時，終點為360方向切入原點 其幅頻特性曲線為: 五、計算題（本大題共2小題，每小題8分，共16分）1. 設單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 求（1）系統(tǒng)的阻尼比和無