自动调节基础理论.docx

自动调节基础理论.docx

《自动调节基础理论.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动调节基础理论.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

自动调节基础理论

自动调节基础理论

[填空题]

1什么叫自动调节？

参考答案：

在生产过程中，为了保持被调量恒定或在某一范围内变动，采用一套自动化装置来代替运行人员的操作，这个过程叫做自动调节。

[填空题]

2什么叫调节对象？

参考答案：

任何一个调节系统，总是有一个或几个被调量，被调量所在的生产设备的局部或全部叫做调节对象。

[填空题]

3什么叫环节？

参考答案：

代表调节对象或自动调节装置中的一个部件或一个设备，或几个设备的组合体，称之为环节。

[填空题]

4调节的任务是什么？

参考答案：

运行人员或自动调节装置通过调节机构的动作产生调节作用来抵消扰动对被调量的影响，使被调量能等于或接近于规定值的过程，就是调节要完成的任务。

[填空题]

5自动调节系统中，为什么要研究“环节”？

环节有哪些特性？

参考答案：

由于自动调节系统是由环节组成的，是通过各个环节间的信号传递和转换来实现自动调节的，因此，要研究和分析调节系统，就必须首先要研究在输入信号作用下每个环节的输出信号的变化，也就是要研究环节的输入信号和输出信号之间的关系。

环节的特性有静态特性和动态特性之分。

还有线性和非线性之分、稳定和不稳定之分。

[填空题]

6什么是环节的动态特性？

参考答案：

当调节系统工作时，系统中的各个环节都处在变动中，每个环节的输入量和输出量都随时间而变化，是时间的函数，这时输入量和输出量之间也存在着必然的关系，这个关系就是该环节的动态特性。

环节的动态特性可以用输入量和输出量的微分方程来描述。

[填空题]

7自动调节系统由哪两部分组成？

组成自动调节系统最常见的基本环节是什么？

参考答案：

自动调节系统由调节对象和自动装置两部分组成。

组成自动调节系统最常见的基本环节有一阶惯性环节、比例环节、积分环节、微分环节和迟延环节。

[填空题]

8画一个典型反馈控制系统方框图

参考答案：

[填空题]

9自动控制系统的分类有哪些？

参考答案：

（1）按控制方式分：

开环控制、反馈控制、复合控制等；

（2）按元件类型分：

机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统等；

（3）按系统功能分：

温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统等；

（4）按系统性能分：

线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统、确定性系统和不确定性系统等；

（5）按参据量变化规律分：

恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统等。

[填空题]

10为什么调节系统要把稳定性作为调节系统的首要？

参考答案：

稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件。

一个稳定的控制系统，其被控量偏离期望值的初始偏差应随时间的增长逐渐减小或趋于零。

具体来说，对于稳定的恒值控制系统，被控量因扰动而偏离期望值后，经过一个过渡过程时间，被控量应恢复到原来的期望值状态；对于稳定的随动系统，被控量应能始终跟踪参据量的变化。

反之，不稳定的控制系统，其被控量偏离期望值的初始偏差将随时间的增长而发散，因此，不稳定的控制系统无法实现预定的控制任务。

[填空题]

11什么是无自动平衡能力的对象？

参考答案：

在阶跃扰动作用下，其输出将无止境地变化而不能进入新的稳定的对象，就是无自平衡能力的对象。

[填空题]

12传递函数具有哪些性质？

参考答案：

传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，具有复变函数的所有性质。

（2）传递函数是一种用系统参数表示输出量与输入量之间关系的表达式，它只取决于系统或元件的结构和参数，而与输入量的形式无关，也不反映系统内部的任何信息。

因此，可以用方块图来表示线系统。

（3）传递函数与微分方程有相通性。

传递函数分子多项式系数及分母多项式系数，分别与相应微分方程的右端及左端微分运算符多项式系数相对应。

（4）传递函数G（S）的拉氏反变换是脉冲响应G（t）。

[填空题]

13什么是积分环节？

积分调节器有什么特点？

参考答案：

积分环节的输出量是由其输入量随时间的积累而得到的，具有这种动态特性的环节称为积分环节。

积分调节器可以消除被调量的稳态偏差，实现无差调节。

积分作用不可考虑被调量变化的大小和方向，只要偏差一样，就以同样大小的速度去动作执行机构，这就使系统产生了过调现象。

[填空题]

14为什么在实际使用中不单独使用积分调节器？

参考答案：

因为采用积分调节器的调节系统，其过渡过程进行的相当缓慢，而且被调量的波动幅度较大，因此，一般不单独使用积分调节器，而且只是把它作为一种辅助的调节器来使用。

[填空题]

15写出PI调节器的传递函数，并画出实现PI调节规律的电原理图

参考答案：

PI调节器的传递函数为：

WPI（S）=1/S（1+1/TiS）

[填空题]

16为什么要整定调节器的参数？

什么叫调节器的参数整定？

参考答案：

因为不同的调节对象对调节器的特性要求不同，改变调节器整定参数的大小，就可以改变调节器的特性，使其与调节对象能更好地配合而取得最佳的调节效果。

通过改变整定参数的大小，使调节器与对象配合好的过程，叫做调节器的参数整定。

[填空题]

17试说明PD调节器的特点？

为什么PD调节系统的抗干扰能力较差？

参考答案：

PD调节器的调节效果较好，被调量的动态偏差较小，稳态偏差也不大，调节过程结束快。

但PD调节器有时也受到限制，主要是不允许被调量的信号含有干扰成分。

因为微分作用对干扰的反应很灵敏，容易造成调节机构的误动，因此PD调节系统的抗干扰能力差，它适用于迟延较大的温度调节系统。

[填空题]

18为什么实际的PID调节规律中包含有一个惯性环节？

参考答案：

这是因为在实际的调节系统中，往往存在着高频干扰信号，惯性作用可以对高频信号起阻尼作用，而对惯性较大的对象具有微分调节作用。

[填空题]

19防止积分饱和的方法有哪几种？

参考答案：

防止积分饱和的方法有下列几种：

（1）在调节器后装设上限限幅器，这种方法的优点是可以同时得到越限报警信号，不影响调节器的恒流性能；缺点是未能克服调节器滞后现象，设备也较多。

（2）对于组装仪表或DDZ-Ⅲ型仪表，选用带输出限幅/积分限制的调节器，可得到输出限幅和积分限制两种结果。

（3）选用带上限限幅的调节器，这种方式的优点是设备简化，并能克服调节滞后现象；缺点是调节器的恒流性能变坏，并且无越限报警信号。

[填空题]

20分析P、I、D调节规律的各自特点。

参考答案：

微分作用可以减少过渡过程的最大偏差和调节过程时间。

积分作用能够消除稳态偏差，但它使过渡过程的最大偏差及调节过程时间增大，如果系统的迟延大，积分作用将会引起震荡。

比例作用的特点是动作快，输出毫无迟延地反映出输入的变化。

是各种调节中最基本的调节作用。

缺点是调节过程结束后被调量有稳态偏差。

[填空题]

21说出用经验试凑法整定调节器参数的方法。

参考答案：

先把调节器的参数由经验定在某一数值上，然后将调节器投入系统工作，施加一定的扰动（如改变给定值），观察过渡过程曲线的形状。

若形状不令人满意，则按一定的程序试凑参数值，直至调节质量合格为止。

更多内容请访问《睦霖题库》微信公众号

[填空题]

22说出用稳定边界法整定调节器参数的具体办法。

参考答案：

用稳定边界法整定调节器参数，是先求临近比例带和周期，再由此定出调节器的整定参数。

具体办法是：

首先引入纯比例调节作用，为此将Ti放在最大，Td为0，从比较大的δ开始，逐步减少δ，观察过渡过程曲线的形状，减小比例带会使调节系统的稳定性越来越差，表现在被调量的波动幅度衰减的越来越慢，最后当比例带减少到一个临界值δk时，被调量等幅波动，记下这时的波动周期T1及临界比例带δk的数值，再按一定的公式计算出调节器的整定参数。

[填空题]

23什么是根轨迹？

参考答案：

根轨迹简称根迹，它是开环系统某一参数从零变到无穷时，闭环系统特征方程式的根在S平面上变化的轨迹。

[填空题]

24闭环系统零、极点位置对时间响应性能指标的影响有哪些？

参考答案：

（1）稳定性：

如果闭环极点全部位于S左半平面，则系统一定时是稳定的，即稳定性只与闭环极点位置有关，而与闭环零点位置无关。

（2）运动形式：

如果闭环系统无零点，且闭环极点均为实数极点，则时间响应一定是单调的；如果闭环极点均为复数极点，则时间响应一般是振荡的。

（3）超调量：

超调量主要取决于闭环复数主导极点的衰减率σ1/ωd=ξ/（1—ξ2）1/2，并与其它闭环零、极点接近坐标原点的程度有关。

（4）调节时间：

调节时间主要取决于最靠近虚轴的闭环复数极点的实部绝对值σ1=ξωn；如果实数极点距虚轴最近，并且它附近没有实数零点，则调节时间主要取决于该实数极点的模值。

（5）实数零、极点影响：

零点减少阻尼，使峰值时间提前，超调量增大；极点增大阻尼，使峰值时间迟后，超调量减小。

[填空题]

25典型环节必须具备的条件是什么？

参考答案：

具有单向传递信号的性质，有代表性的动态特性，可以用一阶或二阶的微分方程来描述的环节

[填空题]

26频率稳定判据具有哪些特点？

参考答案：

（1）应用开环频率特性曲线判断闭环稳定性。

开环频率特性曲线可以按开环频率特性绘制，也可以部分或全部由实验方法绘制。

当系统的开环传递函数表达式不知道时，就无法用劳斯判据或根轨迹法判断闭环稳定性，这时应用频率稳定判据就很方便。

（2）便于研究系统参数和结构改变对稳定性的影响。

（3）很容易研究包含延迟环节的稳定性。

（4）奈氏判据稍加推广还可用来分析某些非线性系统的稳定性。

[填空题]

27串联迟后校正与串联超前校正在完成系统校正有什么不同？

参考答案：

（1）超前校正是利用超前网络的相角超前特性，而迟后校正则是利用迟后网络的高频幅值衰减特性。

（2）为了满足严格的稳态性能要求，当采用无源校正网络时，超前校正要求一定的附加增益，而迟后校正一般不需要附加增益；

（3）对于同一系统，采用超前校正的系统带宽大于迟后校正的带宽。

从提高系统的响应角度来看，希望系统的带宽越大越好；与此同时，带宽越大则系统越容易受噪声干扰的影响，因此如果系统输入端噪声水平较高，一般不宜选用超前校正。

[填空题]

28如何求典型形式的对数幅频特性？

参考答案：

（1）根据对系统型别及稳态误差要求，通过性能指标中υ及开环增益K，绘制期望特性的低频段。

（2）根据对系统响应速度及阻尼程度要求，通过截止频率ωc、相角裕度γ、中频区宽度H、中频区特性上下限交接频率ω2与ω3，绘制期望特性的中频段，并取中频区特性的斜率为—20dB/dec，以确保系统具有足够的相角裕度。

（3）绘制期望特性的低、中频段之间的衔接频段，其斜率一般与前、后频段相差—20dB/dec，否则对期望特性的性能有较大影响。

（4）根据对系统幅值浴度h（dB.及抑制高频噪声的要求，绘制期望特性的高频段。

（5）绘制期望特性的低、中频段之间的衔接频段，其斜率一般取—40dB/dec。

[填空题]

29非线性系统的特征有哪些？

参考答案：

（1）稳定性：

非线性系统的稳定性不仅与系统的结构和参数有关，而且与运动的初始条件、输入信号有关系。

（2）时间响应：

非线性系统的时间响应与输入信号的大小和初始条件有关。

（3）自激振荡：

非线性系统在没有外界周期变化信号的作用下，系统中就能产生具有固定振幅和频率的稳定周期运动，其振幅和频率是由系统本身的特性所决定。

（4）对正弦输入信号的响应：

非线性系统的正弦响应是多值响应。

（5）非线性系统的畸变现象：

非线性系统在正弦输入信号作用下的稳态输出不是正弦信号，而是包含有倍频和分频等各种谐波分量，使波形发生非线性畸变。

[填空题]

30在实际运行中，影响主蒸汽温度的因素主要有哪些？

趋势如何？

参考答案：

实际运行中，主蒸汽温度主要受负荷、给水温度、过剩空气量、烟气再循环量及火焰中心位置等因素的影响。

主蒸汽温度随负荷的增加而增加，随给水温度的降低而升高，随过热空气系数的增加而增加，随烟气再循环量的增加而增加，随火焰中心位置的上移而增加。

[填空题]

31试述用动态参数法整定调节器参数的具体步骤。

参考答案：

先做调节对象的飞升特性试验，按飞升曲线定出几个能代表调节对象特性的参数，即放大系数K、时间常数T，及迟延τ或自平衡率ρ，飞升速度ε。

然后根据这些参数来计算调节器的设置参数。

[填空题]

32什么是无扰切换？

参考答案：

调节系统从“自动”状态进入“手动”状态时，执行机构应保持在原来的位置，手动操作应在自动调节时执行机构原有的位置基础上去进行。

反之，当调节系统从“手动”转入“自动”时，执行结构应在原来的位置上接受调节器的指挥，然后按被调量的偏差，变化的情况进行调节，符合上述情况的切换即为无扰切换。

[填空题]

33汽动执行器有哪些特点？

参考答案：

汽动执行器以压缩空气为能源，具有结构简单，动作可靠、平稳，输出推力大，维修方便，防火、防爆且价格低廉等优点。

另外，如果能正确地选用调节阀的流量特性，还能对自动调节系统的动态特性起补偿作用。

[填空题]

34汽动执行机构有哪些测试项目？

参考答案：

汽动执行机构的全性能测试项目有始点偏差、终点偏差、全行程偏差、非线性偏差、正反行程变差、灵敏度、薄膜汽室或气缸的气密性、调节阀密封性、阀座密封性、阀座关闭时的允许泄漏量、流通能力及流量特性。

[填空题]

35什么叫调节阀的通流能力？

它与哪些因素有关？

参考答案：

在规定条件下，调节阀门全开时，单位时间内通过的流体体积或质量，称为调节阀的通流能力。

通流能力与流体的种类、温度、粘度、重度、阀门前后的差压以及阀的结构等因素有关。

[填空题]

36什么是调节阀的可调范围？

理想可调范围和实际可调范围为什么不一致？

实际可调范围如何计算？

参考答案：

调节阀的可调范围是指在阀门全开时，通过阀门的最大流量qmax与阀门关闭时通过阀的最小流量qmin的比值，即可调范围为R=qmax/qmin

理想可调范围和实际可调范围是不一致的，这是因为配管状态对可调范围R的影响，理想的可调范围是：

当S=1时，R=qmax/qmin

由于在选择调节阀口径时要考虑一定的安全裕度，最小开度到最大开度并不是由全关到全开，而只是其中一段范围，通常为10%--90%，从而使实际可调范围小于设计值。

我国生产的调节阀，其可调范围设计值为30，实际上只能达到10左右。

[填空题]

37怎样选择调节阀？

参考答案：

选择调节阀要按配管的情况和阀的工作特性选择阀的结构特性，以达到调节回路的总放大系数在调节系统的整个可调范围内保持不变，即使调节对象和调节阀的特性互相补偿使用使总的特性为一近似的线性。

[填空题]

38选择调节阀的结构形式时要注意些什么问题？

参考答案：

选择调节结构形式要注意以下问题：

（1）调节阀与气动薄膜执行机构配套使用时，执行器分气开式和气关式两种。

一般根据生产上的安全要求选择。

如果供气系统发生故障时，调节阀处于全开位置造成的危害较小，则选用气关式，反之选用气开式。

（2）双导向阀心的调节阀有正装和反装两种方式。

所谓正装就是阀体直立，阀心向下移动，流通截面减小；反装式与此相反。

单导向阀心的调节阀只有正装一种方式。

[填空题]

39调节阀如何选择口径大小？

参考答案：

调节阀口径的选择，首先根据生产过程需要的流量Q和调节阀前后压差ΔP计算出调节阀的公称流通能力C。

然后从产品系列中选择相应口径的调节阀。

所谓公称流通能力C就是当调节阀全开，阀前后压差为0.1Mpa，流体密度为1g/cm3时，每小时流过调节阀的流量，以m3/h或t/h计。

[填空题]

40调节阀的流量特性可按怎样的步骤选择？

参考答案：

调节阀流量特性可按下列步骤选择：

（1）分析系统对调节阀工作流量特性的要求。

确定调节阀工作流量特性时，一般要考虑系统的如下要求：

①对调节系统起补偿作用。

调节系统由变送器、调节器、执行机构、调节阀和对象等环节组成。

为了使调节系统在整个操作范围内，即在不同负荷下保持较好的调节质量，要求系统总的放大系数保持不变，选择合适的调节阀工作流量特性，可以达到补偿系统非线性的作用。

②从适应负荷波动出发。

对于一般的调节系统，希望在小负荷时调节阀放大系数小一些，以避免过调和产生振荡，而在大负荷时则要求放大一些，所以对于负荷波动较大的系统宜使调节阀具有等百分比的工作流量特性。

（2）确定理想流量特性，选择调节阀。

具有一定的理想流量特性和调节阀在实际系统中工作时会有不同的工作流量特性，它跟调节阀全开时前后压差与系统总阻力之比值S有关。

S=1的情况下，工作流量特性等于理想流量特性。

S值愈小，二者之间的差异就愈大，设计时可根据S值和系统对工作流量特性的要求下选择具有某种理想特性的调节阀。

一般情况下，可选择理想流量特性为直线或等百分比等特性的调节阀。

[填空题]

41调节阀按理想流量特性可以分为哪几种？

参考答案：

目前生产的调节阀，按理想流量特性分为四种：

（1）直线流量特性，调节阀流量与开度成线性关系。

（2）等百分比（对数）流量对数特性，调节阀单位行程的变化引起的流量变化与此点的流量成正比关系。

（3）快开流量特性，这种流量特性是在小开度时流量已很大，开度增大时流量很快达到最大。

（4）抛物线流量特性，调节阀单位行程的变化所引起的流量变化与此点的流量平方成正比关系。

[填空题]

42什么是调节阀的流量特性？

理想流量特性和结构特性有什么关系？

参考答案：

调节阀的流量特性是通过调节阀的相对流量与其相对开度之间的关系，如直线特性、等百分比特性和抛物线特性等。

理想流量特性是指阀前后压差不变情况下，相对开度与相对流量的关系；结构特性是指阀的相对开度和相对通流截面关系。

因此，理想流量特性就是结构特性。

然而，由于阀门在管道系统中受配管状态的s（管道截面）影响。

从而使阀门流量特性与结构特性有各种不同的差异。

因此，在工作特性确定条件下按配管状态选择阀的结构特性，以达到阀门在各开度下，通流能力与阀心和阀座间通流截面成线性关系时，调节阀的理想流量特性与阀门的结构特性才能一致。

[填空题]

43气动执行机构在安装上有哪些要求？

参考答案：

气动执行机构应安装在便于调整、检查和拆卸的地方。

在保证安全生产的同时也应考虑节约投资、整齐美观。

安装时应注意下列一些原则：

（1）调节阀最好垂直安装在水平管道上，在特殊情况下需要水平或倾斜安装时，除小口径调节阀例外一般要加支撑。

（2）选择调节阀安装位置时，应争取其前后有不小于10D（D为管道直径）的直管段以免阀的工作特性畸变太大。

（3）调节阀尽量安装在靠近地面或楼板的地方，但在其上方应该留有足够的间隙以便维护检修。

（4）调节阀的口径与工艺管径不同时，应采取锥形的异形管来连接，对尺寸小的调节阀要用螺纹连接。

（5）为了防止执行机构的薄膜老化，应尽量远离高温、振动、有毒及腐蚀严重的场合。

（6）液体流动的方向应与调节阀上的箭头方向相同。

（7）对于手轮机构的气动阀调节和虽有手轮机构但于重要的调节系统的场合，必须采取旁路，并装有切断阀和旁路阀。

其目的是为了便于切换或手动操作及在不停机的情况下能检修气动调节阀。

[填空题]

44选择执行机构时一般应考虑哪些因素？

参考答案：

选择执行机构时一般应考虑下列因素：

（1）执行机构的输出动作规律。

执行机构的输出动作规律大致分比例、积分和双位三种。

比例动作的执行机构在稳态时的输出与输入信号成比例，通常按闭环系统来构成，定位精确度、线性度、移动速度等性能均比较高，因此目前得到广泛的应用。

积分作用的执行机构当有输入信号时，输出按一定速度增减。

当输入信号小于限值时，输出变化速度为零。

两位式执行机构当有输入信号时全开，无输入信号时全关。

（2）执行机构输出动作和行程。

执行机构的输出动作方式分直行程和角行程两种。

行程也各有不同，应根据调节阀的形式选择。

一般对于提升式调节阀选用直行程，对于回转式选用角行程。

（3）执行机构的静态特性和动态特性。

比例动作的执行机构由下列品质指标来定义静态特性和动态特性：

灵敏度、纯滞后时间、过调量、调节时间、静差、非线性偏差、正反行程变差。

[填空题]

45目前火电厂使用的调节机构按能源分有哪几类？

参考答案：

目前火电厂使用的调节机构按能源分有：

汽动执行机构、液动执行机构、电动执行机构、混合式执行机构。

[填空题]

46自动控制系统现场投运的一般步骤是什么？

参考答案：

自动控制系统现场投运的一般步骤是：

（1）准备工作。

熟悉生产过程，了解被控对象的特性、控制的性能指标和要求、运行方式和操作方法。

熟悉控制方案，全面掌握系统的设计意图和原理接线图。

（2）系统线路和连接管路的检查，保证系统线路和管路连接正确，无泄漏、无松动现象。

（3）对变送器、调节器和执行机构进行检查。

对执行器主要进行检查动作方向和阀位方向一致性及反馈信号的正确性。

（4）控制系统的试投。

[填空题]

47给水全程自动调节为什么要设计两套调节系统？

它们之间进行切换的原则是什么？

参考答案：

给水全程自动调节设计两套系统主要目的是在启停过程中，当负荷低到一定程度时，蒸汽流量信号很小，测量误差很大，所以由三冲量给水调节系统改为单冲量系统。

两套系统进行切换的原则是：

当蒸汽流量信号低于某一值时，高低值监视器动作，控制继电器使之由三冲量调节系统切换到单冲量调节系统。

反之；当负荷高于某一值时，高低值监视器动作由单冲量调节系统切换到三冲量调节调节系统。

[填空题]

48试分析单回路调节系统的工作原理。

参考答案：

当调节对象系统结构比较简单，迟延和惯性都比较小时，采用单回路系统。

在调节品质能满足工艺要求的条件下，比例调节最简单。

其特点是调节过程动态偏差小，衰减率大，但静态偏差大，比例积分调节规律除具有比例调节的优点外，还可以消除静态偏差。

当调节对象的迟延和惯性较大时，采用比例、积分微分调节规律，可以使调节过程的动态偏差显著减少。

[填空题]

49说明串级调节系统的工作原理及特点，并结合主蒸汽温度调节系统画出串级调节系统的简单框图。

参考答案：

当调节对象的迟延和惯性较大时，工艺上对调节质量要求又较高，可以考虑采用串级调节系统。

串级调节系统有两个闭环回路由副调节器及对象的导前区形成的闭环为副环或内环，由主调节器及对象惰性区及副环形成的回路称为主环或外回路，工作时来自主调节器的输出作为副调节器的给定值，而由于导前区的迟延和惯性较小，适当整定副调节器可以及时消除来自导前区的内扰，保证了主环的调节质量。

[填空题]

50反馈校正具有哪些特点？

参考答案：

（1）削弱非线性特性的影响；反馈校正有降低被包围环节的非线性特性影响的功能。

（2）减小系统的时间常数；反馈校正（通常指负反馈校正）有减小被包围环节时间常数的功能，这是反馈校正的一个重要特点。

（3）降低系统对参数变化的敏感性；在控制系统中，为了减弱参数变化对系统性能的影响，除可采用鲁棒控制技术外，还可采用反馈校正的方法来降低参数变化对系统性能的影响。

（4）抑制系统噪声；在控制系统局部反馈回路中，接入不同形式的反馈校正装置，可以起到与串联校正装置同样的作用，同时可削弱噪声对系统性能的影响。

[