熱工過程自動調(diào)節(jié)-課后習題答案-1到6章

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上1-4 前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)和反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)有哪些本質(zhì)上的區(qū)別？答：反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)是依據(jù)于偏差進行調(diào)節(jié)的，由于反饋回路的存在，形成一個閉合的環(huán)路，所以也稱為閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其特點是：（1）在調(diào)節(jié)結(jié)束時，可以使被調(diào)量等于或接近于給定值；（2）當調(diào)節(jié)系統(tǒng)受到擾動作用時，必須等到被調(diào)量出現(xiàn)偏差后才開始調(diào)節(jié)，所以調(diào)節(jié)的速度相對比較緩慢。而前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)是依據(jù)于擾動進行調(diào)節(jié)的，前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)由于無閉合環(huán)路存在，亦稱為開環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其特點是：(1)由于擾動影響被調(diào)量的同時，調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用已產(chǎn)生，所以調(diào)節(jié)速度相對比較快；(2)由于沒有被調(diào)量的反饋，所以調(diào)節(jié)結(jié)束時不能保證被調(diào)量等于給定值。1-7 基

2、本的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)除被調(diào)對象外還有哪幾個主要部件？它們各自的職能是什么？答：組成自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)所需的設備主要包括：（1）測量單元：用來測量被調(diào)量，并把被調(diào)量轉(zhuǎn)換為與之成比例（或其他固定函數(shù)關(guān)系）的某種便于傳輸和綜合的信號。（2）給定單元：用來設定被調(diào)量的給定值，發(fā)出與測量信號同一類型的給定值信號。（3）調(diào)節(jié)單元：接受被調(diào)量信號和給定值信號比較后的偏差信號，發(fā)出一定規(guī)律的調(diào)節(jié)指令給執(zhí)行器。（4）執(zhí)行單元：根據(jù)調(diào)節(jié)單元送來的調(diào)節(jié)指令去推動調(diào)節(jié)機構(gòu)，改變調(diào)節(jié)量。or28 答案第三章3-1 什么是有自平衡能力對象和無自平衡能力對象？ 答案: 所謂有自平衡能力對象，就是指對象在階躍擾動作用下，不需要經(jīng)過外加

3、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)。所謂無自平衡能力對象，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己穩(wěn)定在一個新的平衡狀態(tài)。 3-2 試分析P、PI、PID規(guī)律對系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響？答案：P調(diào)節(jié)器，有一個相對較大的超調(diào)量，有較長的調(diào)節(jié)時間，存在靜態(tài)誤差。PI調(diào)節(jié)器，綜合了P調(diào)節(jié)器和I調(diào)節(jié)器兩者的性質(zhì)。它的超調(diào)量及調(diào)節(jié)時間與P調(diào)節(jié)器差不多，但沒有靜態(tài)誤差。PID調(diào)節(jié)器兼有比例、積分和微分作用的特點，只要三個調(diào)節(jié)作用配合得當就可以得到比較好的調(diào)節(jié)效果，它具有比PD調(diào)節(jié)還要小的超調(diào)量，積分作用消除了靜態(tài)誤差，但由于積分作用的引入，

4、調(diào)節(jié)時間比PD調(diào)節(jié)器要長。 3-3 在相同衰減率的前提下，為什么采用PI規(guī)律的比例帶要采用P規(guī)律時選擇得大一些？答案：PI調(diào)節(jié)器兼有比例調(diào)節(jié)作用和積分調(diào)節(jié)作用的特點，由于積分調(diào)節(jié)作用是隨時間而逐漸增強的，與比例調(diào)節(jié)作用相比較過于遲緩，在改善靜態(tài)品質(zhì)的同時卻惡化了動態(tài)品質(zhì)，使過渡過程的振蕩加劇，甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。為保證相同衰減率，要通過增大比例帶 值來削弱振蕩傾向。 3-4 怎樣判別調(diào)節(jié)對象被控制的難易程度？答案：不論調(diào)節(jié)對象有無自平衡能力，都可統(tǒng)一用、三個特征參數(shù)來表示對象的動態(tài)特性。調(diào)節(jié)對象慣性越大、遲延越大越難被控制 3-6 為何積分調(diào)節(jié)器稱為無差調(diào)節(jié)器？ 答案：具有積分作用的調(diào)節(jié)器，只

5、要對象的被調(diào)量不等于給定值，執(zhí)行器就會不停地動作，只有當偏差等于零時，調(diào)節(jié)過程才結(jié)束；調(diào)節(jié)過程結(jié)束，則必然沒有偏差，這是積分作用的特點。因此，積分作用調(diào)節(jié)器也稱為無差調(diào)節(jié)器。第四章習題4-1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖4-13所示，試分別求當K=10和K=20時，系統(tǒng)的阻尼比 z、無阻尼自然振蕩頻率wn、單位階躍響應的超調(diào)量Mp、峰值時間tp、衰減率y、調(diào)節(jié)時間ts和穩(wěn)態(tài)誤差e(¥)，并討論K的大小對過渡過程性能指標的影響。解:系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 二階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的通用形式為 二式比較，可得, K=1 K=10時， 由此可以求得：阻尼振蕩頻率峰值時間 超調(diào)量 衰減率 調(diào)節(jié)時間 采用2%的誤差帶

6、： 采用5%的誤差帶 ： 穩(wěn)態(tài)誤差 K=20時， 阻尼振蕩頻率 峰值時間 超調(diào)量 衰減率 調(diào)節(jié)時間 采用2%的誤差帶 ： 采用5%的誤差帶 ： 穩(wěn)態(tài)誤差 4-2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖4-14所示，試分別求出當系統(tǒng)的瞬態(tài)響應為y=0.75和y=0.9時的 d 值。解：由系統(tǒng)方框圖可寫出閉環(huán)特征方程式：整理得：考慮到二階系統(tǒng)的標準形式為：可見： , 當取=0.75時，阻尼比=0.216，據(jù)此可求得： 當取=0.9時，阻尼比=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)確定下列特征方程式的系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果不穩(wěn)定，指出在S右半平面根的個數(shù)。（1） (2) （3） (4)答案: (1) 勞斯陣

7、列： 第一列元素全為正，所以系統(tǒng)穩(wěn)定。 (2) 勞斯陣列： 第一列元素符號改變兩次，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定，有2個根在S右半平面。 (3)勞斯陣列： 第一列元素符號改變兩次，所以系統(tǒng)不穩(wěn)定，有2個根在S右半平面。 (4) 勞斯陣列： 第一列元素全為正，所以系統(tǒng)穩(wěn)定。4-4 已知系統(tǒng)特征方程式如下，試求系統(tǒng)在S右半平面的根數(shù)。（1）（2）（3）答案: (1) 勞斯陣列： 由于出現(xiàn)全零行，故用行系數(shù)構(gòu)成輔助多項式。 第一列元素全為正，說明特征方程式?jīng)]有正根，而由輔助方程式， =0 S=j2和S=-j2這就是系統(tǒng)特征方程式的兩對虛根，因此系統(tǒng)邊界穩(wěn)定。 (2) 勞斯陣列： 由于出現(xiàn)全零行，故用行系數(shù)構(gòu)成輔助

8、多項式 第一列元素全為正，說明特征方程式?jīng)]有正根，而由輔助方程式 0 S=j 和S=-j 這就是系統(tǒng)特征方程式的兩對虛根，因此系統(tǒng)邊界穩(wěn)定。4-5 調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖所示,G1(s)=K,G2(s)=1/s(0.1s+1)(0.2s+1) 習題4-5圖（1） 確定系統(tǒng)穩(wěn)定時的K值范圍；（2） 如果要求閉環(huán)系統(tǒng)的根全部位于垂線之左，K值范圍應取多大？答案: (1)系統(tǒng)特征方程 ，即 勞斯陣列： 系統(tǒng)穩(wěn)定，則需第一列元素全為正，所以。 (2) 用代入特征方程中，可得要求閉環(huán)系統(tǒng)的根全部位于垂線之左，則，即 。4-6 已知單位負反饋系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為 試確定系統(tǒng)穩(wěn)定時的K值范圍。 答案: (1)系統(tǒng)特征

9、方程 0即；+0 系統(tǒng)穩(wěn)定，則需第一列元素全為正， 0 0即 第五章習題5-1 求輸入信號為的單位反饋系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸出，已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：解：閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： G(s)=10/(s+11) 頻率特性 G(jw)=10/(jw+11) 由w=1，G(j1)=10/(j1+11)= 故C（t）=0.905sin(t+)=0.905sin(t+)5-2 自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為寫出系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性的表達式。解： 幅頻特性 相頻特性5-3 已知各系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，試用奈魁斯特判斷各閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1) 2) 解：1) T1、T2為正 所以求出的開環(huán)特征根均落在S平面的左半部，開

10、環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。觀察圖知沒過（1，j0）點，則系統(tǒng)穩(wěn)定。2) T1、T2、T3均為正 所以求出的開環(huán)特征根均落在S平面的左半部，開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定。觀察圖知過（1，j0）點，則系統(tǒng)不穩(wěn)定，且有兩個正實數(shù)根。5-4 已知各系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，試圖用奈魁斯特判斷各閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1)2) 解，1）三個開環(huán)特征根均為1/6，所以開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定令 得rad/s此時得= -考慮到隨值增加，開環(huán)系統(tǒng)頻率特性的模單調(diào)減小，在模為1時，相角為-，所以曲線過（1，j0）點,系統(tǒng)邊界穩(wěn)定。2），5-5 調(diào)節(jié)系統(tǒng)如圖畫5-26所示，試確定系統(tǒng)邊界穩(wěn)定時K的數(shù)值。解：系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)為 3個開環(huán)特征根均為1/5，所以開環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)

11、定。開環(huán)系統(tǒng)頻率特性為系統(tǒng)邊界穩(wěn)定時， 解得: K 3.87第六章習題6-2 串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)和單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上有什么不同？串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般在什么情況下采用？答:串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)和單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和組成上相比多了一個測量單元、一個調(diào)節(jié)單元和一個閉合回路。測量單元測量到的物理量作為系統(tǒng)的輔助被調(diào)量，增加的一個調(diào)節(jié)單元作為系統(tǒng)的輔助調(diào)節(jié)器（稱為副調(diào)節(jié)器），增加一個較小的閉合回路作為系統(tǒng)的副回路（也稱為內(nèi)回路）。串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)任務仍然是使被調(diào)量等于給定值，系統(tǒng)中的執(zhí)行器和調(diào)節(jié)機構(gòu)都仍然只有一個。對于那些被調(diào)對象本身就很復雜，對自動調(diào)節(jié)的性能指標要求又十分嚴格的，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)已不能滿足要求，可考慮采用串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)。6-3 已知單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，被調(diào)對象的傳遞函數(shù)為當調(diào)節(jié)器分別采用P、PI、PID時，試用臨界比例帶法計算調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)（整定指標=075）。 解:設調(diào)節(jié)器只有比例作用時的傳遞函數(shù)為：此時，系統(tǒng)的特征方程式為：系統(tǒng)為邊界穩(wěn)定時，特征方程式有根在虛軸上。以代入上式，得：而：。由此得到：解得：，而。和就是調(diào)節(jié)器只用比例作用而使系統(tǒng)處于邊界穩(wěn)定時，瞬態(tài)響應的振蕩周期和比例帶值。（1）調(diào)節(jié)器為比例作用時：調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)：。（2）調(diào)節(jié)器為比例積分作用時：調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)：；。（3）調(diào)節(jié)器為比例-積分-微分作用時：調(diào)節(jié)器的