制冷與空調(diào)裝置控制技術(shù)：習(xí)題解答

習(xí)題解答1-1什么是自動(dòng)控制？什么是人工控制？?jī)烧哂泻萎愅c(diǎn)？答：人工控制是指在人直接參與的情況下，使被調(diào)參數(shù)達(dá)到給定值或按照預(yù)先給定的規(guī)律變化的過程。

自動(dòng)控制是指在無人直接參與的情況下，使被調(diào)參數(shù)達(dá)到給定值或按照預(yù)先給定的規(guī)律變化的過程。

區(qū)別在于自動(dòng)控制用控制器代替人來完成控制。習(xí)題解答1-2一個(gè)簡(jiǎn)單自動(dòng)控制系統(tǒng)有幾個(gè)環(huán)節(jié)組成？各環(huán)節(jié)的輸入和輸出參數(shù)分別是什么？系統(tǒng)的輸入和輸出參數(shù)又是什么？答：自動(dòng)控制系統(tǒng)是由控制器，執(zhí)行器，控制對(duì)象，傳感器四部分組成。控制器的輸入?yún)?shù)為被控參數(shù)與給定值的偏差e；其輸出參數(shù)為控制信號(hào)（p）。執(zhí)行器的輸入?yún)?shù)為控制量（p）；輸出信號(hào)為驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的輸出量。習(xí)題解答控制對(duì)象的輸入?yún)?shù)為驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的輸出量（q）；其輸出參數(shù)為被控量（y）。傳感器的輸入?yún)?shù)為被控量（y）；輸出信號(hào)為負(fù)反饋量（z）。系統(tǒng)的輸入?yún)?shù)為給定量（r），輸出參數(shù)為被控量（y）習(xí)題解答1-3什么叫開環(huán)系統(tǒng)與閉環(huán)系統(tǒng)？各有什么特點(diǎn)？答：開環(huán)系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出量對(duì)控制作用沒有影響的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。（1）開環(huán)控制系統(tǒng)中信號(hào)只有從輸入到輸出一條前向通道，輸出與輸入之間不存在反饋通道。如洗衣機(jī)就是一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)的精度取決于組成系統(tǒng)的元、器件的精度和特性調(diào)整的精確度。

優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，成本低，一般不存在穩(wěn)定性問題。

缺點(diǎn)：不能克服擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響。

習(xí)題解答閉環(huán)系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出量經(jīng)變換后反饋到輸入端與輸入量進(jìn)行比較，根據(jù)偏差進(jìn)行控制，形成閉合回路，這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，也稱為反饋控制系統(tǒng)或偏差控制系統(tǒng)。

（1）閉環(huán)控制系統(tǒng)中除了有前向通道外，還存在從輸出端到輸入端的反饋通道。（2）閉環(huán)系統(tǒng)的控制精度在很大程度上由形成反饋的測(cè)量元、器件的精度決定。優(yōu)點(diǎn)：能削弱或消除外部擾動(dòng)或閉環(huán)內(nèi)主通道上各環(huán)節(jié)參數(shù)變化對(duì)輸出量的影響。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，存在穩(wěn)定性問題。

習(xí)題解答1-4什么叫正反饋？什么叫負(fù)反饋？要保證系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)采用負(fù)反饋？答：正反饋是指使系統(tǒng)原理的輸入信號(hào)增強(qiáng)的反饋信號(hào)；負(fù)饋是指使系統(tǒng)原理的輸入信號(hào)減弱的反饋信號(hào)。要保證系統(tǒng)穩(wěn)定應(yīng)采用負(fù)反饋。習(xí)題解答1-5自動(dòng)控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)可分為幾類？各有什么特點(diǎn)？答：可以分為閉環(huán)控制系統(tǒng)，開環(huán)控制系統(tǒng)和復(fù)合控制系統(tǒng)三種。閉環(huán)和開環(huán)的特點(diǎn)見1-3復(fù)合控制系統(tǒng)是將開環(huán)和閉環(huán)控制結(jié)合起來的控制系統(tǒng)。特點(diǎn)是控制精度高。習(xí)題解答1-6自動(dòng)控制按給定值的形式不同，可分為哪幾類，各有什么特點(diǎn)？答：p111-12比例，積分，微分控制器的特性分別是什么？放大系數(shù)，積分時(shí)間，微分時(shí)間對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響如何？答：比例控制特性：反應(yīng)快，控制及時(shí)，但是存在余差。積分控制特性：積分控制作用輸出信號(hào)的大小不僅取決于偏差信號(hào)的大小，而且主要取決于偏差存在的時(shí)間長(zhǎng)短；積分控制器輸出的變化速度與偏差成正比；積分控制作用在最后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，偏差等于零。微分控制特性：

微分控制器的輸出信號(hào)與偏差的大小無關(guān)，只與偏差的變化速度有關(guān)，只要被調(diào)參數(shù)的導(dǎo)數(shù)等于零，控制作用消失。習(xí)題解答放大系數(shù)（比例系數(shù)）對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響：在相同的輸入信號(hào)e下，放大系數(shù)Kp值越大，輸出信號(hào)p就越大，控制器的調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)；Kp值越小，控制調(diào)節(jié)作用越弱。積分時(shí)間對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響：積分時(shí)間T1越大，積分響應(yīng)速度越慢，積分作用越弱，反之，積分時(shí)間T1越小，積分響應(yīng)速度越快，積分作用越強(qiáng)。微分時(shí)間對(duì)調(diào)節(jié)過程的影響：微分時(shí)間Td過大，微分作用越強(qiáng)，會(huì)引起被控參數(shù)大幅度波動(dòng)；Td過小，微分作用越弱，超前調(diào)節(jié)作用不夠顯著，對(duì)改善調(diào)節(jié)質(zhì)量的作用不大。習(xí)題解答1-13，為什么單純的比例控制不能消除靜態(tài)偏差？為什么積分作用可以消除偏差？答：1，根據(jù)比例控制系統(tǒng)的控制規(guī)律，

，可以看出只要有偏差，其輸出立即按比例變化。如果被控參數(shù)受干擾作用而偏離給定值后，被控參數(shù)不可能再恢復(fù)到給定值，因此不能消除靜態(tài)偏差；2，由于積分控制的控制規(guī)律為

，只要偏差e存在，積分控制器的輸出就會(huì)隨著時(shí)間不斷變化，直到靜態(tài)偏差消除，控制器的輸出才穩(wěn)定不變。習(xí)題解答1-14,什么是對(duì)象的自平衡？具有自平衡性質(zhì)的對(duì)象對(duì)控制有何好處？

答：當(dāng)控制系統(tǒng)受到干擾，平衡遭破壞時(shí)，控制對(duì)象能夠不借助控制裝置的作用而只依靠本身的變化，使系統(tǒng)重新達(dá)到平衡，被調(diào)參數(shù)趨向一個(gè)新的穩(wěn)定值?？刂茖?duì)象的這種性能叫控制對(duì)象的自平衡。具有自平衡能力的控制對(duì)象，在幅值不大的干擾或控制作用下，其輸出能夠重新穩(wěn)定，而無自平衡能力的控制對(duì)象則無法穩(wěn)定下來。習(xí)題解答1-15什么是控制對(duì)象的特性？描述對(duì)象的參數(shù)有哪些？分別有何意義？答：是指對(duì)象收到干擾作用或調(diào)節(jié)作用后，被控參數(shù)是如何變化的，變化的快慢及最終變化的數(shù)值。特性通常采用響應(yīng)曲線來描述，包括三個(gè)參數(shù)，放大系數(shù)K1，時(shí)間常數(shù)T1和延遲時(shí)間t11放大系數(shù)K1，放大系數(shù)K1越大，自平衡能力越弱，抗干擾能力越差。2.時(shí)間常數(shù)T1，表示對(duì)象收到干擾后從一個(gè)穩(wěn)態(tài)到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)過渡過程的快慢。T1大，被控參數(shù)變化慢，系統(tǒng)平穩(wěn)，對(duì)象時(shí)間T1小，則被控參數(shù)變化快，但容易引起震蕩。習(xí)題解答3.延遲時(shí)間t1，延遲時(shí)間的存在將使超調(diào)量增大，穩(wěn)定性下降，控制時(shí)間加長(zhǎng)，控制質(zhì)量變化。習(xí)題解答1-16.如習(xí)題圖1-16為溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)在單位階躍干擾下的過度過程曲線，試求出控制過程的性能指標(biāo)？答：控制過程的性能指標(biāo)即質(zhì)量指標(biāo)，包括衰減比n與衰減率，最大超調(diào)量B，靜態(tài)偏差C，最大偏差A(yù)，振蕩周期Tp和控制過程時(shí)間ts。圖中可以看出給定值y（0）=0，穩(wěn)態(tài)值y（∞）=0.24，第一個(gè)波峰值為B=0.59-0.24=0.35，第二個(gè)波峰B’=0.28-0.24=0.04，所以最大超調(diào)量B=0.59-0.24=0.35℃；衰減比n=B/B’=0.35/0.04=8.75;衰減率ψ=B-B’/B=0.35-0.04/0.36=0.24;靜態(tài)偏差C=0.24℃；最大偏差A(yù)=0.59℃；振蕩周期Tp=8-1.6=6.4s；控