热工自动化_热工自动化系统

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1生产过程实现自动化，称为自动调节.2自动调节的重要依据是检测部件的检测准确性 先决条件是稳定性要求,核心是调节部件 3 用方框表示系统中的各个元部件（硬件）； • 用箭头表示系统中有关的物理量（信号）； • 用进入方框的箭头表示各元部件的输入量； • 用离开方框的箭头表示各元部件的输出量。4 被调对象 即被调节的生产设备或者生产过程

被调量 即通过调节需要维持的物理量 给定值 即根据生产要求，被调量的固定数值 扰动 引起被调量变化的各种原因

调节作用量 即在调节作用下，控制被调量变化的物理量 调节机关 即在调节作用下，用来改变调节作用量的装置 一.按给定值信号的特点分类  1.恒值调节系统  2.程序调节系统  3.随机（动）调节系统 二.按调节系统的结构分类

1.闭环（反馈)调节系统2.前馈调节系统 3.复合调节系统

三.按调节系统闭环回路的数目分类

1.单回路调节系统 2.双回路调节系统 3.多回路调节系统 四.按被调量数目分类

1.单输入单输出(SISO)调节系统2.多输入多输出(MIMO)调节系统

五.按调节作用的形式分类 1.连续调节系统 2.离散调节系统 六.按系统的特性分类

1.线性调节系统 2.非线性调节系统

6自动调节系统动态试验依据何原则选取典型输入信号？ 1稳定性 2准确性 3快速性评价自动调节系统性能，常用哪些时域指标，是述其含义与实际生产要求？

(1)系统的稳定性

不稳定的系统是不能工作的，所以必须对控制系统的稳定性进行判断并且研究影响稳定性的因素。指标: 衰减率、衰减比n、衰减指数m等。(2)系统的动态特性

系统的动态特性是指系统从一个稳定状态变化到另一个稳定状态的过渡过程中输出与输入间的关系。系统的动态特性，可以通过系统的暂态响应来评价。指标: 动态偏差ym、调节(过渡)时间 ts等。(3)系统的稳态特性

系统的稳态性能就是系统进入稳定状态后所表现出的特性，主要靠系统的稳态响应来评价。

指标: 稳态误差e等。

1为什么自动调节系统的研究中，除特殊情况分析其静态特性意外，而多以分析其动态特性为主？

因为环节的静态特性总是包含在动态特性之中，只要令微分方程中输入和输出信号对时间的各阶导数都等于零就可以得到静态特征方程式

2何谓相似系统，在自动调节的研究中为什么要运用相似系统？

相似系统——能用相同形式的数学模型表示的系统, 称为相似系统.因为在实践中相似系统中一种系统可能比另一种系统更加容易研究，我们可以通过研究相似的电气系统代替其他物理系统的研究。3 调节系统数学模型的阶次和各项系数由何因素决定？由环节内部的结构和物理参数决定的。4一个易知的实际系统，是否具有唯一的数学模型？一个动态系统可以具有多个可以相互转换的数学模型 5调节系统数学模型中的各变量代表的是各物理量的实际值嘛？ 不是，各变量是物理量的在微分方程中的体现，并不等于实际值。

6在调节系统中，有些原件和设备的动态方程不是线性微分方程，为了简化调节系统分析，通常将这种非线性关系用“小偏差法”取为线性，即近似线性化。其条件是输入输出变量围绕平衡点做小范围变化时才能采用。7 试述调节系统分析中，拉式变换和拉式反变换的基本方法？ 查拉普拉斯表和拉式变换法 拉普拉斯表和部分展开式法 8何谓传递函数，传递函数三要素是什么？

线性定常系统在零初始条件下，输入信号与输出信号的拉普拉斯变换之比。1线性定常系统 2 零初始条件3 输出与输入的拉氏变换之比

9传递函数反应了系统的什么？（固有特性）和输入信号无关，不能表达系统结构。10如何求取系统的传递函数？

1.确定的系统的输入与输出2.列写原始微分方程:

3.在零初始条件下, 进行Laplace变换: 4.消除中间变量并整理: 11何为系统响应？输入信号为某函数时，输入信号的动态变化。12 组成调节系统的典型环节有哪些？各自的特性如何？有何特点？

1.比例环节: 特点: 输出量无延迟、无惯性、不失真、按比例复现输入量的变化规律。2.惯性环节: 特点：环节内存在一个储能元件或耗能元件, 在阶跃输入下, 输出不能立即达到稳态值，需经历一个渐变过程。3.微分环节: 特点: 反映输入的变化趋势;增加系统的阻尼;强化噪声.一般不能单独存在;

4.积分环节特点: 具有累加特性;具有滞后作用;具有记忆功能.5.振荡环节(对应二阶微分方程):

(1).当0≤

15函数方框图的等效变换的原则，步骤，关键点是什么？ 原则：（1）变换前后，前向通路中传递函数的乘积应保持不变；（2）变换前后，闭合回路中传递函数的乘积应保持不变。

步骤：（1）等效移动分支点或相加点；（2）两相邻的分支点（或相加点）交换；（3）进行方框运算，合并串/并/反馈连接的方框。

关键点：(1)等效变换过程并非唯一;(2)在进行结构图等效变换时, 变换前后应保持信号的等效性.十七 已知线性系统的传递函数方框图，如何表达该系统在多输入同时作用下的响应？

当多个输入同时作用于线性系统时, 应分别考虑每个输入的影响.十八 对于一个已知线性系统，若在不同的位置输入或者输出不同的信号，系统响应的稳定性相同吗？为什么？不相同，因为不同地方输入的时候，动态响应方程不一样，针对此信号的固有特性不一样。时域分析法就是根据系统的微分方程，求出当输出为某种时间函数时微分方程式的解，即调节系统的时间响应，从而进一步分析系统的稳定性及其稳态和动态品质。2 时域分析法的基本步骤：(1)建立控制系统的数学模型;(2)求解描述系统的数学模型(微分方程、状态空间表达方式等）;(3)获取系统对输入信号的响应曲线和函数，(4)确定控制系统的性质和特征。3 一阶系统K/（1+TS）的性能如何？二阶系统传递函数的标准形式为何？

5二阶系统的时间响应取决于什么？时间响应的性质由何决定？ 二阶系统的时间响应取决于阻尼比和自然频率n这两个特性参数。6 二阶系统的阻尼比与系统特征根和单位阶跃响应曲线是何关系

1、负阻尼状态(＜0)则二阶系统具有两个正实部的特征根。二阶系统不稳定 2

无阻尼状态(=0)

二阶系统具有一对共轭纯虚特征根。二阶系统边界稳定

3、欠阻尼状态(0

则二阶系统具有一对负实部的共轭复根。二阶系统稳定

4、临界阻尼状态(=1)

则二阶系统具有两个相等的负实根。二阶系统稳定

5、过阻尼状态(>1)

则二阶系统具有两个不相等的负实根。二阶系统稳定 7二阶系统时域性能指标计算式有哪些？如何应用？何谓高阶系统的“主导极点”9 如何分析高阶系统的特性

在复平面最右端，周围无闭环零点的存在，远离其他闭环极点的系统闭环极点。为主导极点

闭环主导极点对系统动态特性的影响最为突出，非闭环主导极点对应的动态响应衰减得也快、影响小、甚至可忽略。

如果忽略非闭环主导极点的作用，则高阶系统可用具有闭环主导极点的低阶系统近似描述。

一般，大于闭环主导极点离虚轴距离5倍以上的闭环极点可以忽略。11 时域分析中有哪些途径判断调节系统的稳定性？

1求解特征方程(用系统稳定的充分必要条件)直接判断系统是否稳定 2劳斯判据劳斯稳定性判据的必要和充要条件是什么？

必要条件：a n s n  a n 1 s n     a i s i    a s  a 0 该系统稳定的必要条件特征方程的所有系数是：a i  0

充要条件：当系统的特征方程各项系数a i  0，且劳斯判据第一列的所有元素都大于零时，该线性定常系统是稳定的。

13劳斯稳定性判据是否能说明系统的稳定程度，是否能对不稳定的系统提出稳定的建议吗？

但劳斯判据不能说明稳定系统的稳定程度。也不能对不稳定系统提出怎样改变系统

结构使其稳定的建议。

5哪两种系统频率特性图示方法最常用？用于何处？ 工程上最常用的频率特性表示方法有三种：

极 坐 标 图(又称: 奈魁斯特图幅相特性图)对数频率特性图(又称: 伯德图)对数幅相特性图(又称: 尼克尔斯图)。

奈奎斯特 判断思路：系统稳定的充分必要条件是所有特征根都必须落在复平面的左半平面，即落在虚轴的左侧，只要有一个根落在复平面的右半平面，系统将是不稳定的.1 何谓调节系统的“频域分析”“频率响应”“频率特性”

频域分析是一种利用频率特性分析系统动态品质的方法系统对正弦输入信号的稳态响应，称为频率响应。G(j)可用 j代换传递函数中的s而得, 是频率的函 数，称其为频率特性。2 调节系统的频率特性由哪一组参数描述？Y/X= IG(jw)I稳态输出与输入的振幅比(幅频特性) =G(jw)稳态输出与输入的相位差(相频特性)3 调节系统的频率响应与谐波（正旋）输入函数存在何关系？

(1)

线性定常系统在正弦信号输入下的稳态输出，仍是同频率的正弦量，但振幅和相位与输入信号不同。G(j

)可用 j代换传递函数中的s而得, 是频率的函数，称其为频率特性。（2知传递函数G(s), 就可知 , 从而就可确定:

Y/X= IG(jw)I稳态输出与输入的振幅比(幅频特性) =G(jw)稳态输出与输入的相位差(相频特性)由此, 完全可以根据输入信号确定系统的稳态输出。或者说, 线性定常系统对正弦输入的稳态响应是由系统的特性来决定的。4系统频率特性获取的获取的途径有哪些？ 1频率法2求解微分方程因为在设计自动调节系统必须考虑下列问题，根据生产过程的要求，确定被调节量和调节量；获取对象的动态特性，确定调节规律和调节参数；进行仿真实验；现场调试。所以必须研究热工对象和自动调节器的动态特性。2何谓调节对象的“通道”“调节通道”“扰动通道”“内扰”“外绕” 通道：输入输出之间的信号联系

调节通道：调节作用和被调量之间的信号联系 扰动：扰动作用与被调量之间的信号联系 内扰：经调节通道影响被调量的扰动 外绕：经扰动通道影响被调量的扰动调节对象的调节通道的动态特性是关注的重中之重（决定了稳定性）调节对象的扰动通道的动态特性不影响闭环稳定性，其在调节系统的闭环外，且λi随机，短暂，是一次性的作用通道。（扰动通道的动态特性仅仅影响被调量的幅值）热工调节对象的特点：不同热工对象有不同的组成结构，不同的物理性质，不同的运行过程和不同的工程参数。但从动态特性来看，均反映了热工对象内部的物质或能量是否平衡的关系。

6热工调节对象具有自平衡特性的实质是什么？

不需要外来最用只依靠对象自身来恢复平衡的现象称为对象的自平衡 具有自平衡的调节对象内部一定存在某种负反馈调节