第六章习题
6-2 串级调节系统和单回路调节系统在系统结构上有什么不同？串级调节系统一般在什么情况下采用？ 答:串级调节系统和单回路调节系统在结构和组成上相比多了一个测量单元、一个调节单元和一个闭合回路。测量单元测量到的物理量作为系统的辅助被调量，增加的一个调节单元作为系统的辅助调节器（称为副调节器），增加一个较小的闭合回路作为系统的副回路（也称为回路）。串级调节系统的调节任务仍然是使被调量等于给定值，系统中的执行器和调节机构都仍然只有一个。对于那些被调对象本身就很复杂，对自动调节的性能指标要求又十分严格的，单回路调节系统已不能满足要求，可考虑采用串级调节系统。
6-3 已知单回路调节系统中，被调对象的传递函数为G0(s)?1?2se 2s当调节器分别采用P、PI、PID时，试用临界比例带法计算调节器的整定参数（整定指标φ=0．75）。 解:设调节器只有比例作用时的传递函数为：
GR(s)?1?
此时，系统的特征方程式为：
1?GR(s)Go(s)?1?系统为边界稳定时，特征方程式有根在虚轴上。以s?j?代入上式，得：
?2?)1?j2?1?j(????e?e2
j2?2?1?2se?0 2?s而：
????e?j?。
1?????2?由此得到：? ?????2???2解得：?u?2??0.637，而Tu?2???8。
Tu和?u就是调节器只用比例作用而使系统处于边界稳定时，瞬态响应的振荡周期和比例带值。
（1）调节器为比例作用时：GR(s)?1?
调节器的整定参数：??2?u?1.27。 （2）调节器为比例积分作用时：
GR(s)?1?(1?1) Tis调节器的整定参数：??2.2?u?1.4；Ti?（3）调节器为比例-积分-微分作用时：
Tu?6.67。 1.2GR(s)?1?(1?1?Tds) Tis调节器的整定参数为：??1.6?u?1.02；Ti?Tu?4；Td?0.25Ti?1 26-4 已知单回路调节系统中，被调对象的传递函数为G0(s)?1(T0s?1)4
当调节器分别采用P、PI、PID时，试计算出调节器的整定参数（整定指标φ=0．75）。 解:系统用比例调节器[GR(s)?边界稳定时，
1?]时的特征方程式为：1?1?0.
?(1?T0s)4?e?j??由此得出：
1?j4tg?1T0?e
(1?T02?2)2T0??tg?41?u?()2?0.25; 221?T0?Tu?2?T0?6.28T0.T0??1;（1）调节器为比例作用时，调节器的整定参数：
??2?u?0.5
（2）调节器为比例-积分作用时，调节器的整定参数：
??2.2?u?0.55; TuTi??5.23T0.1.2（3）调节器为比例-积分-微分作用时，调节器的整定参数：
??1.6?u?0.4 Ti?Tu ?3.14T0;2Td?0.25Ti?0.79T0.第七章习题
7-1 汽包锅炉给水调节系统中，被调对象为什么会出现“虚假水位”的现象？在设计调节系统时采用了什么对策？ 答：“虚假水位”现象主要是来自于蒸汽量的变化。蒸汽量Ｄ扰动时，汽包水位Ｈ的变化过程同样可以从两个角度加以分析。如果仅仅从物质平衡的角度来分析，当蒸汽量Ｄ产生一个阶跃扰动（增加），而给水量不变时，汽包水位是下降的。如果仅仅从热平衡的角度来分析，由于随着蒸汽量的增加汽包部的压力将下降，汽水混合物中的汽泡容积迅速增加，使汽包水位上升，当汽泡容积的增加与负荷相适应达到新的热平衡状态后，水位不再上升而保证不变。综合上述两种角度分析的结果，对汽包而言，在其输出流量（蒸汽量）增加，输入流量（给水量）不变的情况下，汽包水位一开始不但不下降，反而上升，这种现象称为“虚假水位”，当“虚假水位”达到极值后，水位将反方向的突然快速变化，这一点在设计自动调节系统时要特别引起重视的。显然蒸汽量是一个不可调节的量（对调节系统而言），但它是一个可测量，所以在系统中引入这些扰动信息来改善调节品质是非常必要的。调节系统引入蒸汽流量信号D作为前馈信号，当蒸汽流量D改变时，调节作用使给水流量W同方向改变（D增加时W增加；D减少时W减少），所以这个前馈信号的引入可以有效地减少或消除“虚假水位”现象产生误动作带来的影响。
7-2 三冲量给水自动调节系统中三个“冲量”的引入，分别起到什么作用？
答：调节器依据汽包水位H、给水流量W和蒸汽流量D三个信号进行调节，称为三冲量调节系统。其中，汽包水位信号H是调节系统的主信号，它和单冲量给水调节系统中的作用原理一样，汽包水位信号H上升时，调节作用使给水流量W减小，H下降时调节作用使W增加。蒸汽流量信号D是调节系统引入的前馈信号，当蒸汽流量D改变时，调节作用使给水流量W同方向改变（D增加时W增加；D减少时W减少），所以这个前馈信号的引入可以有效地减少或消除“虚假水位”现象产生误动作带来的影响。给水流量信号W作为调节系统的反馈信号，当给水流量W发生自发性扰动时调节器立即动作，使给水流量在较短时间恢复原有数值，汽包水位可基本不受其影响。由于在单冲量调节系统的基础上，增加了前馈信号D和反馈信号W，使系统更有效地控制汽包水位的变化，提高了系统的调节品质。
7-4 单级给水调节系统和串级给水调节系统在调节效果上有什么主要的区别？ 答：单级三冲量给水自动调节系统存在着一些不足之处：（1）分流系数αW的数值同时影响到、外回路的稳定性，在整定参数时、外回路相互之间并不是独立的，对整定工作带来不便。（2）前馈信号的引入能改善调节过程的调节品质，克服“虚假水位”带来不利的影响。但是为了实现无差调节，必须使αD等于αW，因此前馈信号的强弱程度受到了限制，不能更好地改善调节过程的调节品质。为了解决上述存在的问题，可采用串级三冲量给水调节系统，串级三冲量给水调节系统具有、外两个闭合回路。回路的作用也是迅速消除自发性的部扰动，在外回路中作为一个快速随动的环节。串级系统实现自动调节比单级系统更加灵活，克服静态偏差完全由主调节器实现，分流系数αD取值不必考虑静态偏差的问题，αD值可取得大一些，以利于更好地改善调节过程的调节品质。分流系数αW取值影响回路的稳定性，在外回路中，可通过主调节器的δ和Ti来整定，αW的影响并不大，从而使、外回路互不影响。
7-5 全程给水控制系统对于常规的给水调节系统而言，有哪些问题必须得到解决？通常是如何解决的？ 答：从常规的调节过渡到全程调节会遇到许多新的技术问题，主要有： （1）测量信号的准确性。测量信号准确与否是自动调节的前提，当锅炉从启动到正常运行或者从正常运行到停炉，其蒸汽参数的变化是相当大的，汽包水位、给水流量和蒸汽流量的测量准确性必然会受到严重的影响。为了实现全程调节，这个问题首先必须得到解决。解决的思路是找出受影响的原因，即：哪些物理量影响测量信号的准确性，并找出它们之间的函数关系，在设计调节系统时引入这些物理量，根据函数关系在调节系统加以校正。
（2）调节系统的结构切换。锅炉在低负荷工况下，蒸汽流量和给水流量的测量值误差很大，所以在低负荷运行时宜采用单冲量调节系统，在非低负荷工况下（一般取满负荷的25%左右为界）宜采用三冲量调节系统，所以，单冲量系统和三冲量系统的切换在全程调节系统也是必要的。解决的方法是在调节系统中增加逻辑控制功能。
（3）调节机构的切换。当机组负荷全程变化时，给水流量也大幅度变化，如果仅采用一种流通量的阀门已不能适应全程调节的要求，所以要根据不同的负荷适时地切换调换调节机构。在低负荷运行时通常采用改变调节阀门的开度改变给水流量，在高负荷运行时采用改变给水泵转速改变给水流量，因此，调节阀和变速泵之间的配合和无扰动的切换在设计系统时要加以考虑。
7-7 在单级三冲量给水控制系统和串级三冲量给水控制系统中，若失去蒸汽流量信号，各应出现什么结果？
答：在单级三冲量给水控制系统中，水位等于给定值是通过蒸汽流量信号与给水流量信号的平衡关系来维持的，若失去蒸汽流量信号，则会造成调节器输入信号不平衡，使水位存在偏差，即不能维持水位等于给定值。在串级三冲量给水控制系统中，水位等于给定值是由主回路的PI调节器来维持的，若失去蒸汽流量信号，主调节器仍可暂时维持水位等于给定值。
第八章习题
8-2 具有导前微分信号的双回路汽温调节系统，在导前微分信号中断时，系统能否正常工作？
答：由汽温被调对象的动态特性可知，导前汽温θ2可以提前反映扰动，取其微分信号dθ2/dt引入调节器后，由于微分信号动态时不为零而稳态时为零，所以动态时可使调节器的调节作用超前，稳态时可使过热器出口汽温等于给定值，从而改善调节品质。导前微分信号只在动态调节过程中起作用，稳态时不起作用，所以在导前微分信号中断时，系统能够正常工作，但调节品质下降。
8-3 串级汽温调节系统中，导前汽温信号中断时，调节系统能否正常工作？
答：串级汽温调节系统中，导前汽温信号作为副回路的反馈信号，是副调节器的输入信号，若该信号中断，则调节系统不能正常工作。
8-8 再热汽温有哪几种控制方式？
答：再热汽温多数采用烟气侧调节方法。在烟气侧调节再热汽温的方法有烟气旁路法、摆动燃烧器倾角法、烟气再循环法等；少数电厂采用蒸汽侧调节再热汽温如汽——汽交换器法等。再热汽温的调节很少采用喷水调节作为主要
调温手段，而只作为事故喷水或辅助调温手段。
8-9 什么是导前汽温微分信号？在动态和静态时，这个信号各有什么特点？为什么？ 答：（1）喷水减温器后的气温信号经微分器运算后所得的信号称为导前气温微分信号。 （2）在动态时,这个信号作用于调节器,产生一个超前的调节作用。
在静态时，导前气温不变，该信号经微分运算后为零，保证系统的无差调节。
（3）因为微分动态特性为Wd(s)?KdTdS
TdS?18-10为什么采用导前汽温微分信号的双回路调节系统等效变换为串级系统后，主调节器为PI的动作规律？
答：当采用导前气温微分信号的调节系统等效变换为串级系统后，主调节系统的传递函数为1/Gd(s)， 即：GR(S)?1/Gd(S)?(1?TdS)/(KdTdS)
GR(S)?(1?1/TdS)/Kd
所以，主调节器为PI的动作规律，其中比例带为??Kd，积分时间为Ti?Td
第九章习题
9-1 单元机组汽包炉燃烧控制的任务是什么？有哪几个被控量？相应的控制变量是什么？
答：锅炉燃烧过程自动控制的任务在于使锅炉的燃烧工况与锅炉的蒸汽负荷要求相适应，同时保证锅炉燃烧过程安全经济地运行。通常选锅炉负荷或汽压、烟气含氧量或过剩空气系数、炉膛负压作为被控量，选燃料量、送风量和引风量作为相应的控制量。
9-2 为什么要采用热量信号？理想热量信号与实际热量信号有什么不同？
答：采用热量信号可以解决煤粉量的测量问题，它不仅可以反映燃料量的数量变化，而且也可反映燃料品质方面的变化，因此热量信号更能准确地反映燃烧率。热量信号DQ为蒸汽流量D与CkdPd之和，实际应用中汽包压力pddt的理想微分难以实现，只能对汽包压力进行实际微分即微分项为
CkkDTDSpd，为了准确反应燃料量，加上蒸汽流量
1?TDS
，使
Ｄ的负向微分信号，即
DQz?D?CkkDTDSkTSpd?DDD?D1?TDS1?TDSkDTD?1
则
DQz?11(D?CkSpd)?DQ
1?TDS1?TDS实际热量信号DQz相当于理想热量信号与一个惯性环节相串联，DQz随DQ而变，但增加了一定的惯性，稳态时两
者相等，DQ2能代替燃料量信号。
9-3 燃烧过程的控制中，如何实现风量对燃料量始终有足够富裕的操作方法？
答：为实现风量对燃料量始终有足够富裕，大型单元机组的燃烧控制系统中一般都采用了燃料、送风交叉限制措施。当加负荷时，燃烧率指令B0增加，该指令不能通过小选模块，只能通过大选模块送到送风量控制子系统的副调节器PI3，增加送风量；随着送风量的增大，小选模块的输出逐渐增大，于是燃料量也不断增加，这样就实现了增加负荷时先加风、后加燃料的控制过程。减负荷时，燃烧率指令B0减小不能通过大选模块，只能通过小选模块先减少燃料量。随着燃料量的减少，通过大选模块，使送风量逐渐减少，从而实现减负荷时先减燃料、后减风的控制过程。这样就可以保证变负荷过程中有一定的送风量裕量，燃料充分燃烧而不致于发生缺氧燃烧。系统中的低值限幅模块限制送风量不低于最小允许风量Vmin；高值限幅模块限制燃料量不大于最大燃料量Bmax值，以维持锅炉燃烧工况的稳定。
9-4 燃烧控制系统中，常用来反映燃料量的信号有哪几种？
答：常用来反映燃料量的信号：热量信号、给粉机转速、一次风量总和、给煤机转速、装煤量校正、给煤量。 9-5 燃料量控制策略有哪几种？ 答：燃料量控制的各种基本策略：（1）采用热量信号的燃料控制（2）采用给粉机转速反馈信号的燃料量控制（3）采用一次风量总和作反馈信号的燃料量控制（4）采用给煤机转速反馈信号的燃料量控制（5）采用装煤量校正的燃料量控制（6）采用给煤量反馈的燃料量控制。 9-6 送风量控制策略有哪几种？
答：送风量控制策略有（1）燃烧率指令——风量系统。这种控制策略以燃烧率指令B0作为送风量控制子系统的定值，燃烧率指令必须同时送到燃料量系统。在负荷发生变化时，这两个控制子系统同时动作，使风量和燃料量在动态过程中有较好的配合。但在燃料侧发生扰动时不能保证要求的风量和燃料量的比例关系成立。（2）燃料量——风量系统。该系统以燃料量B作为控制系统的定值，风量V作为反馈，是一个单回路随动控制系统，该系统无论负荷变化还是燃料侧扰动都能满足风量和燃料量的比例关系，且实现简单，但要求燃料量测量准确。（3）蒸汽量——风量系统。保持V与D的比例关系，也就保证了一定的过剩空气系数，即保证了燃烧的经济性。而蒸汽流量信号D是比较容易准确测量的。由于V与D成比例只在稳态时与过剩空气系数有对应关系，燃用水分变化很大的煤或蒸汽参数变化很大时，风量V与蒸汽量D的比值就不能保证燃烧经济性，故还需采用氧量校正信号，这种系统如发生燃料量扰动，送风量调节器由于得不到燃料量扰动信号，只能得到因燃料量扰动而使烟气中含氧量改变的校正信号，因此送风量变化比燃料量扰动稍有迟延，其迟延时间取决于氧量对象和测量元件的时间常数，因而会存在风、燃比的动态误差。（4）热量——风量系统。该系统的优点是当燃料侧发生扰动时，由于热量信号能及时反映燃料的扰动，通过控制系统很快地消除扰动，基本上不会因燃料量的自发扰动造成蒸汽压力的波动。（5）氧量——风燃比系统。燃烧率指令B0一方面送燃料量控制子系统，另一方面送到风量控制子系统的副调节器作前馈信号，副调节器同时接受风量反馈信号和氧量校正信号，副调节器快速保证风燃比。烟气中氧量和随负荷而变的定值送校正调节器，校正调节器输出信号校正送风量，保证锅炉的燃烧经济性。（6）其它带氧量校正的送风量控制子系统。 9-7 氧量校正有几种方式？各有什么特点？
答：（1）氧量校正送风量（2）氧量校正送风量给定值 9-8 试述引风调节子系统原则方案及改进措施。（画出方框图）。
答：引风调节子系统的任务是使引风量与送风量相适应，并保持炉膛压力在要求的围，实现安全运行。由于送风量的变化是引起炉膛负压波动的主要原因，为了能使引风量快速跟踪送风量，可将送风量作为前馈信号引入引风调节系统。当送风量（指令）变化时，引风量（指令）立即跟随变化，而不是等炉膛负压偏离定值后再动作，从而尽可能减少负压的动态偏差。因为炉膛负压对于引风量的变化反应很快，测量也容易，所以引风调节系统一般采取以炉膛负压为被调节的单回路调节系统。原则方案如图（a）。
改进措施：(1)烧过程是一个剧烈的化学反应过程，负压波动在所难免，为避免引风调节系统不必要的频繁动作，对负压偏差加上死亡限制即负压变化不大时，不做调节。(2)MFT后压力急降，为防爆，应快关引风机入口挡板。
3、调节系统的结构图如图所示：
自动调节课后习题答案
