轮机自动化题库

问答题：

1.如图1，这是自动控制系统的原理框图，试指出各个环节的名称（即ABCD四个环节），并说明各个环节的输入和输出的信号名称。

图1 控制系统原理框图

答：A：调节器 B：执行机构 C：控制对象 D：测量环节

r（t）:给定值 b（t）:测量值 e（t）:偏差 p（t）:调节器输出，调节指令 q（t）:调节动作 f（t）:外界扰动信号 y（t）:被控量

2.何谓环节？它有什么特点？

答：在传递方框图中，代表实际单元的每个小方框称为一个环节，每个环节必定有输入量和输出量，并用带箭头的信号线表示。 特点：任何环节输出量的变化均取决于输入量的变化及该环节自身的特性，而输出量的变化不会直接影响输入量，即信号传递具有单向性。

3.扰动的定义是什么？基本扰动和外部扰动有何区别？

答：引起被控量变化的一切因素称为扰动。显然，扰动量是控制对象的输入量。扰动量可以分为两类：一类是轮机人员无法控制的扰动，称为外部扰动；另一类是轮机人员可以控制的扰动，称为基本扰动。在图中，有两个信号线指向控制对象，它们分别是基本扰动（执行机构的输出）和外部扰动。基本扰动和外部扰动区别在于是否可以控制。

4.反馈控制系统图中的r,b,e代表什么信号？

答：调节器有两个输入量，分别为给定值r和测量值b。给定值r(t)是运行参数所希望控制的最佳值，测量值b(t)则是测量单元测得的运行参数的实际值。被控量的测量值与给定值的差值称为偏差，用e(t)表示，e(t)=r(t)－b(t)。

5.何为反馈？正负馈和负反馈有何区别？

答：被调量的变化经测量单元反送到控制系统的输入端，这个过程称之为反馈。反馈分为正反馈和负反馈两种。正反馈是指经反馈后可以加强闭环系统输入效

应，亦即使偏差e增加。负反馈是指经反馈后可以减弱闭环系统输入效应，亦即使偏差e减小。显然只有负反馈才能随时对被控量的给定值和测量值进行比较，使偏差e不断减小进而保持被控量的稳定在给定值或给定值附近。

6.简述反馈控制系统的动态过程？

答：从受到扰动开始到达到新的平衡状态的过程就是动态过程，也称为过渡过程。系统经常会受到扰动，系统的平衡状态因而会经常遭到破坏。在实际运行中，调节阀开度的变化量往往会过头，使被控量在向给定值恢复过程中，出现反向偏差，即被控量会围绕给定值上下波动，以后在调节器控制作用下，波动越来越小，最终被控量会稳定在新稳态值（给定值或给定值附近），系统达到一个新的平衡。

7.什么是最大动态偏差emax?

答：动态偏差是指在调节过程中被调参数偏离给定值的幅度，其最大值称为最大动态偏差，用emax表示。如图2。

图2 改变外部扰动的自动控制系统动态过程曲线

8.衰减率?的定义是什么？?值多大为宜？

答：所谓“衰减率”就是指每经过一个周期以后，波动幅度衰减的百分数，以?A?B表示，计算公式是，如图2： ??

A9.过渡过程时间ts的定义是什么？实用上是如何规定的？

答：过渡过程时间（亦称调节时间）ts意指系统从受到扰动开始到被控量重新趋于稳定建立新的平衡状态为止所经历的时间。从数学上来讲，过渡过程时间应该是无穷大。在实用中，是这样定义过渡过程时间的：在大于某一时刻后，被控量的波动范围就始终在最终稳态值的2％（或5％）之内，这一时刻就是过渡过程时间。

10.静态偏差的定义是什么？

答：静态偏差也称稳态偏差ε，是指在扰动和调节的共同作用下，调节过程结束后，被调参数的新稳态值与给定值之间的偏差，也称为静差。显然，稳态偏差

越小，系统的静态精度越高。

11.何谓上升时间tr和峰值时间tp？其物理意义是什么？

图3 改变给定值的控制系统动态过程曲线

答：对于改变给定值的控制系统，上升时间表示从原来给定值上升到新给定值所花时间，用Tr来表示；峰值时间是指从原来状态上升到最大动态偏差值时所花时间，用Tp表示，如图3所示。

12.超调量的定义是什么？它的大小说明什么？

答：在改变给定值的控制系统， “超调量”就是指在衰减振荡中，第一个波峰值ymax减去新稳态值y(?)与新稳态值y(?)之比的百分数，以?p表示：

?p?ymax?y(?)y(?)?100%，如图

3。

13.衰减过程的振荡次数N一般要求几次？

答：衰减过程的振荡次数N一般要求2～3次。

14.控制系统常采用的典型输入信号有哪几种？

答：主要有阶跃信号、速度信号、加速度信号及脉冲信号等。其中阶跃信号对系统影响最大，所以一般用阶跃信号来评价控制系统的性能。

15.评定定值控制系统动态过程品质有哪些指标?调节器控制作用强弱对这些指标有何影响?

答：(l)最大动态偏差emax，这是动态精度指标，调节作用强，emax↓，动态精度高；

(2)衰减率?，这是稳定性指标，调节作用强，?↓，稳定性降低； (3)振荡次数N。这也是稳定性指标，调节作用强，N↑，稳定性降低； (4)过渡过程时间ts:这是系统反应快慢的指标，调节作用太强或太弱都会使ts↑。

(5)静态偏差?，这是静态精度指标，调节作用强，?↑，静态精度高。

16.评定改变给定值的控制系统动态过程品质有哪些指标?调节器控制作用强弱对这些指标有何影响?

答：(1)超调量?P,这是稳定性指标，调节作用强,?P ↑，稳定性降低。 (2)上升时间tr,这是系统反应快慢的指标，调节作用强，系统反应快，tr↓； (3)峰值时间tp,这也是系统反应快慢的指标，调节作用强，系统反应快，tr↓；

(4)振荡次数N。这是稳定性指标，调节作用强，N↑，稳定性降低;

(5)过渡过程时间ts。这是系统反应快慢的指标，调节作用太强或太弱，都会使ts↑；

(6)静态偏差?，这是静态精度指标，调节作用强，?↑，静态精度高。

17. 有一单容控制对象，被控量是h，试分别写出它受到一个Δu的阶跃扰动瞬间，输出量Y及输出量变化速度的表达式，并说明这两个表达式的物理意义，画出飞升曲线。

答： (l)输出量：h(t)?K???(1?e?tT)

意义：由于t=0时，h=0，这说明，在对单容控制对象施加扰动瞬间，不管扰动量有多大，初始时刻，输出都没有变化，这表明了控制对象具有惯性的特点； （2）扰动瞬间变化速度：

dhdtt?0?K??? T意义：这是被控量上升速度最大的时刻，因为在阶跃响应的飞升曲线上，过t=0时刻作曲线切线的斜率最大。

图3 单容控制对象飞升曲线

18.写出各种调节规律优缺点、参数调整及适用场合。

答：各种调节器的优缺点、参数调整及适用场合如下表。

名称

双位式

优缺点

优：结构简单 缺：精度差

参数调整 上下限值调整通过改变销钉位置来进行

适应场合

控制质量要求不高的场合，如蒸汽压力控制，液位控制等。

精度要求不高的场合，如液位、压力控制。 实际中不单独使用。 对精度要求高的场合使用。应用最广，多数系统可使用。

实际中不单独使用。液位系统不适用

对惯性大，延迟时间长的系统适应

适用于对象容量滞后和惯性较大、不允许有静差的系统。

比例（P）

优：结构简单，调节快，比例带PB，PB↑，比缺：精度差存在静态偏差 例作用减小 优：精度高，无差调节 缺：振荡性强

优：精度高，无差调节；

积分时间TI，TI↑，积分作用减弱

比例带PB，积分时间TI 。由于积分作用，PB要比纯比例调节值高20％

微分时间TD，TD↑，微分作用增强

比例带PB，微分时间TD。PB可以比纯比例调节值低20％ 比例带PB，积分时间TI，微分时间TD。

积分（I）

比例积分（PI） 调节迅速，无滞后

缺：最大动态偏差较大

微分（D）

优：能超前调节 缺：对静差无作用 优：能超前调节调节迅速 缺：存在静差

优：能超前调节，调节迅速，精度高，性能完美 缺：系统复杂，成本高， 比例微分（PD）

比例积分微分（PID）

19.写出各种P、PI、PID调节器特性、影响参数及阶跃响应。

答：比例P：P(t)?KP?e(t)?1?e(t) PB 影响参数：比例带PB，PB↑，比例作用减小

阶跃响应：

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