3-3b 3个二阶系统的闭环传递函数的形式都是υ(s)=C(s)/R(s)=w n 2/(s 2+2ξw n s+ w n 2)，它们的单位阶跃响应曲线如图3-3中的曲线1、2、3。其中t s1，t s2是系统1，2的调整时间，t p1，t p2，t p3是峰值时间。在同一[s]平面内画出3个系统的闭环极点的相对位置，并说明理由。 解：设三个系统对应的闭环极点分别是S 1，S 1*，S 2，S 2* ，S 3，S 3*。 由图知σp1=σp2，故ξ1=ξ2，且
θ1=θ2 (3-1)
S 1，S 2在同一阻尼比线上。因t s1 ξ1w n1>ξ2w n2 (3-2) 可见S 1离虚轴比S 2远。由式（3-1），(3-2)可给出S 1，S 1*，S 2，S 2*的相对位置，如例图3-4所示。 因t p1=t p2，故有 w d2=w d3 (3-3) S 2与S 3的虚部相同。因σp3>σp2，故ξ3<ξ2，且 θ3>θ2 (3-4) 根据式（3-3），（3-4）可绘出S 3，S 3*，如例图3-4所示 p1 p2t p3 s1s2图 3-3 3-6b 设单位反馈系统的开环传递函数为()(1)(1)36 K G s s s s = ++，若要求闭环特征方程根的 实部均小于－2，试问K 应在什么范围取值,情况如何？ 解 系统的闭环传递函数()B G s ： ()(1)(1)36 B K G s s s s K = +++系统的闭环特征方程为 3 2 ()(1)(1)36918180 s s D s s K s s s K =+++=+++= 求Re(Si)<-2，令 s=Z-2代入特征方程 3232(Z-2)9(Z-2)18(Z-2)18Z 3Z 61880 K Z K +++=+-+-= 劳斯列阵: 320 Z 16Z 3188 1810 Z 3Z 188 K K K ----- 8 18 K ∴> ，有2根在新虚轴－2的右边，即稳定裕度不到2。 3-7b 某控制系统的结构如图3-8所示， 试确定闭环系统对b 的灵敏度，并在 150K ≤≤范围内，确定K 的最佳取值， 使得干扰对系统的影响和系统对b 的灵 敏度为最小。 解 系统的闭环传递函数 () 21()111()(1)()(1)11 1B B G s B b B kb kb s G s kb s kb s G s b s kb k kb k b S kb b G s s kb s kb s s kb +== ++++?++?-?=?=? ?+++++=++ 求干扰对系统的影响 令R （s ）=0 ,求E(s)/N(s),如图3-9所示 图3-9 ()1()111 b E s b s kb N s s kb s +== ++++ ()1()N s t ∴= 1ss b e kb = + k ∴↑ 0ss e → 从上可见，使干扰对系统的影响和系统对b 的灵敏度为最小，在150K ≤≤范围内， K 为50是最佳值。 3-9b 控制系统的结构图如图3-11所示，若系统以频率ω=2rad/s 持续振荡，试确定相应的参数K 和τ的值 图3-11 解：由结构图可得系统的特征方程为 32(2)10s s K s K τ+++++= 于是可构造劳斯表如下: 320 S 12S 11S 2S 1K K k k k τ τ ++++- + 根据题意，闭环系统存在一对共轭纯虚根P 1，2＝2j ±。这意味着劳斯表的1S 行全为零元素，即12k k τ ++-＝0。由辅助方程 2 ()S 10A s k τ=++= 解得一对共轭纯虚根为 1,2 2p j =±± 联立求解下列方程组 1202k k τ+?+-=? 则可求对系统产生2/rad s ω=的持续振荡时，参数K 和T 的取值为 0.75τ= K=2 3-10b 系统方框图如图3-12所示。希望所有特征根位于s 平面上s=-2+jw 的左侧，且ξ≥0.5。用阴影线表示出特征根在s 平面上的分布范围，并求出相对应的K 、T 取值范围。 图3-12 解：令ξ=0.5，则arctan(2 1ξ-)/ξ=arctan 3=60。。 特征根的分布范围见例图3-13。 υ(s)=C(s)/R(s)=K/(Ts 2+ s+ K)= (K/T)/(s 2+ s/T+ K/T) 可得 w n =√K/T ξ=1/2√K/T 令ξ≥0.5，得 KT ≤1 K ≤1/T (3-5) 由特征方程Ts 2+ s+ K=0知，系统稳定的条件是 K>0 T>0 (3-6) 特征根的实部是-1/(2T)，令-1/(2T)<-2，得 T<1/4 (3-7) 由式（3-5-3-7）可绘出所要求的参数范围，如例图3-14所示。 图3-13 图3-14 3-11b 设控制系统的结构图如图 3-15所示，其输入信号为单位斜 坡函数（即r(t)=t ）.要求：(1)当 τ=0和11K =时，计算系统的暂 态性能（超调量p σ和调节时间s t ） 以及稳态误差；（2）若要求系统的单位阶跃相应的超调量p σ％＝16.3，峰值时间p t ＝1s ，求参数1K 和τ的值。以及这时系统的跟踪稳态误差；（3）若要求超调量p σ＝16.3％和当输入信号以1.5度/秒均匀变化时跟踪稳态误差ss e ＝0.1度，系统参数1K 和τ的值应如何调整？ 解： 由结构图可得，系统的开，闭环传递函数为 1 1 1010110()(110)[1]110k K K G s s s s s τ ττ +==++++ 21 22 2 1()10()1()(110)102k n k n n G s K s G s s s K s s ωφτξωω===++++++ （3-8） 可见它时一个二阶规范系统，系统的开环增益为K ＝K v ＝110110K τ + （1）当K 1=0和τ=0（即局部反馈回路断开）时 由3-8式可得这时系统的闭环传递函数为 2 112 2 111 ()2n n n s s s ωφξωω=++ 式中1 3.16/n rad s ω== 111/(2)0.16n ξω==。于是由二阶系统性能指标表达式，则 可求得系统的性能为 1 1100%60.1%p e πξσ-== 111 3 6s n t s ωξ= = 11 110.110ss v e K K === （2） 当p σ％＝16.3和p t ＝1s 时 由二阶规范系统的暂态性能指标表达式可得 ??? ????=-===--11163.02 221/222ζωπ σζπζn p t e p 从而解得????? ==+=628.35.0)]/1[ln()/1ln(22 22n p p ωσπσζ 而由（式3-8）得 2121013.16n K ω== 221102 3.628n τξω+== 从而可得系统的参数为 K 1＝1.316 τ＝0.263 系统跟踪单位斜坡输入信号的稳态误差为 e sr2=1/ K v =1/K=(1+10τ)/(10 K 1)=0.28 （3） 当p σ＝16.3％和e sr ＝0.1度时，由超调量p σ＝16.3％可求得对应的阻尼比为ξ3=0.5，根据题意r(t)＝1.5t 。于是由式3-8和应用误差系数法可得 1.0)10/()101(5.1/5.110121013 331 2 3=+==+==K K e K v sr n n ττ ωζω?? ???=+==+?1 13)101(5.110101K K n τωτ 联立求解，则可求得这时参数的值为：K 1 =22.5 τ=1.4 3-12b 图3-16所示的位置随动系数为 1型的，当输入信号为斜坡函数时存 在稳态误差。为了使该系统跟踪斜坡 信号无稳态误差，可采用复合控制的 方式，如图3-17所示。试确定其前 馈补偿装置的传递函数G c (s)。 解 由结构图可得，系统的误差传递函数为（缺图3-16） 1Gc(s) (1)( () ()()(1)1(1) m m e m m K s T s s T s E s s K R s s T s K s T s φ-++=== +++ + 于是在斜坡输入信号r(t)=Rt 作用下，系统的跟踪稳态误差为 20 0(1)Gc(s)()lim ()()lim lim (1)(1)m c s e s s s m s T s K G s R R e s s R s s K s T s K s K s τφ→→→+-=??=? ?=-++ 令0s e τ=则可求得跟踪斜坡信号无稳态误差时，所应引入的前馈补偿装置的传递函数为 ()c s G s K = 3-13b 系统如图3-18所示，其中扰动信号n(t)=1(t)。仅仅改变K 1的值，能否使系统在扰动信号作用下的误差终值为-0.099? 图3-18 解： 1 10)15.0)(12.0)(11.0(10 )()(K s s s s N s E ++++-= 若N(s)=1/s ，则由终值定理知，若系统稳定，则稳态误差终值为 e ssn (∞)=1 10 10110 110)15.0)(12.0)(11.0(10lim )(lim K s K s s s s s sE s s +-= ++++-=→→ 设e ssn (∞)=-0.099，可得K 1=10。 系统的特征方程式是 s 3+17s 2+80s+100+1000K 1=0 列劳斯表 s 3 1 80 s 2 17 100+1000K1 s 1 17 100010013601 K -- s 0 100+1000K1 系统稳定的条件是-0.1< K 1<1.26。 当K 1=10时，系统不稳定，可见仅改变K 1值，不能使误差终值为-0.099。 3-14b 已知单位反馈系统的开环传递函数为1 ()(0.21)(0.51) G s s s s = ++，试求：（1）闭环 极点的分布并判断系统是否存在主导极点；（2）估算系统的暂态性能，并分析说明主导极点法的工程实用意义。 解 （1）闭环极点的分布 系统的闭环传递函数为 322 ()1010 ()1()71010( 5.515)( 1.485 1.81) G s s G s s s s s s s φ= ==+++++++ 于是可得闭环极点的分布p 1,2=-0.743±j1.12，p 3=-5.515。这些极点的实部之比为 (3) 5.5157.42(1)0.743e e R p R p β-===- 可见在三个极点中P 3远离虚轴，故P 1,2可视为系统的一对闭环主导极点。 （2） 系统暂态性能的估算 忽略非主导极点P 3的影响，于是系统的闭环传递函数可简化为 22222 1.81 1.81 ()(/5.5151)( 1.485 1.81) 1.485 1.812n n n s s s s s s s s ωφξωω=≈= +++++++ 式中 1.35/, 1.485/(2)0.55n n rad s ωξω====，根据二阶规范系统的暂态性能指标表达式，则可估算系统的暂态性能如下： 上升时间 1.91t s τ= = 峰值时间 2.79p t s = 超调量12.63%p e πξσ-== 调节时间3 4.04s n t s ξω= =（取5%?=） （3） 主导极点法的工程实用意义 对高阶系统进行初步分析或设计时，应用主导极点法将系统简化为与主导极点相对应的低阶系统来处理，这在工程上是很有实用的价值。一般说来，主导极点的主导性越强，近似所造成的误差就越小。以本题为例，将系统的闭环传递函数改写成下列一般的形式： 2222 3 1.813 ()(3)(2)(3)( 1.485 1.81) n n n p p s s p s s s p s s ωφξωω--==-++-++ 则可求得系统的单位阶跃响应为 )1sin(1]1 )([)(2313?ζωφζω--++=*=--t Ae e a s s L t y n t t p n 应用主导极点法 近似时，其误差主要表现在将上式右边的第2项（α3t p e 3）忽略掉。若以t=p t 时刻为代表， 计算系统响应的误差。当非主导极点P 3的分布不同（即β为不同值）时，则系统的单位阶跃响应特性及近似所造成的误差如下表所列。 算则十分地简单方便，故主导极点法在工程上得到了广泛的应用。 3-15c 图3-19所示的为工业上广泛使用的KZ-D 双闭环调速系统，其电流环子系统的简化结构图。已知电动机的额定电压U n ＝220V ，额定电流I n =136A ，系统的其他参数如图中所列。电流调节器采用PI 调节器并取T i =T a =0.03s 。试问：若要求电流环子系统的跟踪性能指标为超调量p σ<5%，调节时间s t <0.025s （取△=5%），电流调节器的增益K i 应取为多大？ 解（1）根据跟踪暂态性能指标要求，确定电流调节器的增益K i 由结构图可见：由于T i=0.03电流调节器传递函数分子的因子“T i S+1”，将与电动机电枢回路传递函数分母的因子”0.03s＋1“产生相消，故可得电流环子系统的开环传递函数为 () k i n G s= 式中 1 ,0.0037 2 n n T T ωξξω ===。上式为二阶规范系统的典型表达式。根 据跟踪暂态性能指标的要求，于是有 ? ? ? ? ? < = < =- - 025 .0 3 05 .0 2 1 / n ts e p ζω σζ πζ 从而解的 0.69 3/(0.025) n ξ ωξ ? >= ? ? ?> ? 若取0.7 ξ=，由0.707 ξ===，则可得 20.0037 1 135.14133.33 (20.707)i K K ? === ? 故可求得电流调节器的增益为135.14/133.33 i K==1.01 相应的电流环子系统的跟踪暂态性能为 % 5 % 3.4 % 100 * 2 1 /< = =- -ζ πζ σe p 3 0.0220.025 s n t s s ξω ==< 它们均满足暂态性能指标的要求。 4-8a设单位负反馈的开环传递函数为 10(1) () (0.53)(1) s G s s Ts - = ++ ，要求：（１）绘制Ｔ变化 时系统的根轨迹；（２）确定系统临界稳定和临界阻尼时Ｔ的取值各为多大？（３）求Ｔ＝20时系统的单位阶跃响应。 说明由G(s)可知：该系统为非最小相位的，其分子的s最高幂次项的系数为负的， 应采用零度根轨迹法来绘制；而且可变参数是时间常数又属于参数根轨迹。故本题应按零度 根轨迹的参数根轨迹问题来处理。 解：(1)按参数根轨迹的预处理法确定系统的等效开环传递函数并绘制根轨迹由1+G(s)=0可得系统的特征方程为 (0.51)(1)10(1)9.511(0.51)0 s Ts s s Ts s +++-=-+++= 对上式进行预处理，则可得系统的等效开环传递函数为 (0.51)(2) () 9.511 1.16 k Ts s Ts s G s s s +-+ == -+- 其中0.50.05309.5 T T T ==>。由于可变参数“－Ｔ”为负的，故应采用零度根轨迹法来 绘制。 (a) 实轴上根轨迹：［-2，0］；［1.16，∞］ (b) 复平面上的根轨迹，令s j σω=+代入幅角条件，于是有 ()(2)( 1.16)2j j j k σωσωσωπ∠++∠++-∠-+= 对上式两边取正切，经化简和整理后可得222( 1.16) 1.91σω-+= 上式表明：复平面上的根轨迹是以开环极点p 0=1.16为圆心，以1.91为半径的圆。 根据以上信息则可绘制系统的准确根轨迹，如图4-8所示。 （2）临界稳定和临界阻尼时T 的取值 系统为二阶的，临界稳定时闭环系统有一对纯虚根，设为1,2p j ω=±。由图4-8可求得该ω值为 1.52ω== 于是由幅值条件则可求得，临界稳定时T 的取值为 1.521.1619 1.91 29.5| |9.51()(2) 1.52 2.51 s j s T s s s =-?=?==+? 由根轨迹图可见，只有当9.51T >时系统才是稳定的。 临界阻尼时闭环极点为一对负实重根。由图4-8可求得这对闭环极点为 1,2(1.91 1.16)0.75p =--=-。于是由幅值条件则可求得，临界阻尼时T 的取值为 0.751.1619 1.91 29.5| |38.71()(2)0.75 1.25 s s T s s s =--?=?==+? (3) T=20时系统的单位阶跃响应 当T=20时系统的闭环传递函数 222 ()11()1() 1.05 1.1(0.525)0.908G s s s s G s s s s --Φ= ==+++++ 故系统的单位阶跃响应为 22 11 ()()()(0.525)0.908s Y s s R s s s -=Φ= ?++ 或 1 0.525010 ()[()] 1.86cos(0.908240)11 t y t L Y s e t --==+- 4-9b 设某单位负反馈系统的开环传递函数为80(2) ()(0.1)(20) s G s s s s += ++，试求该系统的暂态 特性和跟踪输入信号r(t)=2.73+t 的稳态误差。 说明 本题是已知系统的结构和参数值，要求系统的响应特性。用根轨迹法求解这类问题的基本思路是：首先将增益视为可变参数，于是可按常规方法绘制系统的根轨迹；然后应用根轨迹法，根据已知的增益值则可求得系统的时间响应特性。 解 （1）绘制根轨迹 由开环传递函数 80(2)80(0.51) ()(0.1)(20)(101)(0.051) s s G s s s s s s s ++= = ++++ 可知：系统为1型的；开环根轨迹增益与开环增益相等且为K g =K=80。若视K 为可变参数，则可绘制系统的根轨迹，如图4-9(a)所示。 （2）系统的暂态性能 当K=80时，由幅值条件可确定位于实轴的根轨迹分支上的闭环极点为p 3=-15.465。然后根据根轨迹绘制规则：根之和，于是有 (1)l oi n m l g oi p p p K z -∑=∑???∏=-∏?? 即 1212 15.46520.1 15.46580(2)p p p p +-=-?? -=-? 联立求解上式方程组，则可求得系统的另两个闭环极点为1,2 2.318 2.23p j =-±。而系统的开环零点02z =-，也是闭环零点。故系统的闭环传递函数为 2280(2) ()(15.465)[( 2.318) 2.23] s s s s +Φ= +++ 由于实极点（p 3）与共轭复极点（p 1和p 2）的实部之比为R e (p 3)/R e (p 1)=6.67，故可将p 1与p 2视为系统的闭环主导点。若略去p 3的影响，则上式可简化为 280(2)/15.465()(/15.4651)( 4.63610.346)s s s s s +Φ= +++222 5.17(2) 5.17() 4.63610.3462n n s s z s s s s ξωω+-==++++ 式中： 3.217n ω==， 4.636/(2)0.72,2n z ξω===- 。应用主导极点分析法， 该系统可简化为带有零点的二阶系统来处理。于是由二阶系统性能指标公式，则可估算系统的暂态性能如下（参见图4-9(b)）： 0.641 pz t s == 其中 1.712 n rad φ== 100%25.5% n pz t pz l e z ξω σ- - == 其中 2.253 l== 11 2.253 [4ln](4ln) 1.78 () 2.3182 s n l t s z ξω =+=+= - (3) 系统的稳态性能由系统的开环传递函数可知：1,,80 p p K K K υ==∞==。故系统跟踪输入信号r(t)=2.73+t(t≥0)的稳态误差为 2.7311 0.0125 180 sr p e K K =+== + 4-11c有闭环控制系统如图4-11所示，其中校正环节传递函数为() c p D G s K K s =+。K=10 时，要求校正后闭环系统的超调量16% p σ=，调节时间4 s t s =（2%的允许误差）。（1）试 用根轨迹确定校正参数 p K和 D K。 （2）确定 p K、 D K后，绘制K从 0→+∞的根轨迹。 解（1） 由16% p e σ==得0.5 ξ= 由 4 4 s n t ξω ==，得1 n ξω= 所以2 n ω= 由1, 1.73 n ξωω -=- 得闭环主导极点为 1,2 1 1.73 s j =-+见图4-12所示。 00 1 arctan30120 ξθ =∴= 2 1.73 arctan10.88 101 θ== - 校正网络应提供的相角为0000 212010.8818070.88 ?=?+-= 1.73 tan 2.88 1.61p p D D K K K ?== ∴=- 由幅值条件 112 111 1.73 | |101|||10| p D s j K s K K s s =-++?=?+ 得2D K = 1.6 3.2p D K K ∴== K p 、K D 确定后，必须校核S 1、S 2是否为闭环主导极点。 设第三个根为3s ，由特定方程3 2 10100D p s s K s K +++=，得3 1 10i i s ==-∑ 将1,21 1.73s j =-±代入上式，得38s =- 因此，1,2s 是系统的闭环主导极点。 （2）渐近线与实轴正方向的夹角为2 π ± 分离点与会合点： 2 22 (10)224.8320( 1.6)p D d s s s s K ds s s K ?? ??+++??==+??+???? 即2 224.8320s s ++=，该方程无实根，故没有分离点和会合点，根轨迹如图4-13 所示。 5-7a 已知某负反馈系统的开环对数幅频 特性如图5-9所示。ω=0.1处的幅值为 40dB ，25ω=。（1）证明 32 21 ωωωω= ； （2）求系统的开环放大系数K ； (3)设系 统为最小相位系统，求相角裕度γ。 解 （1） 证明3221 ωωωω= 令1()20lg K L ωω= 在3ωω=处，3 1K ω= 3K ω∴= 22 ()20lg K L ωω = 在2ωω=处， 1 2 2 1K ω= 212K ω∴= 在1ωω=处：2 21120lg 20lg K K ωω= 即2 32211 ωωωω= 上式二边同乘12ωω 得2 311222121ωωωωωωωω?=?即 3221 ωωωω=（证明完毕） （2）已知1 20lg 40K ω=求出系统开环放大系数：10K = ；310ω∴= （3）可求出221325 2.510 ωωω===； 25c ωω== 系统开环频率特性： 10()()(1) 2.5 G j H j j j ωωω ω= + 相角特性01()()900.4G j H j tg ωωω-∴∠=-- 相角裕度为：00010()18018090(0.45)27c tg γ?ω-=+=--?= 5-9b 已知反馈控制系统的开环传递函数为（1）3 1600()(4)(16)( 1.25)k s G s s s s s =+++；（2） 125(2) ()()(10)(5) s G s H s s s s -+= +-+，试分别求各系统的稳定裕量并判断其稳定性。 说明 求系统的稳定裕量并判断其稳定性，既可应用MA TLAB 求解，也可应用开环对数频率特性进行估算。估算的核心在于，计算幅穿频率c ω和和相穿频率g ω。c ω的常用计算方法由些列三种：（1）直接在开环伯德图上利用作图法确定，或应用式（5-1）进行估算；（2）根据c ω处开环频率特性的幅值()k G j ω＝1进行求解；（3）利用开环对数渐进幅频曲线为分段直线的特点，求解开环对数渐近幅频特性方程来确定。其求解过程如下：设系统的开环对数渐进幅频曲线式由m 段直线所组成的，其第I 段的渐近线方程为 ()20lg ()i i L A ωω= 1i i ωωω-≤≤ I ＝1，2，3，…………,m 式中1i ω-和i ω为该段渐进幅频曲线两端的转折频率；按I 从小到大递增的次序，令()i A ω＝1（即()i L ω＝0）求得其解为* ω，若* ω在该段的频率区间内（即1i ω-<* ω ω，若不在则舍去，直至渐近幅频曲线各段均已检验完为止。 确定相穿频率的常用方法也由三种，详情见题5-10b 。 解 （1） 对于G k (s)系统 首先将开环传递函数改写乘下列时间常数的表示形式： 3 20()(0.251)(0.06251)(0.81) k s G s s s s s = +++ 于是可得系统的开环频率特性为 2 ()20()()()|()(0.251)(0.06251)(0.81) j k k s j j G j G s A e j j j ?ωωωωωωωω====+++ 0()290arctan0.25arctan0.0625arctan0.8?ωωωω=?--- 下面应用开环对数渐近幅频特性估算系统的相角裕度。估算的核心工作在与计算ωc ，常用的计算方法 应用式（5-1）进行估算 由G k (s)可绘制系统的开环对数渐近幅频曲线，如图5-11所示。令20 lim ()201k G j ωωω→==，则可求得开环对数幅频曲线的低频渐近线穿过 分贝线的交点频率为：0.224/rad s ω==，这个频率也式ωc 的第一个值，即 10.224/c rad s ω=。然后反复应用式（5-1）即：()( )(l g l g a b a b L L K ωωωω-=-或[lg lg ]/10a b K a b ω ωωω-=? 便可由开环伯德图求得另一个幅穿频率ωc2的值如下： 取 1.25a ω=，0.224b ω=，而()0b L ω=，则可得 ()(1.25)40lg1.25/0.22429.87a L L dB ω=== 取4a ω=， 1.25b ω=，(1.25)29.87L =， 则可求得(4)(1.25)20lg 4/1.2539.97L L dB =+= 取2a c ωω=，16b ω=，而(16)(4)L L =，2()0c L ω=， 则可求得39.97/(20)216101594.48/c rad s ω--=?= （2）对于G(s)H(s)系统 首先将开环传递函数改写成下列时间常数的表示形式： 5(10.5) ()()(10.1)(10.2) s G s H s s s s -= +- 于是可得系统的开环频率特性为 22225(10.5)(20.05)(50.35) ()()(10.1)(10.2)(10.01)(10.04) j j G j H j j j j ωωωωωωωωωωωω--+-+== +-++ 相应地可求得开环对数渐近幅频特性方程为 20lg5/;2 20lg50.5/;25()20lg50.5/(0.2);51020lg50.5/(0.20.1);10 L ωωωωωωωωωωωωωωω ??≤ 分析上式可以看到：c ω落在10ω≥的频率区间上；令50.5/(0.20.1)ωωωω???＝1，可解得ωc ＝11.18（rad/s ）。于是可求得方程的相角裕量为 0000180()180arctan0.590arctan0.1arctan0.227.85c c c c γ?ωωωω=+=---+= 由()()G j H j ωω的表达式可见：0(0)(0)90G j H j ++=∞∠-；0()()0180G j H j ∞∞=∠-当ω为正的时Re[()()G j H j ωω]<0，lm[()()G j H j ωω]<0,这说明开环幅相曲线位于第三象限内且与负实轴无非零的交点。故系统的增益裕量20lg/()()m g g g G j H j ωω==∞。 虽然0γ>和m g >0（即开环负相曲线不包围临界点），但由于系统在右半S 平面上有一个开环极点，故根据奈氏判据确定该闭环系统为不稳定的。 5-10b 设反馈控制系统的开环传递函数为()(1)(5)(10) s k K G s s s s s = +++，试求：（1）当开环 增益等于1时系统的增益裕量和相角裕量；（2）使系统稳定时开环增益的临界值。 说明 在开环增益的临界值下，闭环系统将处于临界稳定状态。其特点时：系统的开环频率特性曲线将通过临界点（-1，j0），或系统的稳定裕量0γ=和0m g =。因此求临界开环增益的常用方法有下列两种：（1）解析的方法，（在极坐标图上）令开环频率特性曲线 ()k G j ω通过临界点（－1，j0）来求解。其具体做法是：令G k (j ω)的相角0()180?ω=-（或 虚部Im[G k (j ω)]=0）求得相穿频率ωg ；将所得ωg 值代入G k (j ω)中便可求得开环频率特性曲线与负实轴交点的横坐标G k (j ωg )；然后令G k (j ωg )＝－1则可求得系统的临界开环增益值。（2）在开环伯德图上垂直移动开环对数幅频曲线，使之ω=ωg 时穿过0dB 线来求解。在伯德图上开环频率特性乘以K 倍，并不改变开环对数频率特性曲线的形状而只是使开环对数幅频曲线垂直上移20lgK(dB)的距离。 设原系统的开环增益为K 0，如果将开环对 数幅频曲线垂直上移使得ω=ωg 时穿过0dB 线（即移动后系统ωg =ωc ，γ=0和g m =0， 因而系统处于临界稳定状态），那么由垂直 上移的距离（设为20lgK 1）便可求得开环增 益的临界值为K cr =K 0K 1。 解 （1） 当K ＝1时系统的稳定裕量 将G k (s)改写成时间常数的表示形式并求得系 统的开环频率特性为 ()22222()|(1)(0.21)(0.11) [(0.02 1.3)(0.321)](1)(10.04)(10.01) k s j j K G j s s s s K j ω ?ωωωωωωωωω== +++=-+-= +++ 5-2 式中：系统的开环相频特性为0()90arctan arctan0.2arctan0.1?ωωωω=----；系统的开环增益为K=0.02K g ，其中K g 为系统的开环根轨迹增益。于是可绘制K ＝1时系统的开环对数频率特性曲线，如图A5-12的实线所示。 由开环对数频率特性求系统的增益裕量，其核心在于计算相穿频率ωg 。确定ωg 的常用方法有下列三种： (a) 直接在开环伯德图上读取。由图A5-12可读得：ωc ＝1rad/s ，ωg =1.77rad/s 。 (b) 令在ωg 处开环频率特性的虚部Im[G k (j ω)]=0，即0.32ω2-1＝0，则可求得相穿频率为 1.77/g rad s ω== (c)令在ωg 处开环频率特性的相角υ(ω)=-1800，即 0()90arctan arctan0.2arctan0.1?ωωωω=----＝0180- 或 arctan arctan 0.2arctan 0.190ωωω++= 对上式的两边取正切并应用三角函数公式 tan tan tan tan tan tan tan()1tan tan tan tan tan tan αβγαβγ αβγαββγαγ ++-++= ---， 于是有 3 222 0.20.10.0210.20.020.1ωωωωωωω++-=∞--- 这意味着222210.20.020.110.320ωωωω---=-=，故可求得相穿频率为 1.77/g rad s ω== 将ωg 值代入G k (j ω)中，便可求得系统的增益裕量为 20lg ()20lg 11.76m k g g G j dB ωω=-=+或 20 ()10 0.26m g k g G j ω- == 由图A5-12可得ωc ＝1rad/s ，于是可求得系统的相角裕量为 0000180()18090arctan1arctan0.2arctan0.127.98c γ?ω=+=----= 该系统为最小相位的，而0γ>和 0m g >，故闭环系统是稳定的。 (2) 系统开环增益的临界值 求解的方法有些列两种： (a) 令开环频率特性通过临界点来求解。由式5-2可得当0()180g ?ω=-时，()k G j ω曲线与负实轴交点的横坐标为 2 1.77 222(0.02 1.3) ()|0.26(1)(10.04)(10.01) k g K G j K ωωωωωωωω=-==-+++ 令()0.261k g G j K ω=-=-，则可求得系统的临界开环增益为1/0.26 3.85cr K == 相应的临界开环根轨迹增益为/0.02192.5gcr cr K K ==。 (b) 直接在开环伯德图上求解。将开环对数渐近幅频曲线垂直上移11.76dB （如图5-12的虚线所示），使得上移后系统ωc =ωg ，γ=0，g m =0。从而系统处于临界稳定的状态。而原系统的开环增益等于1，故可求得系统的临界开环增益K cr 为 20lgK cr =11.76dB 即 K cr =1011.76/20=3.87 所得结果与解法(a)的结果是一致的。 6-3c 系统如图6-5所示，其中R 1，R 2和C 组成校正网络。要求校正后系统的稳态误差为 0.01ss e =，相角裕度60r ≥ ，试确定K ，R 1，R 2和C 的参数。 解：（1）根据稳态误差要求确定系统的开环增益K 0.01100ss v e k =∴≥ ∴取0 100v k k == 作0100 ()(0.051) G s s s = +的Bode 图如图6-6所示。 （2）求剪切频率c w )a 从Bode 图上读取 44c w = )b 用计算法求 120lg k L w = 0100K = 2220lg k L w = 当c w w = 求得21c k w = 在转折频率120w =处 221110020lg 44.7c c w w w w =∴= 计算相角裕度0γ ()10180900.0525c tg w γ-=+-?= 确定引入超前角： 060251045m φγγ?∴=-+=-+= 求超前网络 1s i n 5.8 1s i n m m ?α?+= =- 为了使m ?与校正后的c w '重合，10lg 7.6dB α=∴ 在原系统为7.6dB -求得 68/n c w w rad s '== 10.006164 T = = == 0.0354T α= ()()() 110.03541 1 5.80.0061c Ts s G s Ts αα++∴= = ++ 12 12;R R T C R R = + 取11C f μ= 135.4R K =Ω 取 1R 为 36K Ω 12 R R R α+= ； 12367.51 4.8R R K α===Ω- 1T R C α=； 为了补偿引超前网络带来增益衰减，开环增益为K=2 0 5.8100580K =?= 校验：作校正后系统Bode 图如图6-7所示。 ()0 5.8100(0.03541) () 5.8(0.05)(0.0061) c s G s G s s s s ?+= + 求得 ''68/c rad s ω= ''()118.80c ψω=- 计算校正后系统相角裕量 ''180()180118.861.260c γψω=+=-=> 6-8c 已知一单位反馈控制系统如图6-14所示。试设计一串联校正装置G c (s)，使校正后的系统同时满足下列的性能要求：（1）跟踪输入21()2 r t t =时的稳态误差为0.1；（2）相位裕量 γ= 45o 。 解 由于Ⅱ型系统才能跟踪等加速度信号，为此假设校正装置为PI 调节器，其传递函数为 (1) ()c K s G s s τ+= 校正后系统的开环传递函数为 2 (1) ()()c K s G s G s s τ+= 根据对稳态误差的要求，可知K a =K=10。 图6-7 由开环传递函数得 00()180arctan 135c c φωτω=-+=- 即 0arctan 45,1c c τωτω== 而 1c c = = 解之，求得13.76,13.760.266c s s ωτ-===。所求PI 调节器的传递函数为 10(10.266) ()c s G s s += 6-9c 已知一控制系统如图6-15所示，其中G c (s)为PID 调节器，它的传递函数为要求校正后系统的闭环极点为-10±j10和-100，试确定PID 调节器的参数K p 、K i 和K d 。 解：希望的闭环特征多项式为 ()()()()*10101010100F s s j s j s =+-+++ 3212022002000s s s =+++ 校正后系统的闭环传递函数为 ()()()()() 2250() 51050d p i d p i K s K s K C s R s s s s K s K s K ++= +++++ 相应的闭环特征多项式为 ()()()()251050d p i F s s s s K s K s K =+++++ ()()32155050150d p i s K s K s K =+++++ 令()()*F s F s =，则得 1550120d K += ()5012200p K += 502000i K = 解方程组得，400,43, 2.1i p d K K K ===。由此可见微分系统K d 远小于K p 和K i ，这种情 况在实际应用中经常会碰到，尤其是在过程控制系统中。因此，在许多场合用PI 调节器就能满足系统性能的要求。 6-11c 某单位负反馈系统的开环传递函数1 ()( 3.61)(0.011) G s s s = ++，要使系统的速度误 差系数K v =10，相位裕量025γ≥。试设计一个最简单形式的校正装置（其传递函数用G c (s)表示）以满足性能指标（作对数幅频特性曲线，用渐近线表示）。 解 1()( 3.61)(1001)G s s s =++ 要求K v =10，在原系统中串联校正装置 10()c G s s = 得到校正后系统截止频率 5.5c ω≈ 得到相位裕量030γ=满足题目要求。 6-12c 在图6-17所示系统中，当K=10，T=0.1时，截止频率ωc =5。若要求ωc 不变，问如何选择K ，T 值才能使系统相位裕量提高45o ？ 解 当K=10,T=0.1时，系统截止频率ωc =5，可知10(0.11) ()1c s G s s +=+ 因而()arctan(0.1)arctan c G c c c j ?ωωω=- 10(0.51) ()20lg | |15c G c j L j j ω+=+ 若要重新选择K ，T 值，则使γ提高45o 。 设 111(1) ()1 c K T s G s s += + 当ωc =5时11()arctan()arctan c G c c c j T ?ωωω=- 111(1) ()20lg | |(1) c c G c c K jT L j j ωωω+=+ 由 1 0()arctan(0.1)45c G c c j ?ωω=+ 可得 01arctan()arctan(0.1)45c c T ωω=+ 即 T 1=0.6 另外，在增大γ的同时，要保持()|c c s j G s ω=的幅值不变，才能不改变系统截止频率，因此 1()()c c G c G c L j L j ωω= 1(31)10(0.51) 20lg | |20lg ||15(15) K j j j j ++=++ 填空30 问答20 分析10 设计15 计算分析25 第一章： 什么是过程控制？过程控制是生产过程自动化的简称。它泛指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或一定周期程序进行的生产过程自动控制，是自动化技术的重要组成部分。 过程控制系统的组成：被控对象和自动化仪表（包括计算机）两部分组成。（被控参数，控制参数，干扰量f(t)，设定值r(t)，反馈值z(t)，偏差e(t)，控制作用u(t)） 过程控制系统的分类：按结构不同：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈-反馈复合控制系统；按定值不同：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）顺序控制系统 过程控制系统的性能指标：根据稳定性、快速性、准确性的要求提出以下 单向性能指标：（1）衰减比（2）最大动态偏差和超调量（3）参与偏差（4）调节时间、峰值时间和振荡频率 综合性能指标：（1）偏差绝对值积分IAE（2）偏差平方积分ISE（3）偏差绝对值与时间乘积积分ITAE（4）时间乘偏差平方积分ITSE 第二章： 检测误差的类型、怎样克服？ 1、检测误差的描述 （1）真值所谓真值是指被测物理量的真实（或客观）取值。在当前现行的检测体系中，许多物理量的真值是按国际公认的公式认定的，即用所谓“认定设备”的检测结果作为真值。（2）最大绝对误差绝对误差是指仪表的实测示值x与真值x a的最大差值，记作△，即△=x-x a （3）相对误差δ=△/x a *100% （4）引用误差γ=△/（x max-x min）*100% （5）基本误差基本误差是指仪表在国家规定的标准条件下使用时所出现的误差。 （6）附加误差附加误差是指仪表的使用条件偏离了规定的标准条件所出现的误差。 2、检测误差的规律性 （1）系统误差系统误差是指对同一被测参数进行多次重复测量时，按一定规律出现的误差。克服系统误差的有效方法之一是利用负反馈结构。 （2）随机误差或统计误差当对同一被测参数进行多次重复测量时，误差绝对值的大小和符号不可预知地随机变化，但就总体而言具有一定的统计规律性，通常将这种误差称为随机误差或统计误差。引起随机误差的原因很多且难以掌握，一般无法预知，只能用概率和数理统计的方法计算它出现的可能性的大小，并设计合适的滤波器进行消除。 （3）粗大误差又称疏忽误差。这类误差是由于测量者疏忽大意或环境条件的突然变化而引起的。对于粗大误差，首先应设法判断是否存在，然后再将其剔除。 检测仪表的组成：传感器、变送器 检测仪表的基本特性 固有特性：（1）精确度及其等级（2）非线性误差（3）变差（4）灵敏度和分辨力（5）漂移（6）动态误差 《过程控制系统》习题解答 1-1 试简述过程控制的发展概况及各个阶段的主要特点。 答：第一个阶段50年代前后：实现了仪表化和局部自动化，其特点： 1、过程检测控制仪表采用基地式仪表和部分单元组合式仪表 2、过程控制系统结构大多数是单输入、单输出系统 3、被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数 4、控制的目的是保持这些过程参数的稳定，消除或减少主要扰动对生产过程的影响 5、过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题 第二个阶段60年代来：大量采用气动和电动单元组合仪表，其特点： 1、过程控制仪表开始将各个单元划分为更小的功能，适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统 2、计算机系统开始运用于过程控制 3、过程控制系统方面为了特殊的工艺要求，相继开发和应用了各种复杂的过程控制系统（串级控制、比值控制、均匀控制、前馈控制、选择性控制） 4、在过程控制理论方面，现代控制理论的得到了应用 第三个阶段70年代以来：现代过程控制的新阶段——计算机时代，其特点： 1、对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算系统进行多参数综合控制 2、自动化技术工具方面有了新发展，以微处理器为核心的智能单元组合仪表和开发和广泛应用 3、在线成分检测与数据处理的测量变送器的应用 4、集散控制系统的广泛应用 第四个阶段80年代以后：飞跃的发展，其特点： 1、现代控制理论的应用大大促进了过程控制的发展 2、过程控制的结构已称为具有高度自动化的集中、远动控制中心 3、过程控制的概念更大的发展，包括先进的管理系统、调度和优化等。 1-2 与其它自动控制相比，过程控制有哪些优点？为什么说过程控制的控制过程多属慢过程？ 过程控制的特点是与其它自动控制系统相比较而言的。 一、连续生产过程的自动控制 连续控制指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量控制，而且应是连续可调的。若控制动作在时间上是离散的（如采用控制系统等），但是其被控量需定量控制，也归入过程控制。 二、过程控制系统由过程检测、控制仪表组成 过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表和电子计算机等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和检测控制仪表两部分组成。 三、被控过程是多种多样的、非电量的 现代工业生产过程中，工业过程日趋复杂，工艺要求各异，产品多种多样；动态特性具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些过程的机理（如发酵等）复杂，很难用目前过程辨识方法建立过程的精确数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。 四、过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制 因为大惯性、大滞后等特性，决定了过程控制的控制过程多属慢过程；在一些特殊工业生产过程中，采用一些物理量和化学量来表征其生产过程状况，故需要对过程参数进行自动检测和自动控制，所以过程控制多半为参量控制。 锅炉控制系统简介 本锅炉控制系统设计遵循先进、可靠、安全、经济、适用、开放的原则。系统控制器采用DCS、计算机系统，能实现锅炉及辅机的热工控制、电气检测、联锁保护、自动调节及控制等，实现锅炉房生产过程控制自动化。 系统组成及技术要求 1系统组成 锅炉采用DCS控制系统集中监控，在锅炉房就地控制室内布置锅炉控制设备。整个锅炉系统的监视及控制功能将通过DCS控制系统实现，DCS将对锅炉系统所有被控对象进行监控，包括闭环控制、设备启、停控制，设备启停状态、远方/就地切换、主要工艺参数的监视（数据采集、LCD画面显示、参数处理、越限报警、制表打印等），并完成设备的连锁保护。机组正常运行时，运行人员主要在锅炉房就地控制室中通过LCD液晶显示器、键盘、鼠标来完成锅炉系统控制功能，只有非正常状态下，运行人员通过就地手操进行控制。 锅炉控制系统采用一套带冗余配置的DCS系统控制器及操作员站，实现对锅炉系统的集中监控，能对锅炉系统进行按键操作的全自动启动和停止的控制。控制系统由下述几部分组成：传感器、变送器，调节器及电动执行器等。同时系统能实现 对重要设备的手/自动切换和必要的手操功能。 锅炉自动调节系统包含下列项目： a 汽包水位自动调节； b 炉膛压力自动调节； c 蒸汽温度自动调节； DCS控制系统按dcS系统进行设计，其系统的配置及主要特性如下： 2、控制方式 采用集控、单机控制方式，集控方式下可以通过操作员站 的键盘和鼠标，对主、辅机设备进行启停，并由联锁功能；对各调节回路进行手动和自动控制；在手动方式下，通过备用操作盘启停设备和用硬手操对调节回路进行控制。系统主要运行在集控方式，只有控制系统故障时才在单机方式下运行。 集控方式下控制的设备有：引风机，鼓风机，给煤机，给水泵等。集控方式下的调节回路有：锅炉喂煤调节，炉膛负压调节，主蒸汽温度自控调节、汽包水位三冲量调节等。 3、主要画面监视及操作功能： 流程图参数显示 调节回路操作显示 电机控制显示 顺序启停操作 事件、报警显示 趋势记录显示保护报警显示 信号一缆表显示报表打印 1：串级控制系统参数整定步骤应为（）。 1.先主环，后副环 2.先副环后主环 3.只整定副环 4.没有先后顺序 2：仪表的精度等级指的是仪表的（） 1.误差 2.基本误差 3.允许误差 4.基本误差的最大允许值 3：串级控制系统主、副回路各有一个控制器。副控制器的给定值为（） 1.恒定不变 2.由主控制器输出校正 3.由副参数校正 4.由干扰决定 4：用K分度号的热偶和与其匹配的补偿导线测量温度。但在接线中把补偿导线的极性接反了，则仪表的指示（） 1.偏大 2.偏小 3.可能大,也可能小,要视具体情况而定 5：用4：1衰减曲线法整定控制器参数时得到的TS值是什么数值（） 1.从控制器积分时间旋纽上读出的积分时间 2.从控制器微分时间旋纽上读出的积分时间 3.对象特性的时间常数 4.是4：1衰减曲线上测量得到的振荡周期 6：当高频涡流传感器靠近铁磁物体时（） 1.线圈的震荡频率增加 2.线圈的电阻减小 3.线圈的电感增大 7：某容器控制压力，控制排出料和控制进料，应分别选用的方式为（）。 1.气开式；气开式 2.气关式；气关式 3.气开式；气关式 4.气关式；气开式 8：准确度等级是仪表按（）高低分成的等级。 1.精度 2.准确度 3.限度 9：不属于工程上控制参数的整定方法是（） 1.动态特性法 2.稳定边界法 3.衰减曲线法 4.比较法 10：最常见的控制结构除了反馈控制结构外还有。（） 1.串级控制 2.前馈控制 3.单回路控制 4.多回路控制 11：串级均匀控制系统结构形式与串级控制系统相同，它与串级控制系统有区别也有相同的地方。相同是（） 1.系统构成目的 2.对主、副参数的要求 3.参数整定顺序、投运顺序 4.干扰补偿方式 12：工业现场压力表的示值表示被测参数的（）。 1.动压 2.全压 什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？ 过程控制系统通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术中最重要的组成部分之一。基本分类方法有：按照设定值的形式不同【定值，随动，程序】；按照系统的结构特点【反馈，前馈，前馈-反馈复合】。 热电偶测量的基本定律是什么？常用的冷端补偿方式有哪些 均质材料定律：由一种均匀介质或半导体介质组成的闭合回路中，不论截面和长度如何以及沿长度方向上的温度分布如何，都不能产生热电动势，因此热电偶必须采用两种不同的导体或半导体组成，其截面和长度大小不影响电动势大小，但须材质均匀； 中间导体定律：在热电偶回路接入中间导体后，只要中间导体两端温度相同，则对热电偶的热电动势没有影响； 中间温度定律：一支热电偶在两接点温度为t 、t0 时的热电势，等于两支同温度特性热电偶在接点温度为t 、ta和ta、t0时的热电势之代数和。只要给出冷端为0℃时的热电势关系，便可求出冷端任意温度时的热电势,即 由于冷端温度受周围环境温度的影响，难以自行保持为某一定值，因此，为减小测量误差，需对热电偶冷端采取补偿措施，使其温度恒定。冷端温度补偿方法有冷端恒温法、冷端补偿器法、冷端温度校正法和补偿导线法。 为什么热电阻常用三线制接法？试画出其接线原理图并加以说明。 电阻测温信号通过电桥转换成电压时，热电阻的接线如用两线接法，接线电阻随温度变化会给电 桥输出带来较大误差，必须用三线接法，以抵消接线电阻随温度变化对电桥的影响。 对于DDZ－Ⅲ型热电偶温度变送器，试回答： 变送器具有哪些主要功能？ 变送器的任务就是将各种不同的检测信号转换成标准信号输出。 什么是变送器零点、零点迁移调整和量程调整？ 热电偶温度变送器的输入电路主要是在热电偶回路中串接一个电桥电路。电桥的功能是实现热电偶的冷端补偿和测量零点的调整。 （导热油）燃油、燃气手/自动两用 导热油：启动程序，1.循环泵启动、延时可调10秒左右燃烧机启动 控制程序：出油温度测温、回油温度测温显示，出油温度设定到停燃烧机，超温报警停燃烧机、下限设定启动燃烧机也可以用回油设定下限启动。出油压力控制超压报警全停！一般设定时会超出使用压力，回油压力控制低压燃烧机不能启动。膨胀槽油位控制上下限补油。烟囱测温，报警全停，（循环泵不停）（报警一定要有消音）。 燃油、燃气承压热水手/自动两用 一、启动程序：循环泵启，延时可调，燃烧机启动 二、控制程序：出水温度测温、回水温度测温显示、出水温度设定到停燃烧机，温度低下限设定时燃烧机启动， 三、强制补水系统控制：设定低压力补水，当管道补水压力比如设定低压为4公斤高压设定5kg补水达不到时循环泵、燃烧机不能不启动。管道出水压力设定比如低压5Kg到循环泵启动燃烧机启动，高压超压报警全停。《两块压力表控制》烟囱测温，报警全停，（循环泵不停）（要有消音） 燃油、燃气蒸汽手/自动两用 一、启动程序：燃烧机启动，补水泵启动，如有节能器循环泵和燃烧机是同步的。 二、控制程序：压力控制设定压达到时停燃烧机，低于设定压力时自动启动。 三、自动补水：最高、中、低、最低，显示。最低水位报警全停，低水位正常补水，中水位补水停止，高水位报警不停机。 四、一次测温：超温报警全停。二次测温：超温报警全停。三次测温：报警全停。（要有消音） 燃煤链条、蒸汽自动/手动另外做 启动程序：1.引风机启动，延时可调。2.鼓风机启动，延时可调。3.出渣机启动。 4.炉排启动。 停止顺序：设定蒸汽压力达到，停鼓风机、引风机、炉排、出渣机、补水泵不停。水位控制、温度控制和燃油气蒸汽锅炉一样。压力低于设定压力时自动启动一次测温、二次测温报警全停。（要有消音） 燃煤导热油、链条炉自动/手动另外做 启动程序：1.自动：循环泵启动延时可调。引风机启动延时、鼓风机启动延时、出渣机启动、炉排启动。《正常启动回油压力低时不能启动》 设定出油温度达到时停止顺序：鼓风机、引风机、炉排、出渣机停止，（循环泵不停）低于下限设定出油温度时自动启动。 出油压力超压时报警，回油低压设定：低压时报警，停止鼓风机、引风机、炉排、出渣机、（循环泵不停）膨胀槽上下限自动补油。 一次测温、二次测温、三次测温设定温度达到时和回油低压设定停止顺序一样） 第6章 思考题与习题 1．基本练习题 （1）与单回路控制系统相比，串级控制系统有什么结构特点？ 答： 串级控制系统在结构上增加了一个测量变送器和一个调节器，形成了两个闭合回路，其中一个称为副回路，一个称为主回路。由于副回路的存在，使得控制效果得到了显著的改善。 （2）前馈控制与反馈控制各有什么特点？为什么采用前馈-反馈控制系统能改善控制品质？ 答： 前馈控制的特点：开环控制、比反馈控制及时、可以作为专用调节器。 反馈控制的特点：属于闭环控制、可以抑制干扰对被控对象的影响、能够使被控参数稳定在设定值上保证系统的较高控制质量。 采用前馈－反馈控制系统能改善控制品质是因为该复合控制系统一方面利用前馈控制制及时有效的减少干扰对被控参数的影响；另一方面则利用反馈控制使参数稳定在设定值上，从而保证系统有较高的控制质量。 （3）前馈控制系统有哪些典型结构形式？什么是静态前馈和动态前馈？ 答：静态前馈：是指前馈补偿器的静态特性，是由干扰通道的静态放大系数和控制通道的静态放大系数的比值所决定的，它的作用是使被控参数的静态偏差接近或等于零，而不考虑其动态偏差。 动态前馈：必须根据过程干扰通道和控制通道的动态特性加以确定，鉴于动态补偿器的结构复杂，只有当工艺要求控制质量特别高时才需要采用动态前馈补偿控制方案。 （4）单纯前馈控制在生产过程控制中为什么很少采用？ 答： 因为前馈控制做不到对干扰的完全补偿： 1）前馈控制只能抑制可测不可控的干扰对被控参数的影响。对不可测的干扰则无法实现前馈控制；2）在实际生产过程中，影响被控参数变化的干扰因素是很多的，不可能对每一个干扰设计和应用一套前馈补偿器；3）前馈补偿器的数学模型是由过程的动特性()F G s 和0()G s 决定的，而()F G s 和0()G s 的精确模型是很难得到的；即使能够精确得到，由其确 定的补偿器在物理上有时也是很难实现的。 （5）简述前馈控制系统的选用原则和前馈控制系统的设计。 答： 1）前馈控制系统的选用原则为： 燃气热水锅炉控制 方案要求 基于PLC的锅炉供热控制系统及节能管理平台的设计需求 一、需求目的： 一个锅炉监控系统应主要包含以下几个部分： （1）各种设备状态和系统状态的采集； （2）锅炉和各种执行机构的控制。 设备状态的采集主要是锅炉输出的状态点，循环泵和补水泵给出的状态点，以及水箱等设备的状态点。锅炉的状态点主要包括锅炉的运行状态点、水箱的液位状态点、锅炉故障状态点、锅炉出水温度、锅炉回水温度、锅炉排烟温度；循环泵、补水泵以及电动调节阀等辅助其工作的变频设备的状态点。 系统状态的采集主要分为一次侧和二次侧。一次侧是锅炉到换热器之间的水循环系统，二次侧是到末端的水循环系统主要是指换热器循环系统。一次侧采集的状态包括一次侧供水温度、一次侧回水温度、一次侧供水压力、一次侧回水压力、烟温及燃烧机的工作状态及水箱水位、；二次侧采集的状态包括二次侧供水温度、二次侧回水温度、二次侧供水压力、二次侧回水压力；还有室外温度的采集，即可根据室外温度实现锅炉监控系统的自动控制。 锅炉和各种执行机构的控制主要是对锅炉本体的启停控制和 各种电动阀门的控制。将锅炉房内各个设备、仪器仪表、传感器、执行机构及通讯模块组成在线监控系统，经过完成对锅炉房和其它现场设备的数据采集和控制功能从而实现锅炉房的全自动控制，能够安全启停机组，达到无人值守。 供热管网经过控制系统的在线监测应实现以下目的： （1）监控各管网节点的实时数据，为系统管理和科学管理进行调度提供参数数据； （2）系统平衡功能计算，供热管网内的热水流动需要一定的水泵做功来完成，不合理的管网设计和建造将带来极大的能源浪费，经过对管网的相关部位的压力检测、增设压力调节阀，对管网的各部分压力进行合理的平衡分配（水平衡、热平衡等），能够大大地降低管网水泵的能源消耗； （3）异常报警，做到对管网异常及时准确响应； （4）能够监测各个主、支线管网，重要客户的实时用气量、对水、电、气实时采集，以便监管和控制。 二、燃气锅炉供热控制系统硬件部分： 1、PLC是整个控制系统的核心部件,采用西门子系列可编程逻辑控制器； 2、现场数据采集系统由温度传感器、压力传感器、燃气报警器、火焰监视器、水位传感器等组成； 一、单选题（共 5 道试题，共 20 分。） 1. 在过程控制中，使用最多的是（A）。 A. 气动执行器 B. 电动执行器 C. 热动执行器 D. 手动执行器 满分：4 分 2. 对于（D）摄氏度以上的高温，已不能用热电阻进行测量，大多采用热电偶进行测量。 A. 100 B. 200 C. 300 D. 500 满分：4 分 3. 从整理结构上看，智能温度变送器由（A）部分组成。 A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 满分：4 分 4. 电动仪表的供电方式有（A）和直流供电方式。 A. 交流供电方式 B. 动态供电方式 C. 间接供电方式 D. 直接供电方式 满分：4 分 5. 子流量计的流体流动方向为（B）。 A. 自上而下 B. 自下而上 C. 循环流动 D. 单相流动 满分：4 分 二、多选题（共 5 道试题，共 20 分。） 1. 直流集中供电的优点是（ABC ）。 A. 缩小了仪表的体积 B. 增强了防停电能力 C. 为仪表的安装创造了必要条件 D. 便于拆卸 满分：4 分 2. 常用热电偶可分为（AB）。 A. 标准热电偶 B. 非标准热电偶 C. 单相热电偶 D. 双向热电偶 满分：4 分 3. 系统的控制方案包括（ABC）。 A. 系统的构成 B. 控制方式 C. 控制规律 D. 控制过程 满分：4 分 4. 自动化仪表按安装场地不同，可分为（ABC ）。 A. 现场类 B. 控制室类 C. 自动化化类 D. 电气类 满分：4 分 5. 检测误差按检测数据中误差呈现的规律性可分为（BCD）。 A. 检测误差 B. 系统误差 C. 随机误差 D. 粗大误差 满分：4 分 三、判断题（共 15 道试题，共 60 分。） 1. 当微分时间较小时，增加微分时间可以减小偏差，增大响应时间。（） B. 正确 满分：4 分 2. 简单控制系统控制参数选择时，干扰通道的静态增益应尽可能小。（） A. 错误 B. 正确 满分：4 分 3. 控制系统的性能指标有单项指标和综合指标两种。（） A. 错误 B. 正确 满分：4 分 4. 方波响应曲线是在过程正常输入的基础上再叠加一个阶跃变化后获得的。（） A. 错误 B. 正确 满分：4 分 5. 在确定控制参数时，还应考虑工艺操作的合理性、可行性与经济性的关系。（） A. 错误 满分：4 分 6. 衰减曲线法是与临界比例度法完全不同的方法。（） 地铁运营自动化监测技术国内外研究现状调研报告 上海地矿工程勘察有限公司 二O一O年十一月 目录 第一章前言 (1) 第二章国内外监测技术研究现状 (1) 2.1 全站仪自动量测系统 (2) 2.1.1 系统的构成 (2) 2.1.2 TCA自动化全站仪 (2) 2.1.3 Leica标准精密测距棱镜 (3) 2.1.4 计算机 (4) 2.1.5 其他设备 (4) 2.1.6 实时监控软件 (4) 2.1.7 后方处理软件 (4) 2.1.8 观测方法 (5) 2.1.9误差来源 (5) 2.1.10误差来源 (5) 2.2 静力水准仪系统 (6) 2.2.1 系统组成 (6) 2.2.2 静力水准仪的结构 (6) 2.2.3 静力水准仪的测量原理 (7) 2.2.2 RJ型电容式静力水准仪主要技术指标 (8) 2.2.3 静力水准仪的安装及调试 (9) 2.2.4 静力水准仪的观测和运行维护 (10) 2.2.5静力水准仪漏液及蒸发后所得数据的处理 (10) 第三章自动化监测项目的必要性与可行性分析 (11) 3.1 项目必要性分析 (11) 3.1 重大工程运营安全已成为社会稳定的重要因素之一 (11) 3.2 随着轨道交通不断建设和投入使用，地质环境变化及自身结构变形对其安全运营影响日益显现 (11) 3.2 重大工程安全运营对环境要求不断提高，需及时地掌握影响其安全运营的变形情况 (13) 3.2 目前国内监测市场的方法体系相对落后、不够系统，有待提高 (14) 3.2 项目可行性分析 (14) 3.2.1政府和社会的高度重视 (14) 3.2.2国内外相关技术的飞速发展提供了技术可行性 (14) 第四章结束语 (15) 过程控制系统试题答案 一. 填空 (22分.每个空格 1分) 1.（一）；（若干） 2.1).单冲量;2). 双冲量；3). 三冲量 3.对象；线性阀；对数阀（等百分比）；快开阀；抛物线。 4.受控变量（被控变量）；偏差；扰动（干扰）；开环；安全保护（软限）；危险 5.串级；减少；频率。 二.回答下列各问 (20分) 1.一器多阀与分程自控系统有什么区别？ (4分) 答：一器多阀是调节器输出控制多个调节阀，但每个调节阀都工作在调节器输出信号的全范围内，即阀由全开到全关信号从0.2~1.0kgf/cm），而分程控制系统调节阀都各自工作在调节器输出信号的某一范围内（如0.2~0.6kgf/cm）完成全开到全关（或反之）。 2.往复泵进行负荷控制时，调节阀为什么不能安装在泵的出口管线上？ (2分) 答：因为往复泵的压头与流量无关，即往复泵输出流量是固定不便的。因此，往复泵出口安装调节阀会造成往复泵憋压，损坏往复泵。 3.串级．前馈．均匀及比值控制系统引入的目是什么? (4分) 答：串级控制系统引入主要是为了提高控制系统质量，去解决对主变量影响较大，可测可控的主要干扰变量，或对象容量滞后较大情况引入的。前馈控制系统也是为提高控制系统质量，不同点是解决对那些可测不可控的主要干扰变量；均匀控制系统解决前后设备供求矛盾为工艺目的服务的。 4.设计一个自控系统一般包括哪些内容? (3分) 答：1）选择受控变量；2）选择操纵变量；3）选择调节阀特性 4）测量变送元件；5）调节器的控制规律；6）控制系统投运及参数整定。 5.自动控制系统投运时为什么作到无扰动切换? 如何作到无扰动切换(4分) 答：为防止因切换造成人为干扰，使系统变成不稳定。因此，必须作到无扰动切换。 即切换过程中使控制器输出保证不便。因此，切换时应使测量等于给定值，使偏差为零，这样切换时，保证控制器输出保证不便。即保证阀位不便，对系统无扰动。当然切换时应平稳、迅速。 6.什么是可控性?它的引入是解决什么问题?用什么参数表征? (3分) 答：可控性就是指对过程进行控制的难易程度。它的引入主要解决： 1）操纵变量的选择2）控制方案的比较、改进；用Kmax*WC表示。 三.分析下列自控系统设计是否正确并简述理由.(8分.每题 2分) 1）答：正确。因为流量检测点安装在.压缩机出口管线上，是.压缩机负荷控制。 2）答：不正确。因为大量不凝性气体，不能通过改变泠凝率使大部分气体泠凝。 3）答：正确。因为工艺介质温度低，阀安装在蒸汽管道上易造成系统波动，不稳定。 4）答：正确。由于热载体温差大于冷流体温差，调节系统灵敏，节省载热体。 四.确定下列各自控制系统中调节阀的开/闭形式,调节器的正/反作用,?加法器的符号及选择器的功能..(10分) 自动化变形监测技术的研发与应用 摘要：在各项工程的变形自动化监测方面，测量机器人正逐步成为首选的自动化测量技术设备。与传统人工测量手段相比，测量机器人以它的高精度、高稳定性和高可靠性等优越性，在变形监测中发挥越来越重要的作用。自动化变形监测能够在无人值守情况下完成变形监测，完全能够取代人工测量，同时还为我们提供了可视化的动态变形信息，做到了信息化施工，也避免了工程事故的发生。 关键词：自动变形监测；传统人工测量；自动全站仪；可视化 The development and application of automatic deformation monitoring Subtract：In the project of the automation deformation monitoring, measuring robot is gradually becoming the preferred automation measuring technology equipment.The system is simple operation, high automation level. Compared with the traditional artificial measurement methods, measuring robot to its high precision, high stability and high reliability etc- advantages in deformation monitoring playing more and more important- role. When no one guards,it can complete deformation monitoring and completely replace artificial measurement. At the same time, it also provides us with a visualization of the dynamic deformation information. We can do the informatization construction and avoid engineering accident. Key words: automatic deformation surveying ; The traditional artificial measurement; automatic total station; visualization 1 引言 传统的工程变形监测测量是靠人工实地测量，工作量大，测出的各项参数存在一定的系统误差和人工误差，还要受天气和现场条件状况的影响，资料的整理与分析周期也很长，不能及时地发现工程隐患。为了解决这些问题，测量机器人开始进入人们的视野。测量机器人通过CCD影像传感器和其它传感器对测量的“目标”进行识别，迅速做出分析、判断与推理，实现自我控制，并自动完成照准、读数等操作。自动化变形监测系统是采用测量机器人对各种工程进行自动化安全监测和数据处理的通用软件系统，可对各监测点进行实时监控、自动测量和变形过程显示等功能。国内外自动化变形监测系统的研究和开发也取得一定成果。例如,国内武汉大学张正禄开发研制的测量机器人变形监测系统等，国外德国Leica公司推出的Geomos(Geodetic Monitoring System)自动监测系统,已经相对比较完善。 2 系统整体设计 (1)工程管理：工程中保存着该变形监测项目在监测过程中的相关数据。 (2)系统初始化:实现各项通讯参数设置以及测量机器人的初始化设置等。 (3)学习测量:对所需观测的目标点进行首次人工测量，获取目标点概略空间位置信息,以便日后计算机控制测量机器人自动搜寻定位目标点,完成自动测量。 浅谈过程控制与自动化仪表 摘要随着自动化仪表的更新换代，现代科学技术的发展需要自动化仪表和过程控制提供技术保障，要不断地改进生产技术，使其朝着智能化、网络化、开放性发展。 关键词自动化仪表；自动化技术；过程控制 1 引言 过程控制泛指石油、化工、电力、冶金、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，其被控量通常为压力、液位、流量、温度、PH值等过程变量，是自动化技术的重要组成部分。其作用体现在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术可实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。自动化仪表是用于生产过程自动化的仪器或设备，是实现工业企业自动化的必要手段和技术工具。其特点是兼容性、统一标准。 2 过程控制概述 2.1 过程控制的特点、要求及任务、功能结构 过程控制的特点：系统由被控过程和检测控制仪表组成；被控过程的多样性；控制方案的多样性；控制过程大多属于慢变过程与参量控制；定值控制是过程控制的主要形式。 生产过程对控制最主要的要求可以归结为三个方面，即：安全性、稳定性和经济性。过程控制的任务，就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的各种特性的基础上，根据工艺生产提出的要求，应用控制理论对控制系统进行分析、设计和综合，并采用相应的自动化装置和适宜的控制手段加以实现，最终达到优质、高产、低耗的控制目标。 图1过程控制的功能结构图 过程控制的功能结构：测量变送与执行，由测量变送装置与执行装置实现； 操作安全与环保，保证生产安全、满足环保要求的设备(独立运行)；常规与高级控制，实现对过程参数的控制，满足控制要求；实时优化，实现最优操作工况(时间，成本，设备损耗)而设计的方案；决策与计划调度，对整个过程进行合理计划调度和正确决策，使企业利益最大化。 2.2 过程控制的分类 按照被控变量的给定值分类，可分成以下三类： 1. 定值控制系统，是一种被控变量的给定值始终固定不变的控制系统。如：液位控制系统； 2. 随动控制系统随动控制系统是一种被控变量的给定值随时间不断变化的控制系统，例如：锅炉的燃烧控制系统； 3. 程序控制系统(又称顺序控制系统)程序控制系统是被控变量的给定值按预定的时间程序来变化的控制系统。例如：冶金工业中的金属热处理的温度控制。 2.3 过程控制发展概况 20世纪40年代前后(手工阶段)：手工操作状态，凭经验人工控制生产过程，劳动生产率很低； 20世纪50年代前后(仪表化与局部自动化阶段)：过程控制发展的第一个阶段，实现了仪表化和局部自动化； 20世纪60年代(综合自动化阶段)：检测和控制仪表-----采用单元组合仪表(气动、电动)和组装仪表，实现直接数字控制(DDC)和设定值控制(SPC)；过程控制系统结构------多变量系统，各种复杂控制系统，如串级、比值、均匀控制、前馈、选择性控制系统，控制目的------提高控制质量或实现特殊要求； 20世纪70年代以来(全盘自动化阶段)：发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三个阶段。 3 自动化仪表概述 自动化仪表是用于过程自动化的仪器或设备，过程控制系统是实现生产过程自动化的平台，而自动化仪表与装置是过程控制系统不可缺少的重要组成部分。 3.1 自动化仪表的分类 (1) 按照安装场地分 现场仪表(一次仪表)、控制室仪表(二次仪表)； (2) 按能源形式分 ①气动控制仪表：以压缩空气为能源。 优点：结构简单，性能稳定，可靠性高，易于维修，天然防爆； 缺点：气动信号传输速度极限=声速340 s，体积庞大。 ②电动控制仪表 优点：信号快速，远距离传输：易于实现复杂规律的信号处理，易 于与其他装置相连，供电用电方便，无需空压机和油泵、水泵； 缺点：不天然防爆；易受电磁干扰；功率不易大，近年的电动仪表 多采用了安全防爆措施，应用更加广泛。 ③液动仪表(以高压油和高压水为能源) 优点:工作可靠，结构简单，功率大，防爆； 火力发电厂锅炉给水自动控制系统 工业锅炉的汽包水位是运行中的一个重要参数，维持汽包水位是保持汽轮机和锅炉安全运行的重要条件，锅炉汽包水位过高会造成汽包出口蒸汽中水分过多，使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时还会使过热汽温急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低则可能导致锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁管供水不足而烧坏。 1.串级三冲量给水控制 如今的汽包水位自动控制基本上都是通过分散控制系统（DCS）来实现的，而控制策略基本上已串级三冲量给水控制为主，单回路调节已不能适应大型锅炉汽包水位的控制，如今已很少采用，串级三冲量给水控制由于引入了蒸汽流量和给水流量信号，对快速消除，平衡水位有着明显的效果，因此被广泛采用。 1.1 串级三冲量给水控制系统工作原理 如图 4.1 所示，串级三冲量给水控制系统由主调节器PI1(控制器1)和副调节器PI2（控制器2）串联构成。主调节器接受水位信号H f为主控信号，其输出去控制副调节器。副调节器接受主调节器信号I H外，还接受给水量信号I W和蒸汽流量信号I D。副调节器的作用主要是通过内回路进行蒸汽流量D 和给水流量W 的比值调节，并快速消除水侧和汽侧的扰动。主调节器主要是通过副调节器对水位进行校正，使水位保持在给定值。 串级三冲量给水控制系统有以下特点：两个调节器任务不同，参数整定相对独立。主调节器的任务是校正水位，副调节器的任务是迅速消除给水和蒸汽流量扰动，保持给水和蒸汽量平衡。给各整定值的整定带来很大的便利条件。在负荷变化时，可根据对象在内外扰动下虚假水位的严重程度来适当调整给水流量和蒸汽流量的作用强度，更好的消除虚假水位的影响，改善蒸汽负荷扰动下水位控制的品质。给水流量和蒸汽流量的作用强度之间是相互独立的，这也使整定工作更加方便自由。 我国大坝自动化安全监测现状 200930201489周杰华 我国大坝自动化安全监测的研究始于70年代末，80年代有了长足的进步，进入90年代中期以后，随着现代科学技术的迅猛发展，特别是传感技术、计算机和微电子技术、通信技术的巨大发展，我国大坝自动化安全监测技术的总体水平有了一个质的飞跃，监测自动化技术已渐趋成熟，大坝安全监测的实时性、稳定性、可靠性和实用性有了显著的提高。可以说21世纪大坝自动化安全监测已进入了推广应用的新时代。 一、概述 从1992年对83座水电站大坝开展了首轮水电站大坝安全监测设施更新改造工作开始，通过八年多的努力，绝大部分水电站大坝已完成以“完善化为主，着重配齐必要的监测项目，提高监测精度、稳定性和可靠性”为目标的更新改造工作，设置了必要的变形、渗流等监测项目，大坝安全监测设施的现状有了较大的改善，使这些大坝健全了监视其安全的耳目。但是，通过调查发现:由于客观因素的限制和变化以及人们认识水平的不断提高，部分大坝的监测设施还存在一些问题。如:有的大坝变形监测未设校核基点，或测点布置和结构不合理，或监测精度不能满足规范要求，或设备老化、受损，或自动化程度不高等。 在大坝自动化安全监测方面，根据对电力系统136座水电站大坝自动化安全监测调查情况看，有60座水电站大坝单个或多个监测项目采用了监测自动化技术，实现了数据的自动采集。其中，有33座大坝的变形、渗流等主要监测项目实现了监测自动化，有18座大坝的变形监测实现了自动化，有6座大坝的渗流监测实现了自动化。系统都有在线监测的功能(如数据的自动采集、传输、储存和处理)，大多数系统还有离线分析、建立数学模型、报表制作、图形制作等功能。 大坝自动化安全监测的实现，提高了监测精度，改善了监测条件，减轻了劳动强度，增强了对大坝的在线监测能力，为今后实现在线监控和在线管理打下了良好的基础。同时对及时掌握大坝运行状态发挥了重要作用，也为大坝安全评价提供了科学依据。 从调查的资料中也可以看出，各大坝的监测自动化系统的规模、功能、稳定性、可靠性参差不齐，绝大多数基本能满足监测要求。但也有一些系统，特别是1995年以前建成的系统问题较多，有的已处于瘫痪状态(如盐锅峡)，有的监测数据系列较差、精度低不能满足资料分析要求(如桓仁、回龙山的垂线，梅山的垂线，柘溪的垂线和量水堰、富春江的引张线，长潭的激光准直，枫树坝的采集单元等)，急需进行改造完善。系统发生故障的原因主要有:传感器、设备元器件质量差，还有雷击、潮湿、鼠咬、浸水等外界因素。 二、下面分监测方法、监测仪器(传感器)、数据采集系统、监控管理系统四大部分对目前的监测自动化有关现状加以叙述。 1 监测方法 选择有效的监测方法是取得良好监测效果的保证。表1汇总了大坝自动化安全监测常用 《控制系统》课程设计课题：加热炉温度控制系统 系别：电气与电子工程系 专业：自动化 姓名： 学号：1214061（44、32、11） 指导教师 河南城建学院 2010年12月29日 成绩评定· 一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。 二、评分（按下表要求评定） 评分项目 设计报告评分答辩评分平时表现评分 合计 （100分）任务完成 情况 （20分） 课程设计 报告质量 （40分） 表达情况 （10分） 回答问题 情况 （10分） 工作态度与 纪律 （10分） 独立工作 能力 （10分） 得分 课程设计成绩评定 班级姓名学号 成绩：分（折合等级） 指导教师签字年月日 一、设计目的： 通过对一个使用控制系统的设计，综合运用科学理论知识，提高工程意识和实践技能，使学生获得控制技术工程的基本训练，培养学生理论联系实际、分析解决实际问题的初步应用能力。 二、设计要求： 设计一个加热炉温度控制系统，确定系统设计方案，画出系统框图，完成元器件的选择和调节器参数整定。 三、总体设计： 1．控制系统的设计思想 串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 2 .加热炉控制系统原理 加热炉控制系统以炉内温度为主被控对象，燃料油流量为副被控对象的串级控制系统。该控制系统的副回路由燃料油流量控制回路组成，因此，当扰动来自燃料油上游侧的压力波动时，因扰动进入副回路，所以，能迅速克服该扰动的影响。 由于炉内温度的控制不是单一因素所能实现的，所以，还要对空气的流量进行控制。空气的控制直接影响炉内燃烧的状况，不仅影响炉温，还直接影响了能源的利用率和环境的污染。所以，对空气的控制很有必要，其原理和燃料控制相同。 锅炉自动化 李永 2015年8月1日 1 目录 一、概述 (3) 二、锅炉控制系统的功能与工作原理 (4) 三、几个主要的控制回路 (5) 四、综上所述 (6) 2 锅炉的自动化 一概述 锅炉微机控制，是今年来开发的一项新技术，它是微型计算机软件硬件自动控制锅炉节能等几项技术紧密结合的产物，目前大多数工业锅炉仍处于能耗高浪费大环境污染严重的生产状态。提高热效率，降低耗煤量，降低耗电量，用微机进行控制是一件具有深远意义的工作。 工业锅炉采用微机控制和原有的仪表控制方式相比具有以下几点明显优势： 1 直观而集中的现实锅炉的运行参数。 2 可以按需要谁是的打印或定时打印，能对运行庄康进行准确地记录，便于事故追踪和分析，防止事故的瞒报漏报现象； 3 在运行中可以谁是方便的修改参数的控制值，并修改系统的控制参数； 4 减少了现实仪表，还可利用软件来替代许多复杂的仪表单元，（例如加法器微分器滤波器限幅报警器等），从而减少了投资也减少了事故率； 5 奇高锅炉的热效率。 综合以上所述种种有点可疑预见采用计算机控制锅炉系统是行业的大势所趋。 二锅炉控制系统的功能与工作原理 1. 1 锅炉控制系统的硬件配置，功能较好首推可编程序控制器PLC，适合于多台大型锅炉控制， 由于PLC具有输入输出光电隔离停电保护自诊断等功能，所以抗干扰能力强，能置于环境恶 劣的工业现场中，故障率低。PLC编程简单，易于通信和联网，多台PLC进行连接及与计算机进行连接，实现一台计算机和若干台PLC构成分布式控制网络，另外使用PLC加上机位的控制系统具有很好的扩容性，如需要增加控制点或控制回路只需添加少量输入输出模块即可，为以后的控制系统升级改造和其它功能的添加打下良好基础，根据锅炉系统的不同，PLC控制系统的选型也有很大不同。大型锅炉控制系统的控制点数较多（1000以上），控制要求较高，宜选用冗余控制系统。中型控制系统的控制点数一般为200-1000点，多为几台锅炉的集中控制，控制系统多为单机系统。小型锅炉控制系统的控制点数一般为100点左右，多为单台锅炉的集中控制，并与手操器及现实仪表共同构成控制系统。 2锅炉微机控制系统，一般由一下几部分组成，即由锅炉本身一次仪表、控制系统、上机位、手自动切换操作、执行机构及阀、电机等部分组成，一次仪表将锅炉的温度、压力、流量、氧量、转数等量装换成电压、电流等送入微机。控制系统包括手动和自动操作部分，手动控制时由操作人员手动控制，用操作器控制变频器、滑差电机及阀门等，自动控制时对微机发出控制信号经执行机构进行自动操作。微机对整个锅炉的运行进行检测、报警、控制以保证锅炉正常、可靠地运行，除此以外拨正锅炉运行的安全，在进行微机系统设计时，对锅炉水位、锅炉气泡压力等重要参数应设置常规仪表及报警装置，以保证水位和气泡压力有双重甚至三重报警装置，以免锅炉发生重大事故。 三几个主要的控制回路 1 给水控制 在正常运行时，给水调节阀由蒸汽流量、气包水位和给水流量的三冲量控制，汽包水位信号经汽包压力补偿后作为主调的输入，蒸汽流量信号经温度、压力修成后给水流量信号一起作为副调的反馈输入。启动时只有汽包水位的单冲量控制。单冲量控制和三冲量控制能互相无扰动切换。 汽包水位过高，会影响汽包内汽水分离，饱和水蒸汽带水过多，使过热蒸汽温度降低，负荷正大时，水的汽化速度加快，汽包内水量迅速减少，如不及时调整，会使汽包内的水全部汽化，危机锅入安全。当负荷非常不翁丁时，给水流量的扰动，使汽包水位有较大延迟，蒸汽流量变化，会出现虚假水位，使得三冲量难以运行，因此先以单冲量投入运行，使工况稳定后在投入三冲量，也要求单冲量和三冲量两种控制方式能方便地进行无扰切换。 2 过热蒸汽气温控制 锅炉正常运行时不仅要求主汽压力稳定，而且要求主汽温度稳定。主汽温度是反应机组运行情况过程控制与自动化仪表(复习要点)
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