热工控制考试

在电站生产领域，自动化（自动控制）包含的内容有哪些？生产自动化范畴：数据采集与管理；回路控制；顺序控制及联锁保护。

管理自动化范畴：办公自动化系统；设备管理系统。

电站自动化的发展经历了几个阶段，各阶段的特点是什么？第一阶段：人工操作，劳动力密集型；（50年代）第二阶段：关键生产环节自动化，仪表密集型；（60、70年代）第三阶段：机、炉、电整体自动化，信息密集型；（80、90年代）第四阶段：企业级综合自动化，知识密集型。

（90年代后期至今）比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。

闭环控制系统特点：将被控制量的测量值与给定值进行比较；自动修正被控制量出现的偏差，控制精度高；配备测量变送装置；克服扰动的能力强。

开环控制系统特点：被控制量的测量值与给定值不再进行比较；结构简单，成本低廉；不设置测量变送装置；克服扰动的能力差。

定性判断自动控制系统性能的指标有哪些？它们之间的关系是什么？稳定性、准确性、快速性。

对于同一个控制系统，其稳、准、快三方面之间是相互制约的。

如果提高了系统的快速性，往往会引起系统的动荡，动态偏差增大；改善了平稳性，过度过程又相对缓慢。

定性描述下面4条曲线的性能特点，给出其衰减率的取值范围。

答：蓝线——，过度过程平稳，但响应速度慢，快速性差；绿线、红线——，绿线，响应速度快，但动态偏差较大，准确性差，红线，响应速度适中，动态偏差较小，综合性能较好；紫线——，响应速度很快，但引起系统等幅震荡，动态偏差增大，准确性差。

在热工控制系统中，影响对象动态特性的特征参数主要有哪三个？容量系数，衡量对象储存物质（能量）能力的特征参数；阻力系数，衡量物质（能量）在传输过程中遇到阻力大小的特征参数；传递迟延，物质（能量）在传输过程因传输距离的存在而产生的响应滞后现象。

纯迟延与容积迟延在表现形式上有什么差别，容积迟延通常出现在什么类型的热工对象上？纯迟延——物质（能量）在传输过程因距离的存在而产生的响应滞后现象；容积迟延——由于容积的增加而产生的容积滞后现象。

建立热工对象数学模型的方法有哪些？请简要说明。

机理建模，根据对象或生产过程遵循的物理或化学规律，列写平衡方程及反映流体流动、传热、传质等基本规律的运动方程，从中获得数学模型；试验建模，根据过程的输入输出实测数据进行某种数学处理后得到模型。

该方法通常只用于建输入/输出模型，建模过程不需要深入掌握系统内部机理。

了解由阶跃响应曲线求取被控对象数学模型的方法、步骤及注意事项，能对切线法、两点法做简单的区分。

方法：试验建模；步骤：施加扰动——记录数据——分析曲线注意事项：试验前系统处于需要的稳定工况，留出变化裕量；扰动量大小适当，既克服干扰又不影响正常运行；采样点间隔足够小，真实记录响应曲线的变化；试验在主要工况下进行，每一工况重复几次试验；进行正反两个方向的试验，减小非现行的影响。

PID控制器（包括各种组合形式）的数学表达式、特点、应用场合及注意事项。

答：特点：P——有差调节、调节过程迅速、控制作用贯穿整个过程；I——无差调节、调节过程较比例环节慢、不适用于无自平衡对象；D——对偏差的变化速度进行调节、调节过程具有一定的预见性、主要在调节初期起作用，调节作用及时。

注意事项：P——理论上讲，对于二阶系统，比例带取值不影响系统稳定性；实际应用中，如果取的过小，系统振幅增大，也会导致系统不稳定。

I——理论上讲，单容对象配积分调节器，调节过程总是稳定的；实际应用中，如果取得过小，系统振幅增大，也会导致系统不稳定。

D——纯微分作用不能单独使用，切避免微分作用太强。

应用场合：P——比例作用贯穿整个调节过程；I——积分作用体现在调节过程后期，用以消除静差；D——微分作用体现在调节过程初期，加快响应速度。

微分作用通常不单独使用，请简述原因。

调节器本身存在不灵敏区；在较小扰动下被调量的变化量和变化速率很小；在调节器无法感知误差微小变化的情况下，误差会累积成一个较大的值。

比例作用中分别加入积分和微分作用后，控制系统性能和稳定性会有哪些变化？为保持控制性能，相应参数应做哪些调整？加入D调节：调节迅速，消除稳态偏差，有效抑制被调量的震荡，提高系统稳定性。

但微分作用不宜过强，否则会引起执行机构过度动作和系统震荡，对高频干扰具有放大作用。

减小，减小静态误差。

加入I调节：通过适当减小来补偿由于积分作用引起的稳定性下降；提高闭环系统的阻尼比，阻尼比的增加对应于衰减率的增加，相应地，系统的稳定性提高。

PID控制器的整定方法有哪些？各有什么特点？分别适用何种类型的被控对象？整定方法：临界比例带法，优点：特点鲜明，独立于对象，缺点：局限性大衰减曲线法，优点：限制少，应用广泛，缺点：精度不高经验法，优点：方法简单，可操作性强，缺点：工作量大，参数难匹配动态参数法，优点：对象与调节器关系明确缺点：对象动态特性试验繁琐简述控制系统被调量和调节量的选取原则及注意事项。

被调量的选取，一般情况下，欲维持的工艺参数就是系统的被调量；实际生产中，有些工艺参数还没有有效手段，此时需要将间接测量信号作为被调量。

调节量的选取，选择工艺上允许作为控制手段的变量，不应选择工艺上的主要物料量和不可控的变量。

简述纯迟延环节对控制系统性能的影响（根据其所处位置不同分别论述）。

干扰通道存在纯迟延不影响控制品质，只是扰动作用的影响在时间上顺延时间。

控制通道存在纯迟延，控制作用不能及时影响被调量，系统控制品质会变坏，系统动态偏差增加。

而且越大，控制品质越差。

简述SAMA的定义及基本图例。

会用SAMA绘制简单的闭环控制系统，满足一定的功能需求。

SAMA图是美国科学仪器制造协会所采用的绘制图例（它易于理解，功能表示清楚，广为自动控制系统采用）。

测量或信号显示自动信号处理手动信号处理执行机构简述磨煤机控制系统的控制任务、系统结构及主要功能。

控制任务：保证磨煤机磨成煤粉的细度符合规定；保证磨煤机出口风粉混合物的温度。

系统结构——单回路控制：磨煤机负荷控制回路；磨煤机入口负压控制回路；磨煤机出口温度控制回路。

主要功能：将原煤块磨成煤简述除氧器控制系统的控制任务、系统结构及主要功能。

控制任务：去除给水中的氧气和其他气体，控制给水达到该压力下的饱和温度；维持除氧器水位，汇集各种疏水和补充水；保证锅炉的给水储备。

系统结构：除氧器压力控制系统；除氧器水位控制系统。

主要功能：对锅炉给水进行除氧及去除其它气体，避免管道及锅炉受热面遭到深度及针孔腐蚀，减少对传热效果的妨碍。

简述串级控制系统的结构、功能特点及适用场合（对象）。

两个调节器、一个调节机构、两个对象、两个测量变送器。

功能：具有很强的克服内扰的能力；减小内回路时间常数，提高系统工作频率；对工况变化有一定的适应能力。

使用场合：多干扰，大延迟，变工况。

简述串级控制系统副回路的设计原则。

设计原则：副对象时间常数小，调节通道短，反应灵敏；副回路包含被控对象所受的主要干扰；主、副回路工作频率适当匹配；副回路设计应考虑工艺上的合理性。

简述过热蒸汽被控对象的特点及控制难点。

特点：主要受蒸汽流量、烟气流量及减温水流量的影响；控制难点：过热蒸汽管排数量庞大，结构复杂。

管道流程长。

在全工况变化下，动静态偏差变化显著。

画出过热汽温串级控制系统方框图。

答：为什么要对过热蒸汽温度采用分段控制，特点是什么？大型锅炉过热器管道长，结构复杂。

特点，每段都是独立的汽温控制系统；分段控制不仅使过热器出口汽温保持稳定，也使中间各段汽温保持稳定，有利于管道安全；各段控制器参数分别整定；控制系统复杂，参数整定、调试、维护量大。

学会分析过热蒸汽温度控制SAMA图。

主蒸汽温度控制系统组态图由哪两部分组成？各有什么功能？主蒸汽温度控制系统中的温度给定值是如何产生的？为什么？组成，主回路——定值控制系统，要求有较高的控制精度；副回路——随动控制系统，要求快速准确跟踪主调节器的输出。

汽机第一级压力经函数组件f1（x）、f2（x）修正后作为主调节器的定值，T1位切换组件，当定压运行时，输出与f1（x）接通，滑压运行时，输出与f2（x）接通，这样可以保证在不同工况下启动时，升温速度有所不同，从而保证机组安全运行。

导前微分控制系统的特点。

导前微分控制系统等效成串级控制系统时的主副调节器分别是什么？导前微分控制系统中，微分器能换成比例环节吗？为什么？特点，等效地改善了被控对象的动态特性；减小动态偏差，改善控制品质；有很强的克服内扰的能力。

导前微分控制系统等效成串级控制系统不能换成比例调节。

因为微分器出口静差为0.再热汽温的控制方式有哪些？哪种最经济？其中哪些属于烟气侧控制？烟气侧控制经济。

（常用烟气挡板调节）；烟气侧控制——烟气挡板控制、烟气再循环控制、燃烧器摆角控制；蒸汽侧控制——汽-汽换热器控制、喷水减温控制。

前馈控制系统的特点是什么？一个反馈控制系统中加入前馈环节对系统稳定性有何影响前馈—反馈复合控制系统的组成和特点是什么？前馈控制的特点，干扰一旦出现，调节器直接根据检测到的干扰的大小和方向按一定规律进行控制。

显然，干扰发生后，在被控制量发生变化前，控制作用就产生了，节省了反馈控制的“两段时间”，控制作用及时。

无影响。

前馈—反馈复合控制系统的组成和特点，引入反馈控制后，前馈控制的补偿条件不变；前馈控制器的形式与前馈作用的位置有关；引入前馈控制后，系统的稳定性不受影响。

汽包锅炉给水控制系统的任务是什么？汽包锅炉给水控制系统中的三冲量分别是什么？说明为什么要引入三个冲量信号？给水控制系统的任务，维持汽包水位；保持给水量稳定。

三冲量：给水流量W，蒸汽流量D，燃烧率M，三者都会对汽包水位产生影响。

什么是虚假水位现象？汽包锅炉给水控制系统中如何克服虚假水位现象？与单级三冲量系统比较，分析串级三冲量系统的组成与优缺点？答：虚假水位——由于在热负荷增加时蒸发强度的提高，使汽水混合物中的汽泡容积增加，而且这种现象必然先于蒸发量增加之前发生，从而使汽包水位先上升的现象。

（1）前馈作用快速补偿了由于蒸汽流量变化引起的“虚假水位”现象；（2）“负微分”能有效地克服“虚假水位”现象引起的水位动态偏差。

组成：H——反馈信号，使汽包水位为给定值；W——反馈信号，克服内扰，增强稳定性；D——前馈信号，克服“虚假水位”的影响；比较：（1）整定串级：整定回路相对独立，容易整定单级：内外回路相互影响，兼顾内外回路；（2）在单级/串级中的作用不同；单级中的等效比例带；串级中可为=1；（3）单级需要考虑静态配合；（4）串级可附加前馈冲量；（5）汽机甩负荷，锅炉仍要维持低负荷运行时，H要保持给定值，串级调节时间长。

什么是给水全程控制？给水全程控制的特殊任务有哪些？什么是一段控制两段控制？在锅炉给水全过程中都实现自动控制，即能在控制设备正常的条件下，不需要操作人员的干涉，就能保持汽包水位及给水流量在允许的范围内。