制冷与空调装置控制技术：习题解答

习题解答1-1什么是自动控制？什么是人工控制？两者有何异同点？答：人工控制是指在人直接参与的情况下，使被调参数达到给定值或按照预先给定的规律变化的过程。

自动控制是指在无人直接参与的情况下，使被调参数达到给定值或按照预先给定的规律变化的过程。

区别在于自动控制用控制器代替人来完成控制。习题解答1-2一个简单自动控制系统有几个环节组成？各环节的输入和输出参数分别是什么？系统的输入和输出参数又是什么？答：自动控制系统是由控制器，执行器，控制对象，传感器四部分组成。控制器的输入参数为被控参数与给定值的偏差e；其输出参数为控制信号（p）。执行器的输入参数为控制量（p）；输出信号为驱动调节机构的输出量。习题解答控制对象的输入参数为驱动调节机构的输出量（q）；其输出参数为被控量（y）。传感器的输入参数为被控量（y）；输出信号为负反馈量（z）。系统的输入参数为给定量（r），输出参数为被控量（y）习题解答1-3什么叫开环系统与闭环系统？各有什么特点？答：开环系统：系统的输出量对控制作用没有影响的系统称为开环控制系统。（1）开环控制系统中信号只有从输入到输出一条前向通道，输出与输入之间不存在反馈通道。如洗衣机就是一个开环控制系统。

（2）系统的精度取决于组成系统的元、器件的精度和特性调整的精确度。

优点：构造简单，维护容易，成本低，一般不存在稳定性问题。

缺点：不能克服扰动对输出量的影响。

习题解答闭环系统：系统的输出量经变换后反馈到输入端与输入量进行比较，根据偏差进行控制，形成闭合回路，这样的系统称为闭环控制系统，也称为反馈控制系统或偏差控制系统。

（1）闭环控制系统中除了有前向通道外，还存在从输出端到输入端的反馈通道。（2）闭环系统的控制精度在很大程度上由形成反馈的测量元、器件的精度决定。优点：能削弱或消除外部扰动或闭环内主通道上各环节参数变化对输出量的影响。缺点：结构复杂，成本高，存在稳定性问题。

习题解答1-4什么叫正反馈？什么叫负反馈？要保证系统稳定，应采用负反馈？答：正反馈是指使系统原理的输入信号增强的反馈信号；负馈是指使系统原理的输入信号减弱的反馈信号。要保证系统稳定应采用负反馈。习题解答1-5自动控制系统按结构可分为几类？各有什么特点？答：可以分为闭环控制系统，开环控制系统和复合控制系统三种。闭环和开环的特点见1-3复合控制系统是将开环和闭环控制结合起来的控制系统。特点是控制精度高。习题解答1-6自动控制按给定值的形式不同，可分为哪几类，各有什么特点？答：p111-12比例，积分，微分控制器的特性分别是什么？放大系数，积分时间，微分时间对调节过程的影响如何？答：比例控制特性：反应快，控制及时，但是存在余差。积分控制特性：积分控制作用输出信号的大小不仅取决于偏差信号的大小，而且主要取决于偏差存在的时间长短；积分控制器输出的变化速度与偏差成正比；积分控制作用在最后达到稳定时，偏差等于零。微分控制特性：

微分控制器的输出信号与偏差的大小无关，只与偏差的变化速度有关，只要被调参数的导数等于零，控制作用消失。习题解答放大系数（比例系数）对调节过程的影响：在相同的输入信号e下，放大系数Kp值越大，输出信号p就越大，控制器的调节作用越强；Kp值越小，控制调节作用越弱。积分时间对调节过程的影响：积分时间T1越大，积分响应速度越慢，积分作用越弱，反之，积分时间T1越小，积分响应速度越快，积分作用越强。微分时间对调节过程的影响：微分时间Td过大，微分作用越强，会引起被控参数大幅度波动；Td过小，微分作用越弱，超前调节作用不够显著，对改善调节质量的作用不大。习题解答1-13，为什么单纯的比例控制不能消除静态偏差？为什么积分作用可以消除偏差？答：1，根据比例控制系统的控制规律，

，可以看出只要有偏差，其输出立即按比例变化。如果被控参数受干扰作用而偏离给定值后，被控参数不可能再恢复到给定值，因此不能消除静态偏差；2，由于积分控制的控制规律为

，只要偏差e存在，积分控制器的输出就会随着时间不断变化，直到静态偏差消除，控制器的输出才稳定不变。习题解答1-14,什么是对象的自平衡？具有自平衡性质的对象对控制有何好处？

答：当控制系统受到干扰，平衡遭破坏时，控制对象能够不借助控制装置的作用而只依靠本身的变化，使系统重新达到平衡，被调参数趋向一个新的稳定值。控制对象的这种性能叫控制对象的自平衡。具有自平衡能力的控制对象，在幅值不大的干扰或控制作用下，其输出能够重新稳定，而无自平衡能力的控制对象则无法稳定下来。习题解答1-15什么是控制对象的特性？描述对象的参数有哪些？分别有何意义？答：是指对象收到干扰作用或调节作用后，被控参数是如何变化的，变化的快慢及最终变化的数值。特性通常采用响应曲线来描述，包括三个参数，放大系数K1，时间常数T1和延迟时间t11放大系数K1，放大系数K1越大，自平衡能力越弱，抗干扰能力越差。2.时间常数T1，表示对象收到干扰后从一个稳态到另一个稳态过渡过程的快慢。T1大，被控参数变化慢，系统平稳，对象时间T1小，则被控参数变化快，但容易引起震荡。习题解答3.延迟时间t1，延迟时间的存在将使超调量增大，稳定性下降，控制时间加长，控制质量变化。习题解答1-16.如习题图1-16为温度自动控制系统在单位阶跃干扰下的过度过程曲线，试求出控制过程的性能指标？答：控制过程的性能指标即质量指标，包括衰减比n与衰减率，最大超调量B，静态偏差C，最大偏差A，振荡周期Tp和控制过程时间ts。图中可以看出给定值y（0）=0，稳态值y（∞）=0.24，第一个波峰值为B=0.59-0.24=0.35，第二个波峰B’=0.28-0.24=0.04，所以最大超调量B=0.59-0.24=0.35℃；衰减比n=B/B’=0.35/0.04=8.75;衰减率ψ=B-B’/B=0.35-0.04/0.36=0.24;静态偏差C=0.24℃；最大偏差A=0.59℃；振荡周期Tp=8-1.6=6.4s；控