1一、热交换系统结构图与传递函数20 分#
思路
- 由热交换系统原理图、框图与数据画出系统结构图，并求输出对输入的传递函数
自动控制系统的基本组成与控制方式
基本概念与信号
本卷考法
- 由热交换系统原理图画出闭环结构图并指认被控对象与各环节
本卷实例
- 关键一步：以热交换器为被控对象，按测量、比较与执行元件划分环节
- 中间结果：结构图含给定温度、温度控制器、调节阀、热交换器与温度反馈
- 卡点：需回原卷核对图
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 闭环系统按给定、比较、放大、执行、对象、检测六个环节串联成环
- 按有无反馈分为开环、闭环与复合控制；按给定信号分为恒值、随动与程序控制
- 检测变送元件把被控量转换成可比较的信号，是反馈通道的入口
- 控制系统的基本要求是稳、准、快三条
步骤
- 从工艺或物理描述里找出被控量与操纵量
- 逐个指认给定、比较、控制、执行、对象与检测六个环节对应的实物
- 按信号流向把环节串成闭环方框图
- 说明系统靠什么维持被控量等于给定量
通用考法
- 本卷考过由热交换系统原理图画出闭环结构图并指认被控对象与各环节
- 指出系统的被控对象、被控量与操纵量
- 说明检测变送元件在闭环系统中的作用
- 画出给定系统的闭环方框图并说明工作过程
常见易错
- 把被控量与操纵量搞反
- 只画方框图而不指认环节，或反之，漏答一半
过程控制系统的组成与设计步骤
过程控制与检测仪表
本卷考法
- 按过程控制系统组成说明热交换系统的工作过程并划分基本环节
本卷实例
- 关键一步：蒸汽流量作为操纵量，出口热水温度作为被控量
- 中间结果：冷水流量变化是主要扰动，可作为顺馈补偿信号
- 卡点：把被控量与操纵量写反会导致整题失分
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 四大环节：被控对象、检测变送、控制器、执行器
- 被控量是工艺上要维持的变量，操纵量是控制器输出所控制的变量
- 扰动是影响被控量但不可控的变量
- 设计步骤：定方案 → 选仪表 → 定参数 → 投运整定
步骤
- 从工艺描述中找出被控量、操纵量与主要扰动
- 判断扰动是否需要专门抑制（决定要不要加副回路）
- 选择控制方案并画原理图与方框图
- 说明系统的工作过程
通用考法
- 本卷考过按过程控制系统组成说明热交换系统的工作过程并划分基本环节
- 指出系统的被控量、操纵量与扰动量
- 设计满足工艺要求的控制系统并画出原理图及方框图
- 说明系统的工作过程
常见易错
- 把被控量与操纵量搞反
- 只画方框图不画原理图（或反之），漏答一半
传递函数的定义与基本性质
传递函数
本卷考法
- 由热交换过程各环节关系写出输出温度对输入的传递函数
本卷实例
- 关键一步：按能量平衡列写微分方程，再在零初始条件下取拉氏变换
- 中间结果：传递函数分母阶数由系统储能环节个数决定
- 卡点：忽略零初始条件这一前提直接写传函
考点详解（要点 / 步骤 / 公式 / 考法 / 易错）
要点
- 定义：零初始条件下，输出与输入的拉氏变换之比 G(s)=C(s)/R(s)
- 只由系统结构与参数决定，与输入形式无关
- 分母为特征多项式，其根是极点；分子的根是零点
- 工程可实现系统必为真分式（分子阶数 ≤ 分母阶数）
步骤
- 对微分方程两边取拉氏变换，初始条件全部置零
- 把输出项移到左边、输入项移到右边
- 整理成 C(s)/R(s) 的降幂形式
通用考法
- 本卷考过由热交换过程各环节关系写出输出温度对输入的传递函数
- 由微分方程直接写出传递函数
- 指出系统的阶数、极点个数与零点个数
- 判断给定分式能否作为实际系统的传递函数
常见易错
- 忽略“零初始条件”这一前提，把初始值带进变换结果
- 分子分母系数按升幂抄写导致顺序颠倒
公式