第2章：热工过程自动控制的基本概念.ppt

1、承德石油高等专科学校重点课程建设热工仪表及自动化（适用于热工、制冷、储运、智建专业）热工仪表教研室,第二章 热工自动控制的基本概念,热工自动控制系统组成及常用术语热工自动控制系统的方框图过渡过程及其品质指标,2-1热工自动控制系统组成及常用术语,组成受控对象（过程）：工作的机器、装备等，从传感器到执行器之间被控量：表征其工作状态的物理量如T,P测量变送：对被控量进行测量（转换成标准信号）的装置调节器：把测定值和设定值进行比较的装置执行器（调节阀）：把调节器的指令成比例地转换为直线或角位移地装置自动控制系统：受控对象和控制装置的总体,一、人工控制和自动控制,人工控制：在人的直接参与下，使被控量等

2、于给定值反应不及时，可以处理复杂问题自动控制：在没有人的直接参与下，利用控制装置操纵受控对象，使被控量等于给定值反应快，按设定的程序控制，必须有模型,人工控制,人在完成一项有目的的任务所经历的过程眼睛观察 大脑分析决策、预期目标油门执行 汽车受控对象,被控量,汽车定速巡航,人工控制和自动控制的类比（总结）,自动控制的基本方式,开式控制之一：按给定值的操纵,闭式（反馈）控制：按偏差调节,二、自控系统的组成,过程控制：石油、化工、冶金、机械、电力、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门的自动化过程控制系统：自动控制系统的被控制量是温度、压力、流量、液位成分、粘度、湿度以及PH值等的系统,三、常用术语

3、被控过程（简称过程或称被控对象）：在自动控制系统中，工艺变量需要控制的生产过程、设备或机械等，如锅炉汽包。被控变量：被控过程内要求保持设定数值的工艺变量称为被控变量，例如锅炉汽包内的水位。操纵变量：指受控于调节阀，用以克服扰动的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量，称为操纵变量。例如锅炉给水。,扰动（干扰）：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控变量变化的因素，称为扰动。例如蒸汽负荷的变化。设定值：被控变量的预定值称为设定值。例如锅炉汽包中预先设定的水位值。偏差：是被控变量的设定值与实际值之差。但是，能够直接获取的信息是被控变量的测量值而不是实际值。因此，在控制系统中通常把设定值与测量值之

4、差作为偏差。,2-2热工自动控制系统的方框图,调节器：调节阀：过程：从传感器到调节阀之间的管道设备测量变送：,一、方框图的画法,每个方框表示组成该系统的一个环节两个方框之间一条带有箭头的连线表示其相互关系，不表示方框之间的物料联系,过热蒸汽温度控制系统,液位控制器,储罐,HT,HC,差压变送器,液位调节器,执行器,干扰,烤炉温度控制示意图,位置随动系统原理图,调速系统图,二、自控系统的分类,按系统的结构特点分类反馈控制系统前馈控制系统前馈反馈控制系统,按给定值信号的特点分类定值控制系统：将被控制量保持在某一定值或很小的范围中的控制系统随动控制系统：被控量的给定值随时间任意地变化的控制系统程序控

5、制系统：被控量的给定值按预定的时间程序而变化的控制系数,一、系统的静态和动态二、过渡过程基本形式三、品质指标,2-3过渡过程及其品质指标,一、系统的静态和动态,静态：输入不变，调节系统在调节器的自动调节作用下，被调量不再随时间变化的平衡状态动态：被调量随时间变化，系统处于不平衡状态一个运行的系统，时时刻刻都有扰动作用于对象，被调量偏离设定值，重点应研究系统和环节的动态特性上。,二、过渡过程基本形式,发散振荡等幅振荡衰减振荡,发散振荡,等幅振荡,给定值,余差,tpts,衰减振荡(1),衰减振荡(2),（单调过程）无振荡过程,发散振荡的MATLAB模拟,衰减振荡(2)的MATLAB模拟,单调过程的

6、MATLAB模拟,汽车ABS刹车时的车速和轮速,三、品质指标,余差（e）：系统过渡过程终了时给定值与被控参数稳定值之差 最大偏差（A）：被控参数第一个波的峰值与给定值的差衰减比（n）：振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比衰减率（f）：经过一个周期后，波动幅度衰减的百分比过渡过程时间（ts）：系统过渡过程曲线进入新的稳定值的5%或2%范围内所需的时间峰值时间（tp）：系统过渡过程曲线到达第一个峰值所需的时间，反映系统响应的灵敏程度,三、品质指标,余差（e）：系统过渡过程终了时给定值与被控参数稳定值之差 最大偏差（A）：被控参数第一个波的峰值与给定值的差,衰减振荡的品质指标,衰减比（n）：

7、振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比衰减率（f）：经过一个周期后，波动幅度衰减的百分比,给定值,衰减振荡的品质指标,y2,y1,过渡过程时间（ts）：系统过渡过程曲线进入新的稳定值的5%或2%范围内所需的时间峰值时间（tp）：系统过渡过程曲线到达第一个峰值所需的时间，反映系统响应的灵敏程度,给定值,tp,衰减振荡的品质指标,ts,余差2%或5%,等幅振荡的品质指标,过渡时间？峰值时间？衰减率衰减比,发散振荡的品质指标,过渡时间？峰值时间？,偏差性能指标min,平方误差积分准则时间乘误差平方积分准则误差绝对值积分准则时间乘误差绝对值积分准则,对控制系统的性能要求,稳：动态过程的振荡倾向和

8、系统重新恢复平衡工作状态的能力,系统过渡到新的平衡工作状态后或系统受到扰动后重新恢复平衡后，最终保持的精度，反映了动态后期的性能,准：,快：,动态过程进行的时间长短，过程时间持续很长，将使系统长时间出现大偏差，同时也说明系统响应很迟钝，难以复现快速变化的信号,小节,自动控制研究的对象是自动控制系统重点是按偏差调节的反馈系统主要问题是系统的动态特性稳、准、快,SIMULINK的使用,SIMULINK实现动态系统建模、仿真的一个集成系统Matrix laboratory(MATLAB)功能的扩展实现了可视化建模实现了多工作环境间的文件互用和数据交换，如Simulink Matlab C Fortran DSP 实时硬件工作环境等理论研究和工程实现有机地结合在一起,