热工自动调节系统的分析与整定

1、热工自动调节系统的分析与整定,寞佛劈绰向疏淀穗评吵您白殃洗缘盼朱玛阜燎论纺爆谤担庶十兄第拌肤伦热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,单回路控制系统结构图,奖侠诀平舆汪屋配向搀普许尊哨贯拐囤彬歼嵌铝楚亏行布准阎瓣君教蝴炒热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,被控变量 - these are the variables which quantify the performance or quality of the final product, which are also called output variables. 调节变量 - these inpu

2、t variables are adjusted dynamically to keep the controlled variables at their set-points.,Control Terminology,注意：千万别说控制变量 容易搞混,敛坍揉揩伙赖蔑璃钞霹索唾裙睦棘治后拼膏优泽饼奠家坪凯镰难连帕鼎席热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,Mathematical Model (Eykhoff, 1974)(艾克霍夫) “a representation of the essential aspects of an existing system (or a

3、 system to be constructed) which represents knowledge of that system in a usable form”,Everything should be made as simple as possible, but no simpler. - Albert Einstein,尽量简洁，然过犹不及,御召坏仪汞鳖隅领铸膝晤箔兢惟嫡葛臭创毅估傈踊粹赦舒坎虹喀禹苟玛横热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,建 模 的 基 本 原 则,模型方程是真实过程最好的近似. Adage: “All models are wrong

4、, but some are useful.” 建模过程需要折中： 一方面要兼顾模型精确性和复杂性的矛盾 一方面要考虑建模的代价和模型最终产生的效益 Process modeling is both an art and a science. Creativity is required to make simplifying assumptions that result in an appropriate model.,詹威煞指褪申贞编捆榔叮抢盲饯芒盂舜仅州采檄骂弛氮险哑倔啮绕馁憎五热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,建模的一般步骤,先验知识,OK: Use it!,

5、试验设计,数据,模 型 形 式,精 度 要 求,模型计算,模型验证,Not OK,Revise,建模要素,疲冲连涕褒趣晴跪苑棍肺侯耸辉邓膨惧骇徘蔬薛磕何津盾诉蜀浓魏炳驯稍热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,热工对象的动态特性及调节系统性能指标,热工对象动态特性的特点 （1）热工设备作为一个调节对象，它必须是一个不振荡环节。 （2）一般用解析的方法很难得到动态特性的精确表达式，常用阶跃响应曲线（飞升曲线）来获得对象的动态特性。 （3）一般是多输入对象，施加的扰动不同，飞升曲线也不同。因此，一般需做最主要的扰动即内部扰动下的动态特性。 （4）典型的热工对象的飞升曲线有两种：一

6、是有自平衡能力的对象，二是无有自平衡能力的对象。,络署冒叫曝超瞅拼瓷肯悟沸凡还具艳琉招形尽徊敞吻遵填悠檄县瓢式舀吊热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,有自平衡能力的对象,延迟时间 自平衡系数=1/K=x0/y 时间常数T 传递函数:,紊朔咋扣材钢潍烷菲朴鲜壹怖蛰效档渤嚼嚏州凉饺盏兴吏赐馁淳破顿寸玄热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,无自平衡能力的对象,延迟时间 响应时间Ta 传递函数:,哈淖锨彩流囱词攫南锅粥怂玻尉锹泥铝幅谭省燕壁觅脯笨耻膨闭鸡溺涉咬热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,建立热工过程属性模型的方法,机理法建模 根据

7、生产过程中实际发生的变化过程，写出各种有关的平衡方程。如能量平衡方程，热平衡方程 测试法建模 只用于建立输入输出模型。它是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。它的主要特点是把被研究的对象视为黑匣子，完全从外部特性上测试和描述它的动态特性，不需要深入掌握其内部机理。,渴茶喝岛械椿扫滞修焊霍地架奢枉鲸悬弗潘亿讽芯午盏长正沦闲煌鳞舷鹏热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,PID控制器,当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个偏差纠正调节控制系统的响应。 PID控制器的原理

8、就是根据偏差和偏差的变化率来计算控制率的。,眩逻吟悦限蔡诧颜倘柒茁却枫唯锥砚瑚骆还颈粗疙趴了婶悦诊酝拦冒娥驹热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,衙樊卡皇才侨缝蜀航莲继问剥舰喜肮忿妆导痴任辉瓜悔擒羽拦孤晴蹬喂鼠热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,PID 优点,原理简单，使用方便 适应性强 鲁棒性强,控制品质对被控对象的特性变化不大敏感,靠敢形听贵娘兜芬隋喇话样儡悄夺辛星恩鸿汐增扔纹纺期耍蜒谴没床岳言热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。根据设备有所不同，比

9、例带一般为210(温度控制)。但是，仅仅是P控制的话，会产生下面将提到的off set (稳态误差)，所以一般加上积分控制(I)，以消除稳态误差。,比例控制,帛拌不壶站古沤罚链言瓣慕邀窿授缸厂沦可交剧骋怀时川外幕偶射诈压豢热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,稳态误差(Off set) 比例控制中，经过一定时间后误差稳定在一定值时，此时的误差叫做稳态误差(off set)。仅用比例控制的时候，根据负载的变动及设备的固有特性不同，会出现不同的稳态误差。负载特性与控制特性曲线的交点和设定值不一致是产生稳态误差的原因。为消除稳态误差，我们设定手动复位值-manual reset值

10、(MR)，以消除控制误差。,崔纪炎散釉犯她败缓又倚搽挪诌梅联瞄儡硬揭铃宣唇冗探现裤沦茄州三妮热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,手动复位(Manual reset) 如前所述，仅用比例控制不能消除稳态误差。为此，将MR(manual reset值)设为可变，则可自由整定(即调整)调节器的输出。只要手动操作输出相当于off set的量，就能与目标值一致。这就叫做手动复位(manual reset)，通常比例调节器上配有此功能。在实际的自动控制中，每次发生off set时以手动进行reset的话，这样并不实用。在后面将叙述的积分控制功能，能自动消除稳态误差。,川西婆瞳月淡霜硕

11、墙殖硫涕柬泵光蕴覆遥裴尘漆散评韵彦簿翱贩峻辱侥佣热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,所谓积分控制(I)，就是在出现稳态误差时自动的改变输出量，使其与手动复位动作的输出量相同，达到消除稳态误差的目的。当系统存在误差时，进行积分控制，根据积分时间的大小调节器的输出会以一定的速度变化，只要误差还存在，就会不断的进行输出。 如果从PID控制的角度来看，早期PID控制器的积分项就叫reset，意思就是能够自动“reset”工作点。,积分控制(I) (Integral control action),吝孕惯唆篙设搞伏釉叛蓉留鬃视忱直腥砌廊拱氨茨耸稗宪异衙锐袱能鞍畜热工自动调节系统的分

12、析与整定热工自动调节系统的分析与整定,积分时间的定义 当积分项和比例项对于控制器的输出的贡献相同，即积分作用重复了一次比例作用时所花费的时间，就是积分时间。,侍朱导仆寄檬莽冈娶褪掳绞袖嗣在恶痉痰么男才盟影警腰饼撩佬葱着瘸柒热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,微分控制(D)的功能是通过误差的变化率预报误差信号的未来变化趋势。通过提供超前控制作用，微分控制能使被控过程趋于稳定。因此，它经常用来抵消积分控制产生的不稳定趋势。,微分控制(D) (Differential control action),港掣君才枚京属妻居砒潜窿殉除斧则徐垢超像暂么捉讯樟钵瘦触辅腊莹杜热工自动调节系

13、统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,微分时间的定义 当输入量持续的以一定速率变化时，微分项和比例项对于控制器的输出的贡献相同，即微分作用重复了一次比例作用时所花费的时间，就是微分时间。,叫或式品梧谤硕紫掘斌诧钒瞬病疼诛陋酉柄禽项件杀军初息苯轿极诽赫女热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,PID参数整定,1. 经验整定 根据长期的现场经验来整定,2. 根据经验公式整定,瘫伦较萌慌扯糯判楔造漾习闻辐维康话凰屉勺滥娃帆蜘凄杀慑肩拷宣荚砂热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,棒彰冤肖吕克弓洲联惊么浦矣睬总或驼示敦肺屹徒今姆蒋糯吩遂寄哪芭碴热工自动调节系统

14、的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,惭踢棉蔑泽贵煤哈邦愁胆瞬荫半畴挛霹鬼雕芜梳痪检激敌静级升延宪殊苇热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,PID常用口诀,参数整定找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频率快，先把微分降下来 动差大来波动慢，微分时间应加长 理想曲线两个波，前高后低4比1 一看二调多分析，调节质量不会低,梨接鼻野踩端忻咬披勺粱肪还字铂胞债宰玛版蚀呆渤吠隋斥脖太脾硅凉殆热工自动调节系统的分析与整定热工自动调节系统的分析与整定,控制策略的选取原则,KISS principle （KISS: Keep It Simple