01-12章-建筑设备自动化总复习-2010版

1、2020/10/2,1,建筑设备自动化,机械学院空调教研室,总复习,2020/10/2,2,第一节 自动控制的概念,第一章 自动控制概述,第二节 自动控制系统,第三节 调节过程及品质指标,2020/10/2,3,自动控制系统及其组成,自动控制系统,自动控制系统,2020/10/2,4,自动控制系统,自动控制系统的分类 按给定值的特点分 定制控制系统：给定值永远是常数程序控制系统：给定值是随时间而变的已知函数 随动控制系统：给定值按实现不确定的随机因素而改变 按传递的信号是时间的连续函数还是断续函数分 连续控制系统：又称模拟控制系统 断续控制系统：分为离散控制系统和继电控制系统 离散控制系统：连

2、续的控制信号变成断续的周期控制信号 继电控制系统：继电器控制，如空调器，冰箱控制。,2020/10/2,5,自动控制系统,自动控制系统的分类 按信号的传递是否构成环路分 开环控制系统：被调量对控制量没有反作用 闭环控制系统（反馈）：被调量对控制量有反作用。,2020/10/2,6,自动控制系统方框图,自动控制系统,2020/10/2,7,自动控制系统,自动控制系统的特点 自动控制系统必须是一个闭环系统 自动控制系统必须是一个稳定、可靠的系统 实现系统自动控制的目标是确定的 实现系统自动控制的方法不是唯一的，但必须是成熟的,现代控制技术的发展 由单机自动向多机联动方向发展 全面应用计算机技术及其

3、数字化技术 传统控制模式让位于计算机控制模式，并正在向智能控制过渡 机器人及其人工智能技术的成熟与完善；将为控制技术开辟新的更大的应用空间,2020/10/2,8,自动控制系统的过渡过程（动态过程） 过渡过程：被调参数随时间变化的过程 用过渡过程曲线表示（调节过程曲线，反映曲线） 干扰：多数属于随机，分析常采用阶跃干扰,调节过程及品质指标,2020/10/2,9,自动控制系统的过渡过程（动态过程） 稳定的调节过程,调节过程及品质指标,2020/10/2,10,自动控制系统的过渡过程（动态过程） 不稳定的调节过程,调节过程及品质指标,2020/10/2,11,调节过程的品质指标：稳定性、准确性、

4、快速性 稳定性,调节过程及品质指标,2020/10/2,12,调节过程的品质指标 用衰减率表示 同方向相临两个波幅的差值与前一个波幅的比值 若 ，发散振荡 ，等幅振荡 ，衰减振荡，“0.750.9”合适。 ，非周期过程。,调节过程及品质指标,2020/10/2,13,调节过程的品质指标 准确性 动态偏差（最大偏差）：不能超过正常生产允许值。 稳态偏差（静态偏差）（余差） 调节过程结束后，被调节量与给定值之间的长期偏差一般 要求越小越好,调节过程及品质指标,2020/10/2,14,调节过程的品质指标 快速性 过渡过程时间（ ） 从扰动开始到被调参数又重新趋于稳定（新的平衡状态）为止所经历的时间

5、。 因为存在静差，所以永远达不到 ，所以允许有一个误差范围 ，通常取 或 三个方向是相互制约的，要兼顾。,调节过程及品质指标,2020/10/2,15,第二章 被控对象的特性,第一节 被控对象的特性参数,第二节 被控对象的数学模型,第三节 被控对象的实验测取,2020/10/2,16,被控对象的特性,放大系数,时间常数,滞后时间,被控对象的特性参数,2020/10/2,17,放大系数 被控对象重新稳定后的输出量与输入量之比,被控对象的特性,2020/10/2,18,放大系数 放大系数越大控制系统越灵敏，但稳定性差 放大系数小，对象控制不够灵敏，但稳定性好,被控对象的特性,滞后时间 纯滞后：物料

6、量的传送过程需要一定的时间而造成的传递滞后,2020/10/2,19,被控对象的特性,过度滞后（容量滞后）降低控制质量,2020/10/2,20,时间常数 被控对象受到阶越干扰时，被控变量达到新的稳定状态所需要的时间 时间常数小，则惯性小，变化速度快，不易控制，反之时间常数大，则惯性大，变化速度慢，控制较平稳,被控对象的特性,2020/10/2,21,第三章 测量变送器及特性,2020/10/2,22,用于系统的检测；将电量或非电量信号转换为系统（控制器）可用的标准信号；在系统中起控制、反馈、调节等作用。, 作用,能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置。, 定义, 组成,

7、主要由敏感元件、传感元件、转换电路三部分组成。,传感器基本概念,2020/10/2,23,传感器基本概念,图1-1 传感器组成方块图,2020/10/2,24,温度检测的方法 温度是空调控制系统中最为重要的被控参数，也是空调运行中最基本、最为核心的衡量指标 接触式测温传感器 ： 结构简单、可靠、测温精度高、但因测温传感器与被测介质（例如空气）需要进行充分的热交换，故需要一定得时间才能达到热平衡，所以存在测温的延迟现象，同时受耐高温材料的限制，不能用于很高的温度测量.,温度传感器,2020/10/2,25,非接触式温度传感器 ： 通过热辐射原理来测量温度，测温传感器不需与被测介质接触，它测温范围

8、广，不受测温上限的限制，也不会破坏被测物体（环境）的温度场，反应速度一般较快。但受到物体（或被测环境）的发射率、测量距离、烟尘、水气等外界因素的影响，所以测量误差较大,温度传感器,2020/10/2,26,空调系统中常用的温度传感器 制冷空调自动控制工程中常用的温度传感器主要有热电阻，半导体温度传感器（AD590），热电偶等 热电偶温度传感器 热电偶是温度测量中使用最广泛的传感器之一，其测量温区宽，一般在-1802800的温度范围内均可使用；测量的准确度和灵敏度都较高，尤其在高温范围内，有较高的精度。因此，国际实用温标规定，在630.741064.43的温区范围内，用热电偶作为复现热力学温标的

9、基准仪器。,温度传感器,2020/10/2,27,热电偶温度传感器 热电偶工作原理 热电偶温度传感器是利用导体的热电效应工作的。如上图所示，将两种不同性质的导体A、B组成闭合回路，若节点(1)和(2)处于不同的温度时(TT0)，两者之间将产生热电势，在回路中形成一定大小的电流，这种现象称为热电效应。分析表明，热电效应产生的热电势包括接触电势和温差。 接触电势 接触电势又称珀尔帖电势，是指当两种不同材料的金属接触在一起时，由于不同导体的自由电子密度不同，在节点处就会发生电子迁移扩散失去电子的金属呈现正电位，获得电子的金属呈现负电位。当扩散达到平衡时，在两种金属的接触处就形成电势，成为接触电势。,

10、温度传感器,2020/10/2,28,热电偶温度传感器 温差电势 温差电势又称汤姆逊电势，是指同一种金属导体A，如果两端温度不同，则温度高端的自由电子将向低端迁移，使得金属导体的两端产生不同的电位，从而在金属的两端形成电势，称为温差电势 如果热电偶两电极的材料相同，NANB，即使两端温度不同，闭合回路总的热电势仍然为零。因此，热电偶必须采用两种不同的金属材料作电极 如果热电偶两个电极的材料不同，但热电偶两端的温度相同，即T=T0，则闭合回路总的热电势仍然为零，即不产生热电势,温度传感器,2020/10/2,29,湿度传感器的概念 在空调自控系统中，被控的空气湿度和温度是两个相关的参数。湿度控制

11、也是空调工程中的核心控制环节，因此对空气湿度的准确检测和变送也很重要。 空气的相对湿度一般由两个参数决定。例如：空气的干球温度和湿球温度；空气的干球温度和露点温度；空气的干球温度和水蒸汽分压力；空气中水蒸汽分压力和同温度下空气饱和水蒸汽压力等。 湿度传感器应同时测量空气状态的两个参数，并且进行信号处理以备与控制器配合使用来检测和控制空气的湿度。 湿度传感器按感温元件的导电类型可分为两大类：即电阻式和电容式，电阻式的主要代表为干湿球信号发送器和氯化锂湿度传感器。电容式主要有高分子类和氧化铝湿敏电容两种。还有一种目前已不常用的毛发湿度计。,湿度传感器,2020/10/2,30,干湿球湿度传感器 原

12、理 干、湿球湿度传感器是根据干湿球温度差效应原理制成的测湿传感器。所谓干湿球温度差效应是指在潮湿物体表面的水分蒸发而冷却的效应，冷却的程度取决于周围空气的相对湿度、大气压力以及风速。若大气压和风速保持不变(很容易做到)，相对湿度愈高，潮湿物体表面的水分蒸发强度就愈弱，潮湿物体表面温度(即湿球温度)与周围环境温度(即空气的干球温度)差就愈小。反之，相对湿度低，水分的蒸发强度大，干湿球温度差也愈大。因此只要测出空气的干湿球温度就能决定空气的相对湿度。普通干湿球温度计就是利用其原理而制成的。,湿度传感器,2020/10/2,31,干湿球湿度传感器 干湿球电信号传感器 干、湿球电信号传感器是一种将湿度

13、参数转换成电信号的仪表。它与干、湿球温度计的工作原理完全相同。主要差别是干球和湿球用两支微型套管式镍电阻所代替，还增加一个轴流风扇，以便在镍电阻周围造成恒定风速为2.5ms以上的气流。因为干、湿球温度计在测量相对湿度时受周围空气流动速度的影响，风速在2.5ms以下时影响较大，当空气流速在2.5ms以上时对测量的数值影响较小。因此干、湿球电信号传感器增加了电动通风机构，能减小空气流速对测量的影响。同时由于在镍电阻周围增加了气流速度，使热、湿交换速度增大，因而也减小了仪表的时间常数。,湿度传感器,1轴流风机 2镍电阻 3湿球纱布 4盛水杯 5接线端子,2020/10/2,32,第四章 执行器及其特

14、性,第一节 电磁阀与电动调节阀 第二节 调节阀的选择 第三节 电动风阀 第四节 电气执行器,2020/10/2,33,执行器基本概念,执行器的作用 接受来自控制器的控制信号，转换成各种物理位移或其它形式的输出，来改变被控制对象的物质量或能量（如蒸汽量、水量、风量、电压量、频率、功率），达到控制温度、压力、流量、液位、湿度等工艺参数的目的。 在暖通空调系统的控制中，常用的执行器主要有调节阀、风门（或风阀）、电磁阀、可控硅调节器、交流接触器及变频器等，它们是系统的终端执行部件，主要用来控制热水、冷水、蒸汽、空气的流量或温度、各种设备的启停、加热器的功率等。,2020/10/2,34,执行器基本概念

15、,执行器的结构 从结构来说，执行器一般由执行机构和调节机构两部分组成，执行机构是执行器的推动部分，它根据控制器所给出的指令信号的大小，产生推力或者位移。 执行机构按其使用能源形式分为气动、液动和电动三大类，电动执行机构在暖通空调暖通空调自控中使用比较普遍。调节机构是执行器的调节部分，它接受执行机构的操纵，控制工艺介质的流量（或能量）。本章重点讲述各种电动执行器的工作原理、特性及其选择。,2020/10/2,35,电动调节阀的特性 调节阀的理想流量特性 一般来说，改变阀芯与阀座间的流通面积就能改变流量。但实际上由于各种因素的影响，比如阀前后压力差就是影响流量的最大因素，而阀前后的压力差又是随流量

16、而变的，这就使得计算复杂化了。为了分析方便起见，只能假定阀前后的压差不变，分析出阀门的“理想特性”，然后引申到真实情况下，得到阀门的“工作特性”。 在理想情况下，假设调节阀的压降不随阀的开度和流量而变化的情况，因而得到的相对流量和相对开度之间的关系，称为理想流量特性。它是由阀芯形状决定的。典型理想特性有直线特性、等百分比(对数)特性、快开特性和抛物线特性,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,36,电动调节阀的特性 调节阀的理想流量特性 直线特性 直线特性的定义是：阀门相对流量的变化与相对开度的变化成正比。 直线特性调节阀的特点使得小流量调节时调节作用过于灵敏，不易稳定，大流量时又太迟钝，调

17、节效果不明显。,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,37,电动调节阀的特性 调节阀的理想流量特性 等百分比特性 等百分比特性的定义是：相对开度的变化所引起的阀门相对流量的变化与该点的相对流量成正比。 等百分比流量特性的调节阀，它的放大系数随行程增大而增大。在小流量的时候，流量变化的绝对值小；在大流量时，流量变化的绝对值大。所以它在小流量时工作平稳，在大流量时工作灵敏，适用于要求负荷变化大的场合。,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,38,电动调节阀的特性 调节阀的理想流量特性 快开特性 它的定义为：相对开度的变化所引起的阀门相对流量的变化与该点的流量成反比。显然，它与等百分比阀的作用是

18、相反的方向的。可以定性的理解为：当行程比较小时流量比较大，随着阀芯行程的增加，流量即迅速增大至接近最大值。这种阀在开度小时流量比较大，很容易达到最大流量。,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,39,电动调节阀的特性 调节阀的理想流量特性 抛物线特性（又称二次曲线特性） 其定义为：相对开度的变化所引起的阀门相对流量的变化与该点的相对流量的平方根成正比。 阀的性能特性介于直线性和等百分比型之间。,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,40,电动调节阀的特性 调节阀的工作流量特性 工作流量特性概念：阀门总是与表冷器、热交换器等相连，在阀门的调节过程中，即使保持供、回水总管的压差不变，各表冷器支

19、路的压差也会不断变化，随着流量的调节，阀前后的压降不能保持恒定，在工作情况下的特性偏离理想特性。因此，我们把这种实际工作条件下阀门的特性称为工作流量特性。,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,41,电动调节阀的特性 调节阀的工作流量特性 调节阀有串接管道时的工作流量特性 ：由于串联管道存在阻力，其阻力损失与通过管道的流量成平方关系，因此，当系统两端总压差一定时，随着管道流量的增大，串联管的阻力也增大，这样就使调节阀上的压差减小，这个压差的变化也会引起通过调节阀的流量发生变化，,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,42,调节阀的工作流量特性 调节阀有串接管道时的工作流量特性 ： 系统的总

20、压差是管道系统（除调节阀外的阀门、设备和管道）的压差与调节阀前后压差之和，即： 是最大流量时调节阀前后的压差， 是最大流量时管路系统的压差，令： S表示阀全开时，阀上压降占系统总压降的百分比，因此也称压差比或阀门能力，称阀权度。,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,43,调节阀的工作流量特性 调节阀有串接管道时的工作流量特性 ：,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,44,调节阀的工作流量特性 调节阀有串接管道时的工作流量特性 ： 对于一个串联连接调节阀的管道系统，阀权度S值越大，则说明调节阀的压降占整个系统比重越大，调节阀控制能力越大；当S1时，即管道阻力损失为零，系统的总压差全部降落

21、在调节阀上，此时调节阀的实际工作特性与理想特性是一致的。 阀权度S越小，则说明调节阀的压降占整个系统的比重越小，调节阀的控制能力也就越差，也就是当流量增加时，调节阀前后压降逐步减少，虽然调节阀的节流面积增大了，但由于调节阀压降减少，流量并没有按理想特性增大，而使流量增大速率变缓。随着S的减少，即管道阻力损失增加，使系统压差降落在管道上的部分增加，调节阀全开时的流量减少。,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,45,调节阀的工作流量特性 调节阀有串接管道时的工作流量特性 ： 随着S值的减少，流量特性发生很大的畸变，成为一系列向上拱的曲线。理想的直线特性趋向于快开特性，理想的等百分比特性趋向于直

22、线特性，使小开度时放大系数增大，大开度时放大系数减少。S值太小时将严重影响自动调节系统的调节质量。在实际使用中，通常要求S值不低于0.30.5。 随着S值得减小，还有造成调节阀的可调范围随之减小，实际可调比随S减小而减小：,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,46,调节阀的工作流量特性 调节阀有串接管道时的工作流量特性 ： 随着S值的减少，流量特性发生很大的畸变，成为一系列向上拱的曲线。理想的直线特性趋向于快开特性，理想的等百分比特性趋向于直线特性，使小开度时放大系数增大，大开度时放大系数减少。S值太小时将严重影响自动调节系统的调节质量。在实际使用中，通常要求S值不低于0.30.5。 随着

23、S值的减小，还有造成调节阀的可调范围随之减小，实际可调比随S减小而减小： 调节阀的实际可调比 调节阀的固有可调比,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,47,调节阀的流通能力 调节阀的口径是根据工艺要求的流通能力来确定的。调节阀的流通能力直接反映调节阀的容量，是设计、选用调节阀的主要参数。在工程设计中，为了合理选取调节阀的尺寸，就应该正确计算流通能力，否则将会使调节阀的尺寸选得过大或者过小。若选得过大，将使阀门工作在小开度位置，造成调节质量不好和经济效果差；若选得过小，即使处于全开位置也不能适应最大负荷的需要，使调节系统失调。 调节阀流通能力的定义为：当调节阀全开时，阀两端压差为105Pa、

24、流体密度，每小时流经调节阀的流量数，以m3/h。,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,48,调节阀的流通能力 计算公式： 国际上常用的三种流通能力的定义如下表所示,电磁阀与电动调节阀,2020/10/2,49,调节阀的流通能力 从上面几个式子可以看出，调节阀流量与调节阀前后的压差的平方根成正比。对于一定口径的阀、一定的阀开度，通过改变阀前压力也能提高阀门的流量。在其它条件相同的情况下，调节阀通过的流量主要取决于阀上流体的压损和阀门的结构状况。在压损相同的条件下，通过流量的大小由阀门本身结构状况而定，它代表了阀门结构对通过流量的情况，“流通能力”就是阀门结构的定量反应。,电磁阀与电动调节阀,

25、2020/10/2,50,调节阀的选择 调节阀是自动控制系统的“手脚”，正确选择调节阀的结构型式、流量特性、流通能力，正确选取执行机构的输出力矩或推力与行程，对于自动控制系统的稳定性、经济合理性起着十分重要的作用。 阀门功能 三通阀与两通阀具有不同功能，因而也有着不同的使用场所。当水系统为变水量系统时，应采用两通阀；当水系统为定水量系统时，应采用三通阀。 在采用两通阀时，为保证变水量系统的运行及节能，应采用常闭型阀门，当不需要工作时应能自动关闭。,调节阀与执行器的选择,2020/10/2,51,调节阀的选择 阀门功能 阀座形式的选择主要是由阀两端压差来决定。 空调机组、风机盘管及热交换器的控制

26、，通常阀两端的工作压差不是太高，最高压差也不会超过系统压差。因此，这是采用单座阀通常是可以满足要求的。 冷冻水系统的压差控制阀通常采用双座阀（一次泵系统，二次泵系统）。,调节阀与执行器的选择,2020/10/2,52,调节阀的选择 阀门工作范围 介质种类 工作压力 工作温度 阀口径、工作压差及流量待性 阀门口径D、工作压差及流量特性这三者是不可分的。它们同时决定阀门实际工作时的调节特性。三者的不同组合会产生不同的效果，应综合考虑。,调节阀与执行器的选择,2020/10/2,53,调节阀的选择 阀口径、工作压差及流量待性 口径选择 双位控制：无论采用电动式或电磁式，其基本要求都是尽量减少阀门的流

27、通阻力而不是考虑其调节能力。因此，此时阀门的口径可与所设计的设备接管管径相同。 调节用的阀门的调节品质与与其水阻力及流量有关。选择阀门口径的依据只能是其流通能力。 在按公式计算出要求的值后，应根据所选厂商的资料进行阀口径的选择应使尽可能接近且大于计算出的值。,调节阀与执行器的选择,2020/10/2,54,调节阀的选择 阀口径、工作压差及流量待性 口径选择 实际工程中，阀的口径通常是分级的，因此阀门的实际流通能力通常也不是一个连续变化值（而根据公式计算出的值是连续的）。目前大部分生产厂商对的分级都是按大约1.6倍递增的。,调节阀与执行器的选择,不同口径电动水阀的流通能力,2020/10/2,5

28、5,调节阀的选择 阀口径、工作压差及流量待性 阀全开压差 根据阀权度的讨论， 占系统总阻力的比例越大，则此阀越接近其理想特性， 反之则越远离而使其调节品质越弱，从这一点来说，加大阀权度S对改善品质是有利的。但是，从整个水系统来看，S的提高意味着整个系统压差的提高，系统水阻力增加，将使得水阻力增加，将使水泵的能耗加大。因此，改善调节品质应与系统能耗情况进行一种综合平衡来考虑。,调节阀与执行器的选择,2020/10/2,56,调节阀的选择 阀口径、工作压差及流量待性 阀流量特性选择 从控制系统的品质出发，选择阀的工作特性。 适当选择调节阀特性，以调节阀的放大系数变化来补偿对象放大系数的变化，可将系

29、统的总放大系数整定不变，从而保证控制质量在整个操作范围内保持一定。 若控制对象为线性时，调节阀可以采用直线工作特性。但许多的控制对象，其放大系数随负荷加大而趋小，假如我们选用放大系数随负荷增大而趋大的调节阀，正好补偿。等百分比特性阀具有这种性能，因此它得到广泛应用。,调节阀与执行器的选择,2020/10/2,57,第五章 基本控制规律,第一节 双位控制及其调节器 第二节 比例控制规律 第三节 比例积分控制规律 第四节 比例微分控制规律 第五节 比例积分微分控制规律,2020/10/2,58,基本控制规律,基本控制规律,双位控制,比例控制规律,比例积分控制规律,比例微分控制规律,比例积分微分控制

30、规律,2020/10/2,59,双位控制及其调节器,双位控制规律 执行器动作频繁，引起运动部件的损坏 作用不连续，被控对象处于不平衡状态,2020/10/2,60,双位控制及其调节器,实际的双位控制规律 呆滞区：不致引起调节器输出状态改变的偏差区间 双位控制的调节品质 振幅 周期 呆滞区可以调节周期的大小，呆滞区的大小应满足被控变量允许波动范围,2020/10/2,61,双位控制及其调节器,实际的双位控制规律 调节阀只有两个极限输出，被控变量维持等幅振荡过程，属于不平衡状态。 不能满足被控变量的稳定要求。 如果阀的输出与被控变量偏差成正比，有可能满足被控变量的稳定要求,2020/10/2,62

31、,比例控制规律,比例控制规律及其特点,2020/10/2,63,比例控制规律,比例控制规律及其特点 规律 p=Kpe， Kp:放大系数 Kp1，比例作用为放大。 特点 比例控制存在余差 比例控制反应快,2020/10/2,64,比例控制规律,比例度 概念 调节器输入的变化与相应输出变化的百分数，或者说是调节器输出变化满刻度时，输入偏差对应于指示刻度的百分数。 比例度与于放大倍数成反比,2020/10/2,65,比例控制规律,比例度对控制过程的影响 比例控制虽然及时，控制作用强，但余差存在，被控变量不能完全恢复到设定值，调节精度不高。 比例控制用于干扰较小，滞后较小，而时间常数又不太小的地方 比

32、例度范围 压力：30%70% 流量：40%100% 温度：20%60% 湿度：20%80%,2020/10/2,66,比例积分控制规律,积分控制规律及其特点 如果调节器的输出变化量与输入偏差的积分成比例关系，称为积分控制规律 积分比例系数（积分速度） 积分控制作用得输出信号的大小不仅取决于输入偏差信号的大小，而且还取决于偏差所存在时间的大小,2020/10/2,67,比例积分控制规律,积分控制规律及其特点 积分调节器的变化速度与偏差成正比 有偏差 输出变化 偏差=0（消除偏差） 输出不变/系统稳定 积分控制能消除偏差，但反应迟缓，波动较大，不易稳定，所以积分控制规律不能单独使用。,2020/1

33、0/2,68,比例积分控制规律,比例积分控制规律 比例度不仅影响比例部分，也影响积分部分，使总的输出控制及时，消除余差。,2020/10/2,69,比例积分控制规律,比例积分控制规律,2020/10/2,70,比例积分控制规律,比例积分控制规律 积分时间对控制过程的影响 积分时间TI 越小，积分作用强，克服余差的能力增强，但过程振荡加剧。 被控对象滞后不大，积分时间可以选小，温度等被控对象滞后较大，积分时间可以选大些。,2020/10/2,71,比例微分控制规律,微分控制规律及其特点 微分作用是根据偏差变化速度提前采取的行动，具有超前作用。 调节器的输出变化与偏差变化速度成正比例关系，称作微分

34、控制规律。 偏差固定不变，微分作用就等于零。,2020/10/2,72,比例微分控制规律,比例微分控制规律 偏差固定不变时微分作用等于零，微分调节器不能单独使用。 微分控制作用总是比例作用一起使用。,2020/10/2,73,比例微分控制规律,比例微分控制规律 偏差固定不变时微分作用等于零，微分调节器不能单独使用。 微分控制作用总是比例作用一起使用。,2020/10/2,74,比例微分控制规律,微分时间对过渡过程的影响 微分时间大，微分作用强。 微分作用具有抑制振荡的效果 微分作用提高系统的稳定性，减小波动幅度，并降低余差 对滞后较大的对象应采用积分作用，以便减小偏差。,2020/10/2,7

35、5,比例积分微分控制规律,比例积分微分控制规律及其特点 比例微分控制过程是存在余差的，为了消除余差，引入积分作用构成具有比例，积分，微分三种作用控制规律，用PID表示。,2020/10/2,76,比例积分微分控制规律,比例积分微分控制规律及其特点 微分的超前“预调”控制作用 积分的“细调”控制作用 比例的“基本”控制作用,2020/10/2,77,比例积分微分控制规律,比例积分微分控制规律的调节参数 比例度 积分时间 微分时间,2020/10/2,78,第七章 复杂控制系统的特性及设计,第一节 串级控制系统 第二节 比值控制系统 第三节 分成控制系统 第四节 选择性控制系统 第五节 前馈控制系

36、统,2020/10/2,79,串级控制系统,串级控制系统的组成原理 扰动：燃料的压力，热值；原料的入口流量，温度。,2020/10/2,80,串级控制系统,串级控制系统的组成原理 时间常数较大的被控对象分解为两个时间常数较小的串联的被控对象。 以中间变量为副被控变量，构成副环。 以原对象的输出信号为主被控变量，构成主环。 主控制器输出信号为副环设定值，副环输出为主环的输入。,2020/10/2,81,串级控制系统,串级控制系统的特点 分级控制思想 控制通道较长的对象分为两级 许多扰动在副环消化，剩余影响及扰动在主环解决。 串级系统结构组成 两个对象，两个控制器，两个变送器和一个执行器组成。 系

37、统工作方式 副环：随动+定值，主环：定植 控制性能 反应及时，有效克服滞后，改善控制精度，提高控制质量,2020/10/2,82,比值控制系统,比值控制系统的概念 两个或两个以上的物料量按一定比例关系以达到某种控制目的控制系统，均成为比值控制系统,2020/10/2,83,比值控制系统,比值控制系统的类型 单闭环比值控制系统 单闭环比主控制系统中，只控制副流量，不控制主流量。,2020/10/2,84,比值控制系统,比值控制系统的类型 双闭环比值控制系统 双环比值控制系统中，主、副流量均需要控制。,2020/10/2,85,分程控制系统,比值控制系统的类型 变比值控制系统 变比值控制系统：单闭

38、环或双闭环比值系统，为串级系统。,2020/10/2,86,分程控制系统,分程控制系统的原理 一个控制器的输出信号控制两个以上控制阀。,2020/10/2,87,分程控制系统,分程控制系统的原理 一个控制器的输出信号控制两个以上控制阀。,2020/10/2,88,分程控制系统,分程控制系统的应用 提高控制阀的可调比,2020/10/2,89,第八章 常用设备的控制方法,第一节 水泵的控制 第二节 风机的控制 第三节 冷水机组的控制,2020/10/2,90,冷水机组的控制,冷水机组的控制,压缩机的启停控制,各组成部件的温度、压力控制,安全控制,输出能量的控制,2020/10/2,91,冷水机组

39、的控制,往复式冷水机组的控制 往复式冷水机组的输出能量控制 往复式冷水机组的输出能量控制是通过压缩机的开机，停机和压缩机汽缸的上载卸载来实现的。 制冷量控制装置及原理 机组制冷量控制装置由冷冻水温度控制器，分级控制和一些由电磁阀操作的汽缸卸载机构所组成。 当冷冻水温度控制器指令机组增加或减少制冷量时，就会激励分级控制器向控制器电机供电，带动控制器凸轮轴旋转，凸轮轴操作负载开关使压缩机上载或下载从而实现制冷量的增加或减少。,2020/10/2,92,冷水机组的控制,往复式冷水机组的控制 往复式冷水机组的输出能量控制 吸气节流 在吸气总管上装一调节阀，改变吸气比容，达到改变供气质量，以满足负荷变化

40、。 热气旁通 将高压侧气体旁通到低压测，作为低压侧的负荷。 压缩机变速：采用变频技术 压缩机运行台数控制：多机头,2020/10/2,93,冷水机组的控制,螺杆式冷水机组的控制 螺杆式冷水机组的输出能量控制 螺杆冷水机组的制冷量调节是通过滑阀控制装置来实现的。滑阀能量调节装置是由装在压缩机内的滑阀、油缸活塞、能量指示器及油管路、手动四通阀或电磁换向阀组成。,2020/10/2,94,冷水机组的控制,螺杆式冷水机组的控制 螺杆式冷水机组的输出能量控制 能量控制原理 电磁阀A开启，B关闭，(或四通阀为增载位置)。从油泵来的高压油通过电磁阀A(或四通阀)进入油缸右边，油活塞则带动滑阀向左移动，靠近固

41、定端，此时压缩机为全负荷运行。油缸左边的油，则通过电磁阀A(或四通阀)流回压缩机的吸入腔。 反之，若电磁阀B开启，A关闭(或四通阀为减载位置)，则油路正好相反，滑阀向右移动，工作腔的部分气体则从滑阀与固定端之间的位置回流到吸入端，机器即在部分负荷下运转。,2020/10/2,95,冷水机组的控制,离心式冷水机组的控制 离心式冷水机组的制冷原理 离心式冷水机组是以离心式压缩机为主要部件的冷冻水制备机组。它是二十世纪二十年代为空调目的而制造的冷水机组，它具有制冷量大的特点，目前已广泛应用于各种大型空调系统中。,2020/10/2,96,冷水机组的控制,离心式冷水机组的控制 离心式冷水机组输出能量的

42、调节 目前空调用离心式冷水机组大都采用进口可转导叶调节法来进行输出能量的调节，即在叶轮进口前装有可转进口导叶，通过自动调节机构，改变进口导叶开度，使制冷量相应改变。 当外界冷负荷减少时，蒸发器的冷冻水回水温度下降，导致蒸发器的冷冻水出水温度对应降低。冷冻水出水温度降低，由铂电阻温度计感受，容量调节模块发出电信号，通过脉冲开关及交流接触器，使执行机构电机旋转，关小进口导叶开度(减载)，冷水机组的制冷量随之减少，直至蒸发器冷冻水出水温度回升至设定值，制冷量与外界冷负荷达到新的平衡为止。,2020/10/2,97,冷水机组的控制,离心式冷水机组的控制 离心式冷水机组输出能量的调节 当外界冷负荷增加时

43、，蒸发器冷冻水出水温度相应增高，容量调节模块发出的电信号使执行机构电机向相反方向旋转，开大进口导叶的开度(加载)，机组的制冷量随之增加，直至蒸发器出水温度下降到设定值为止，采用进口导叶调节法的调节范围较宽(30100%)，经济性较好，并可实现自动调节。 近年来变频调速技术发展很快，美国约克公司首先在离心式冷水机组中推出使用调频节能新技术，改变电源频率来调节电动机转速，从而实现机组制冷量和负荷的大小相匹配。,2020/10/2,98,冷水机组的控制,吸收式冷水机组的控制 吸收式冷水机组的控制方法 调节发生器热源热量； 调节稀溶液循环量； 调节冷却水量及冷却水温度。,2020/10/2,99,第十

44、章 供暖系统的调节与控制,第一节 供暖系统调节与控制的依据 第二节 供暖系统调节与控制的方法 第三节 分户计量供暖系统的自动控制,2020/10/2,100,供暖系统调节与控制的方法,集中供热系统控制,热源调节与控制,一次网调节与控制,换热站的调节与控制,二次网的调节与控制,2020/10/2,101,供暖系统调节与控制的方法,供热调节基本方法,质调节 改变网路的供水温度,量调节 改变网路流量,质量-流量调节 同时改变网路的供水温度和流量,间歇调节 改变每天供暖小时数,2020/10/2,102,供暖系统调节与控制的方法,用户的调节与控制 自动调节和控制的目的 使室内的温度能保持在要求的某个范

45、围之内，以满足生产过程的需要，或确保环境的舒适条件。 减少建筑物内部各朝向房间的温度偏差，克服过冷和过热现象。 调整多层或高层建筑上下层之间由于自然压头作用产生的温度偏差。 节省人力，提高调节品质和管理水平。,2020/10/2,103,供暖系统调节与控制的方法,用户的调节与控制 调节和控制方式 量调节 当供暖系统由于建筑物的耗热量变化引起室内温度波动时，保持系统的供水温度不变，自动调节系统循环水量的大小，来满足室内温度的要求。 优点：循环水量减小时，不仅节省加热源的能耗，而且还节省循环水泵的输送能耗 缺点：供暖系统的流量减少，容易导致系统的竖向水力失调，因此，量调节宜用于单管系统。对于采用热

46、计量的用户，单管系统不再采用，只采用双管系统，所以热计量用户不采用这种调节方式。,2020/10/2,104,供暖系统调节与控制的方法,用户的调节与控制 调节和控制方式 质调节 当供暖系统由于建筑物的耗热量变化引起室内温度波动时，保持系统的循环水量不变，自动调节系统的供水温度，来匹配建筑物热负荷的变化，满足室内温度的要求。 这种调节方式由于能降低供水温度，所以能节约热源的能耗。同时由于质调节水力工况稳定，单双管系统均可应用。对于采用热计量的用户，为保证用户水力工况的稳定，用户侧基本采用质调节方式。,2020/10/2,105,供暖系统调节与控制的方法,用户的调节与控制 具体的调节与控制方法 与

47、热源主管网直接连接系统的调节 量调节-1 将温度敏感元件设置在一个或二个有代表性的房间内，由温度敏感元件发出信号经比较后作用到调节器上，调节器再发出控制信号，控制回水总管上的电动二通阀的开度大小，改变系统的循环水量，适应建筑物热负荷的变化。 这种调节方法除解决室内温度调节外，还可解决大的区域供热管网中，各建筑物由于距离热源远近不同而造成的供热不匀现象。,2020/10/2,106,供暖系统调节与控制的方法,用户的调节与控制 具体的调节与控制方法 与热源主管网直接连接系统的调节 量调节-2 采用三通调节阀进行量调节 系统中的一部分热水通过供水管，另一部分多余的热水则通过旁通管进入回水管。它也是通

48、过改变系统的循环水量来匹配建筑物热负荷变化的。这种调节方法的特点是保持了外管网的总水量不变，使管网的水力工况稳定。,2020/10/2,107,供暖系统调节与控制的方法,用户的调节与控制 具体的调节与控制方法 与热源主管网直接连接系统的调节 量调节-3 供暖系统的分环路调节，当供暖系统较大时，南北分环调节，有利于克服由于朝向不同，而引起的温度失均，并达到节能的目的。,2020/10/2,108,供暖系统调节与控制的方法,用户的调节与控制 具体的调节与控制方法 与热源主管网间接连接系统的调节 质调节-1 二次水供回水管上分别设置01、02温度传感器，并将010mA DC信号输入到04控制器中。室

49、外温度传感器信号也输入到控制器中。三路信号在控制器中经过运算、处理，输出控制信号，对一次水量进行调节，保证二次水供回水温度差随室外温度的变化而变化，来匹配供暖建筑物热负荷的变化，满足室内温度要求。,2020/10/2,109,供暖系统调节与控制的方法,用户的调节与控制 具体的调节与控制方法 与热源主管网间接连接系统的调节 质调节-2 采用调节一次水供水量来改变二次水的供水温度，并且二次水的供水温度随室外温度的变化而变化，以此来匹配供暖建筑物热负荷的变化。,2020/10/2,110,分户计量供暖系统的自动控制,热网控制 定压力控制和定压差控制 在按户依据热量计量收费后热量成为一种商品，用户有权

50、决定自己购买多少热量，供热公司作为供应商应充分保证足够的商品以供用户购买。 热网调节的原则是在保证充分供应的基础上尽量降低运行成本. 供水定压力控制 即把热网供水管路上的某一点选作压力控制点，在运行时使该点的压力保持不变。,2020/10/2,111,分户计量供暖系统的自动控制,热网控制 供回水定压差控制 把供热网某一处管路上的供回水压差作为压差控制点，保持该点的供回水压差始终保持不变。 无论哪种控制方法，都要涉及到以下几个问题：控制点选在什么位置；控制点的设定值取多大；供水温度如何调节；如何综合地调节供水温度和控制点的设定值，以尽量节省运行成本。 控制点位置及设定值大小的选择主要是考虑降低运

51、行能耗和保证热网调节性能的综合效果。,2020/10/2,112,分户计量供暖系统的自动控制,热网控制 供回水定压差控制 在控制点位置确定的条件下，控制点的压力（压差）设定值取得越大，越能保证用户在任何工况下都有足够的资用压头，但运行能耗及费用也就越大；反之如取值过低，运行能耗及费用虽然较低，但有可能在某些工况下保证不了用户的要求。,2020/10/2,113,分户计量供暖系统的自动控制,热网控制 直连网的调节 供水压力控制点的位置及设定值大小 为保证在任何时候都能满足所有用户的调节要求，把压力控制点确定在最远用户n的供水入口处，该用户供水入口处的压力设定值pn为： 式中 p0为热源恒压点的压

52、力值，设恒压点在循环泵的入口；pr设计工况下从n用户到热源恒压点的回水干管压降；py用户的资用压头。,2020/10/2,114,分户计量供暖系统的自动控制,热网控制 直连网的调节 压差控制点的位置和设定值 当各个用户所要求的资用压头相同时，压差控制点可以选在最远用户处。 当各用户所要求的资用压头不相同时，压差控制点选在要求资用压头最大的用户处，其压差设定值为所要求的最大资用压头。,2020/10/2,115,分户计量供暖系统的自动控制,热网控制 直连网的调节 热源供水温度及总流量的调节 一般情况下，热源的供水温度tg仅随室外温度tw而变化，这个变化与现行的运行曲线相同，也就是相当于质调节运行

53、方式下的供水温度调节曲线，即：,2020/10/2,116,分户计量供暖系统的自动控制,热网控制 直连网的调节 热源供水温度及总流量的调节 热源处循环泵的总流量用变频控制，根据压力控制点的压力变化而控制变频泵的转速。 室外温度较高时，根据热网的供水温度tg较低，如有生活热水用户时则满足不了热水的加热要求。,2020/10/2,117,分户计量供暖系统的自动控制,热网控制 间连网的调节 二次网的调节 把间连网的换热站看成一个热源，这样间连网的每一个二次网就相当于一个独立的直连网。 二次网的调节中关于控制点位置及设定值大小的选取也就和直连网相同，且二次网的循环泵也要变频控制。 二次网供水温度只能与

54、室外温度有关，而不应当随用户调节流量而改变。,2020/10/2,118,分户计量供暖系统的自动控制,热网控制 间连网的调节 一次网的调节 把换热站看作一次网的一个用户，由于上述二次网供水温度的调节要求，一次网调节阀V1的动作，使一次网也成为变流量运行而不是定流量运行。这样一次网的调节、热源的调节方案完全与直连网相同。 间连网的一次、二次网在水力工况上是相互独立的，因此需要分别在一次、二次网上设置控制点和变频泵，以便分别进行调节控制。,2020/10/2,119,第十一章 空调冷热源及水系统的控制,第一节 空调冷热源和水系统的组成 第二节 空调冷热源及水系统控制的任务 第三节 冷却水系统的控制

55、 第四节 冷冻水系统的控制 第五节 冬夏转换与热水系统控制 第六节 冷热源与水系统的中央监控系统,2020/10/2,120,空调冷热源和水系统的组成,冷热水输送管路 定水量系统和变水量系统 变水量系统：一级泵变水量系统 这种系统的主要特点是在用户端设置二通电动调节阀，使流过用户的水量随负荷发生变化。,2020/10/2,121,空调冷热源和水系统的组成,冷热水输送管路 定水量系统和变水量系统 变水量系统：二级泵变水量系统 这种系统的主要特点是水环路的动力由初级泵和次级泵两级提供。,2020/10/2,122,空调冷热源和水系统的组成,冷却水循环管路 冷却水循环管路把冷却水泵、冷却塔和冷凝器连

56、接起来，完成给冷水机组的冷凝器排热的作用.,2020/10/2,123,空调冷热源及水系统控制的任务,设备及系统安全运行 在空调系统中，冷热源、输送水管网和用户末端装置组成了一个有机的整体，在这个整体中任何一环出现了问题都有可能给设备造成损坏。 冷却水泵的损坏会使冷却水断流，使得冷凝器的温度和压力升高，如不采取措施会使压缩机过载而损坏。冷冻水泵损坏会使冷冻水断流，使得蒸发器的温度和压力下降，当冷冻水温度低于0时会使蒸发器冻裂损坏。,2020/10/2,124,空调冷热源及水系统控制的任务,设备及系统安全运行 冷热源和水系统装设了控制装置就可以让流过冷水机组的冷冻水和冷却水流量、压力保持在合适的

57、范围内，为冷水机组提供适合的工作条件。 冷冻水或冷却水一旦出现问题时，安全保护装置能够立即作出反应，采取相应的措施，从而避免冷水机组的损坏。,2020/10/2,125,空调冷热源及水系统控制的任务,及时准确地提供相应的冷量或热量 空调系统设备的选择，包括冷热源机组和设备的选择都要按设计工况，即最不利工况的条件下选定的，但在大多数情况下空调系统的负荷只有设计负荷的一部分。 冷热源能够及时准确地根据负荷的变化调整自己的产冷产热量以适应空调负荷的变化。 冷热水输送系统应根据负荷的要求，及时准确地把相应的冷热量传送到用户末端。,2020/10/2,126,空调冷热源及水系统控制的任务,最大限度地节省

58、动力能源 对冷水机组和冷冻水泵、冷却水泵等进行控制就是对它们采取一些必要的措施，如变频调速或容量的重新组合等使这些设备始终处于高效下工作，从而节省宝贵的能源，提高运行的经济性。,2020/10/2,127,冷却水系统的控制,控制方法 冷水机组、冷却塔风机和冷却水泵的安全保护控制 冷水机组冷凝器水量的控制 在冷凝器的出水管道上装设水流开关，水流开关的接点与冷水机组压缩机的控制回路连锁，只有管道中有足够的水流过时才能启动压缩机工作，当管道中没有水或水流不足时，压缩机不能启动。 冷却水泵与冷水机组压缩机连锁，冷却水泵启动在前，压缩机启动在后，冷却水泵没有启动，压缩机不能启动。,2020/10/2,128,冷却水系统的控制,控制方法 冷水机组冷凝器水量的控制 关闭并联环路的某台冷却水泵时应相应地关闭与此泵对应的冷水机组冷凝器进口阀门。如果只关冷却水泵不关冷凝器进口阀门就会由于水泵总水量减少，而使分配到各台冷凝器中的水量减少，进而使工作的冷水机组的冷凝器的工作条件受到破坏。,2020/10/2,129,冷却水系统的控制,控制方法 冷却水温度的控制 一般情况下进入冷凝器的冷却水温度定为32，从冷凝器出来的冷却水温度为37。在保证冷却水流量的情况下，控制系统的任