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

2、参与下，使被控量等于给定值 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

3、PH值等的系统,三、常用术语 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

4、制系统中通常把设定值与测量值之差作为偏差。,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

5、：被控量的给定值随时间任意地变化的控制系统 程序控制系统：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,tp ts,衰减振荡(1),衰减振荡(2),（单调过程）无振荡过程,发散振荡的M

6、ATLAB模拟,衰减振荡(2)的MATLAB模拟,单调过程的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）

7、：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）：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