热工培训班讲座-自控基础.ppt

1、2020年10月14日星期三7时17分23秒,1,一、自动控制基础知识,二、火电机组主要控制系统,协调控制系统,内容,模拟量控制系统,主要模拟量控制系统(MCS),锅炉燃烧过程控制（燃料、送风、引风控制）、给水控制、汽温控制、制粉系统控制,2020年10月14日星期三7时17分23秒,2,1 基本概念, 控制-某个主体使某个客体按照一定的目的、通过 一定的规律来动作,自动控制基础知识-基本概念,目标：维持水位 手段：调整给水量, 人工控制-主体是人,2020年10月14日星期三7时17分23秒,3,自动控制基础知识-基本概念,1 基本概念, 自动控制-主体是仪器/机器,汽包水位自动控制,主体：

2、控制系统 客体：被控过程（从控制器的输出到输入） 目的：维持汽包水位稳定,2020年10月14日星期三7时17分23秒,4, 反馈（闭环）控制-被控量参与控制,1 基本概念,被控量,控制量/指令,控制器(PID),执行器,被控对象,检测/反馈,自动控制基础知识-基本概念,需要加以控制的参数-被控量,2020年10月14日星期三7时17分23秒,5, 前馈（开环）控制-扰动量参与控制,1 基本概念,自动控制基础知识-基本概念,汽包水位自动控制,蒸汽流量（负荷）变化-干扰,能引起被控量变化的量-扰动量或者控制量,2020年10月14日星期三7时17分23秒,6,被控量,执行机构,被控对象,扰动通道

3、,+,前馈控制器,扰动量,前馈（开环）控制-扰动量参与控制,自动控制基础知识-基本概念,2020年10月14日星期三7时17分23秒,7, 前馈-反馈复合控制-被控量、扰动量都参与控制,自动控制基础知识-基本概念,蒸汽流量（负荷）变化-干扰,2020年10月14日星期三7时17分23秒,8,自动控制基础知识-性能指标,2 性能指标,衰减振荡过程,单调变化过程,等幅振荡过程,发散振荡过程,典型动态过程,2020年10月14日星期三7时17分23秒,9,自动控制基础知识-性能指标,2 性能指标,衡量控制系统动态响应的性能指标主要包括动态性能指标和稳态误差。用系统单位阶跃响应的各项指标来表征，见图4

4、所示。,衡量控制系统动态响应的性能指标主要包括动态性能指标和稳态误差。用系统单位阶跃响应的各项指标来表征，见图所示。,2020年10月14日星期三7时17分23秒,10,常用的时域性能指标,自动控制基础知识-性能指标,2 性能指标,上升时间tr,a.响应曲线从稳态值的10%到90%（常用于不发生振荡的场合，如一阶惯性环节） b.响应曲线从稳态值的5%到95%（也用于不发生振荡的场合） c.响应曲线从零上升到第一次到达稳态值所需的时间（常用于有振荡的场合，如 二阶振荡环节等）。,2020年10月14日星期三7时17分23秒,11,峰值时间tp,2 性能指标,响应曲线到达过调量的第一个峰值所需时间

5、。,又称为过渡过程时间，是指响应曲线开始全部进入接近稳态值的 5%（或2%）区域内（即全部进入误差带内），所需要的时间。,调节时间ts,自动控制基础知识-性能指标,2020年10月14日星期三7时17分23秒,12,最大超调量p,自动控制基础知识-性能指标,2 性能指标,响应曲线偏离稳态值的最大偏差值。,2020年10月14日星期三7时17分23秒,13,衰减率,自动控制基础知识-性能指标,2 性能指标,响应曲线经过一个衰减周期后，振幅的相对减小量。 即第一、二次正向振幅衰减了的比率。,2020年10月14日星期三7时17分23秒,14,自动控制基础知识-性能指标,2 性能指标,稳态性能指标,

6、稳态误差：稳定系统误差的终值，即响应的稳态值与给定值之间的偏差。它是衡量系统最终控制精度（准确性）的重要性能指标。,2020年10月14日星期三7时17分23秒,15,自动控制基础知识-控制规律,3 控制规律,三种基本控制作用,微分方程： 传递函数： 特点：反应迅速（只要偏差量不为零，就会相应产生控制作用），但存在稳态误差。 越大（Kp越小），控制作用越弱，稳态误差越大，但振荡减少，对稳定性有利；反之，控制作用越强，稳态误差越小，但振荡加剧，不利于稳定。,比例作用（P-Proportional）,比例作用的影响,2020年10月14日星期三7时17分23秒,16,自动控制基础知识-控制规律,3

7、 控制规律,三种基本控制作用,积分作用（I-Integral）,微分方程： 传递函数： 特点：能消除稳态误差（只要偏差存在，控制作用就不断增强，直到偏差量等于零为止）；积分动作缓慢，要与比例作用配合使用。,积分作用的影响,2020年10月14日星期三7时17分23秒,17,自动控制基础知识-控制规律,3 控制规律,三种基本控制作用,微分作用（D-Derivative）,微分方程： 传递函数： 特点：控制作用与偏差的变化量成正比，而与偏差的大小无关；与比例作用配合使用。,微分作用的影响,只要微分作用选择得当，能有效减小系统的动态偏差，但存在稳态误差,2020年10月14日星期三7时17分23秒,

8、18,自动控制基础知识-控制规律,3 控制规律,三种基本控制作用,微分作用（D-Derivative）,实际微分环节,2020年10月14日星期三7时17分23秒,19,自动控制基础知识-控制规律,3 控制规律,常用PID控制器及其动态特性, 比例控制器（P）,动作迅速，控制作用的大小与偏差量成正比，但存在稳态误差。, 比例积分控制器（PI）,特点：消除稳态误差(I作用) ，且动作 迅速 (P作用)。适用广泛。,2020年10月14日星期三7时17分23秒,20,自动控制基础知识-控制规律,3 控制规律,常用PID控制器及其动态特性, 比例微分控制器（PD）,2020年10月14日星期三7时1

9、7分23秒,21,自动控制基础知识-控制规律,3 控制规律,常用PID控制器及其动态特性, 比例积分微分控制器（PID）,PID控制兼有PI和PD控制的优点，即能达到无稳态误差，又保证了动作的快速性。 如果、Ti、Td三个参数配合好，就可以取得较好的调节效果。但是PID规律实现起来较复杂。,2020年10月14日星期三7时17分23秒,22,自动控制基础知识-热工被控对象,4 热工被控对象,结构参数与物理特性,惯性时间T-容积 纯迟延时间-传递距离 增益K传递阻力，即有无自平衡能力。,动态特性,有一定的惯性和迟延 不振荡 最终可能平衡，也可能不平衡,2020年10月14日星期三7时17分23秒

10、,23,自动控制基础知识-热工被控对象,4 热工被控对象,对象特性参数对控制过程的影响,惯性时间T 控制通道惯性时间常数T小，控制及时，对控制有利。 干扰通道惯性时间常数T大，对干扰信号滤波有好处，利于克服干扰。 纯迟延时间 控制通道大，对控制不利。 干扰通道大，对控制有利。 增益K 控制通道增益K大，控制作用得到加强，但同时易引起系统振荡，可通过比例系数Kp修正。 干扰通道增益K大，系统动差和静差增大，对控制不利，希望小些。,2020年10月14日星期三7时17分23秒,24,自动控制基础知识-热工控制结构,5 热工控制系统常见结构,单反馈回路,2020年10月14日星期三7时17分23秒,25,自动控制基础知识-热工控制结构,5 热工控制系统常见结构,串级反馈回路,优点：