热工过程
热工过程自动控制的基本概念
• 热工过程自动控制概述 • 热工过程自动控制的基本原理 • 热工过程自动控制的应用 • 热工过程自动控制的未来发展
01
热工过程自动控制概述
定义与特点
定义
热工过程自动控制是指通过自动 化装置对热工过程中温度、压力 、流量等工艺参数进行自动调节 ，以达到预设目标的过程。
3
物联网技术还可以用于热工过程的能耗监测和管 理，提高能源利用效率和环保水平。
云计算与热工过程自动控制
01
云计算技术为热工过程自动控制提供了强大的计算和存储能力， 使得对热工过程的控制更加高效和灵活。
02
云计算技术可以实现热工数据的集中存储和处理，便于数据的
分析和挖掘。
通过云计算技术，可以实现热工过程的远程监控和管理，提高
快速性
系统对设定值变化的响应速度。
抗干扰性
系统对外部干扰的抵抗能力。
03
热工过程自动控制的应用
工业过程控制
总结词
工业过程控制是热工过程自动控制的重要应用领域，主要用 于提高生产效率和产品质量，降低能耗和减少环境污染。
详细描述
在工业生产过程中，许多物理量需要保持恒定或按照预定规 律变化，如温度、压力、流量、液位等。通过热工过程自动 控制，可以实现对这些参数的实时监测、控制和调节，确保 生产过程的稳定性和可靠性。
02
热工过程自动控制的基本原理
控制系统的基本组成
01
02
03
04
控制器
接收输入信号，根据设定的算 法计算输出信号，控制执行机
构。
执行机构
接收控制器输出的控制信号， 驱动被控对象进行动作。
测量元件
检测被控对象的实际状态，输 出测量信号。
电厂热工过程控制基础
电厂热工过程控制基础1.1电厂热工过程控制概述LLl电厂热工过程控制的发展阶段随着计算机技术的迅速发展，电厂热工过程控制又经历了以下几个计算机控制过程：1）集中型计算机控制：用一台计算机对整个生产过程进行整体控制，因此对计算机的可靠性要求很高，一旦计算机出现事故，将使整个生产受到影响。
2 ）分散型计算机控制：随着微机的大批生产，成本的不断降低，逐渐把集中控制改为用微机进行局部控制，克服了集中控制的一些缺点，但此时各系统之间很难协调起来。
3 ）计算机分散控制：它把各系统之间、厂级管理、调度等用一台功能很强的计算机进行上位管理；而把各子系统用微机控制，充分发挥了集中控制和分散控制各自的优点, 是一种比较合理的控制方法。
生产过程自动化技术发展的里程碑是计算机的应用，特别是以微处理器为核心的新型装置一分散控制系统（DCS ）的成功应用。
分散控制系统就是以大型工业生产过程及其相互关系日益复杂的控制对象为前提，从生产过程综合自动化的角度出发，按照系统工程中分解与协调的原则研制开发出来的，以微处理机为核心，结合了控制技术、通信技术和显示技术的新型控制系统。
1.1.2电厂热工过程控制的主要内容根据应用层次和范围的不同，我们将现代电站自动化所涵盖的主要内容大致分为7类。
1.数据采集与管理包括对热力过程中温度、压力、流量、液位、成分等热工参数的测量；测量数据在不同系统之间的高速传输；生产过程实时/历史数据的高效存储；历史数据的快速检索；统计数据的报表打印；报警数据的采集、存储、分析与处理等。
具有数据采集与管理功能的典型的系统主要有数据采集系统、DCS数据库、SlS数据库、MIS数据库等。
2.闭环控制以模拟量控制系统为主，主要对机组的一系列参数进行控制，如中间点温度、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、主汽压力、炉膛负压和发电机功率等。
重要的控制回路包括：协调控制系统、给水控制系统、汽温控制系统、燃烧控制系统等。
3.顺序控制顺序控制一般可分为时间定序式和过程定序式两类。
热工过程与设备(第一章)习题解答
热工过程与设备(第一章) 热工过程与设备(第一章)习题解答
热工过程与设备(第一章) 热工过程与设备(第一章)习题解答
8.解 将该气体视为不可压缩的流体。 8.解：将该气体视为不可压缩的流体。 据连续性方程：该气体通过Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ两 连续性方程：该气体通过Ⅰ 截面时体积流量相等。 截面时体积流量相等。又因气体在水平管道 中流动，且不计阻力损失，故有： 中流动，且不计阻力损失，故有： P1+ρu12/2= P1+ρu22/2 138+1.2× 92+1.2× 即：1/2 (1) 即：46= 0.6(u22-u12) 又据： (2) 又据：u1F1= u2F2，得：u1= 0.8u2
热工过程与设备(第一章) 热工过程与设备(第一章)习题解答
0(Pa)， (3)当零压面处于窑顶时，有：hs1= 0(Pa)，又 (3)当零压面处于窑顶时， 当零压面处于窑顶时 0(Pa)，据柏努利方程， 因hg1= 0(Pa)，据柏努利方程，有： hs2= 0+0-13.6= -13.6(Pa)，hg2= 13.6(Pa) 0+013.6(Pa)， hs3= hs1+ hg1- hg3= 0+0-27.2= -27.2(Pa) ， 0+027.2(Pa) hg3= 27.2(Pa)。 27.2(Pa)。 此时，各截面的能量总和为0(Pa)。 此时，各截面的能量总和为0(Pa)。 上述三种情况下的能量分布，见下图。 上述三种情况下的能量分布，见下图。
热工过程与设备(第一章) 热工过程与设备(第一章)习题解答
19.解 19.解： (1)计算烟囱的直径 (1)计算烟囱的直径 取烟气的标态流速3m/s， 取烟气的标态流速3m/s，据： uF= qvn 计算出烟囱顶部直径为d 1.6m。 计算出烟囱顶部直径为d2= 1.6m。 1.25，故烟囱的底部直径为2m， 设：d1/d2= 1.25，故烟囱的底部直径为2m， 由此烟囱的平均直径为d 1.8m。 由此烟囱的平均直径为dm= 1.8m。 (2)计算烟气的温度与密度和空气的密度 (2)计算烟气的温度与密度和空气的密度
热工过程自动控制
特点：1、积分调节作用与偏差的大小没有直接的关系，故一般不单独使用
2、积分调节作用反映了偏差的累计情况，调节作用随时间而逐渐增强，因此能有效地小炒股系统的静态偏差
3、改善静态品质的同时恶化了动态品质，使过渡过程的振荡加剧，甚至造成系统不稳定
★★★4、调节系统的动态偏差
动态偏差：指系统在过渡过程中e（t）的最大值，记为em，
em=x（t）-y（tp） tp—系统第一次达到最大值的时间
（1） 调节系统的动态偏差em决定于调节器的调节作用，调节作用越强，em值越小
（2） 在稳定性相同的条件下，是PI调节器动态偏差最大，使用PD调节器，动态偏差最小
反馈：系统的输出又通过某个环节作用到输入；
在自动控制系统中，主要运用负反馈，性质有
1如果前向传递函数具有足够大的放大系数，则闭环传递函数等于反馈回路传递函数的倒数，而与前向传递函数无关；
2在负反馈闭合回路中，不论输入输出取什么信号，其传递函数的分母一样，所不同的只是传递函数的分子
信号线：指标是信号的传递关系和传递方向，而不代表物质的流动
采用P调节器的系统，七阶跃响应只有一个主要振荡成分，而采用PI和PD调节器的系统，其阶跃响应除了有一个主要的振荡成分以外，还有一个主要的非周期成分。采用PI调节器的系统中的非周期成分，反映了积分作用消除静态偏差的过程，而采用PD调节器的系统中的非周期成分，反映了微分作用抑制动态偏差的过程。
（2） 有自平衡
飞升速度E
延迟时间t
自平衡能力系数P
时间常数Tc
描写有自平衡能力对象动态特性的特征参数有三种组合：①（E,P,t） ②（E，Tc，t） ③（Tc，P，t）
热工过程自动控制
热工过程自动控制1. 什么是热工过程自动控制热工过程自动控制是指利用自动控制系统来监测和调整热工过程中的参数，以达到预定的目标。
这些参数可能包括温度、压力、流量等。
通过自动控制，可以提高热工过程的效率、稳定性和安全性。
2. 热工过程自动控制的原理是什么热工过程自动控制的原理基于控制系统的闭环反馈原理。
首先，通过传感器获取热工过程中的参数信息，如温度传感器可以测量温度值。
然后，将这些参数信息与预定的目标值进行比较，得到误差。
接下来，根据误差，控制器会采取相应的控制策略，如调整阀门开度或启动/停止加热器等，来实现热工过程的控制。
最后，通过执行器将控制信号转换为实际的操作，如控制阀门的开闭或调节加热器的功率。
3. 热工过程自动控制的优势是什么热工过程自动控制具有以下优势：- 提高效率：通过自动控制热工过程中的参数，可以优化操作条件，提高能源利用效率。
例如，根据实时需求调整加热器功率，避免能源的浪费。
- 提高稳定性：自动控制系统能够实时监测和调整热工过程中的参数，使其保持在预定的范围内。
这有助于防止过程变量的偏离和不稳定，提高过程的稳定性。
- 提高安全性：自动控制系统可以及时响应异常情况，并采取相应的措施来保护设备和人员的安全。
例如，在温度超过设定范围时，自动控制系统可以自动关闭加热器或启动冷却装置。
- 提高生产质量：通过自动控制热工过程，可以减少人为操作的误差，提高产品的一致性和质量。
4. 热工过程自动控制中常用的控制策略有哪些在热工过程自动控制中，常用的控制策略包括：- 比例控制：根据误差的大小，按比例调整控制信号。
这种控制策略适用于线性响应的系统，但可能会导致超调和稳定性问题。
- 积分控制：根据误差的累积值，进行控制信号的调整。
积分控制可以消除稳态误差，但可能导致系统的迟滞和震荡。
- 微分控制：根据误差的变化率，调整控制信号。
微分控制可以提高系统的响应速度，但对测量噪声敏感，可能引入噪声放大问题。
《热工过程自动控制》课程知识 复习 学习材料 试题与参考答案
《热工过程自动控制》课程知识复习学习材料试题与参考答案一、单选题1.在DEH阀门管理功能叙述中，错误的是（B )A.在单、多阀切换过程中，负荷基本上保持不变；B.在单、多阀切换过程中，如果流量请求值有变化，阀门管理程序不响应；C.阀门管理程序能提供最佳阀位；D.能将某一控制方式下的流量请求值转换成阀门开度信号2.正逻辑体制中用1表示（D)A.电压为1伏B.电流为1安培C.低电平D.高电平3.在给水自动三冲量中，（C)是前馈信号，它能有效地防止由于“虚假水位”而引起调节器的误动作，改善蒸汽流量扰动下的调节流量。
A.汽包水位B.给水流量C.蒸汽流量D.给水调节阀开度4.运行中的PMK调节器，若供电突然停后又来电，则恢复后的调节器输出值为（A)。
A.刚停电前的值；B.预置值；C.0%；D.50%。
5.一个线性调节系统的稳定性取决于（B)。
A.干扰作用的形式及强弱；B.系统本身的结构及参数；C.干扰作用的形式及强弱；D.干扰作用的强弱。
6.DEH的A TC运行方式，下列叙述中错误的是（B)A.目标转速，目标负荷是通过A TC程序由主计算机确定的最佳值；B.在A TC方式可自动升负荷至额定负荷。
C.升速率和升负荷率是通过A TC程序由主计算机确定的最佳值；D.在A TC方式可进行自动升速、暖机、主汽门/调节汽门切换；7.调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求，稳定调节过程的衰减率Ψ应是：（C)。
A.Ψ=0；B.Ψ＜0；C.0＜Ψ＜1；D.Ψ=1。
8.主机真空低停机保护逻辑采用（A)A.三取二B.二取二C.二取一D.三取一。
9.引起（C)变化的各种因素称为扰动。
A.调节对象；B.调节系统；C.被调量；D.调节设备。
10.热电偶补偿导线与热电偶连接点的温度，对热电偶热电势无影响，其依据是（C)。
A.均质定律B.中间导体定律C.中间温度定律D.参考电极定律11.用万用表判断三极管的好坏，应将万用表置（C)挡。
热工过程及设备复习题
名词解释1.缩流系数：气流最小截面和小孔截面之比值。
（P23）2.湿球温度:当前环境仅通过蒸发水分所能达到的最低温度。
（P154）3.露点：湿空气的湿含量不变而被冷却，一直冷却到湿空气达到饱和状态而即将凝结成水的温度称为露点。
（P154）4.辐射力：表明单位时间内单位面积上物体向半球空间辐射的所有波长的总能量。
（P93）5.燃料的热当量：燃料的热值与标准燃料热值之比。
（P191）6.马赫数：气流速度和当地音速的比值。
（P31）7.单色辐射力:单位时间内物体的单位表面积向半球空间发射的某一特定波长的辐射能量（P93）8.低位发热量：单位质量或者体积的燃料完全燃烧，燃烧产物中水汽冷凝为20°C的水蒸气时所放出的热量。
（P187）9.延迟着火现象：当气体燃料与空气的混合物加热至着火温度后，不能立即将邻近层气体温度升高而燃烧的现象。
（P216）10.稳定温度场：物体各点的温度不随时间的变化而变化的温度场。
（P59）11.干球温度：从暴露于空气中而又不受太阳直接照射的干球温度表上所读取的数值。
（P154）12.工艺点火：热源在某处点火，燃烧火焰向其他方向传播，然后整个系统达到着火的过程。
（P213）13.燃油的雾化：将油流股通过重油烧嘴破碎成细小颗粒的过程。
（P226）填空1.滞止状态发生在（速度为0的截面）。
2.窑内气体通过窑壁向周围散热过程为（综合传热）。
3.（黑体）是在相同温度下辐射能力最强的物体。
4.一般而言，金属比非金属导热系数值是（较高的）。
5.气体的组成，常用各成分所占（体积）百分数表示。
6.定向辐射强度与方向无关的规律称为（兰贝特定律）。
7.储油罐中油的加热温度应严格控制在（油品的自燃点）以下。
8.流体经过管内进行对流换热时，当（）时，要进行入口效应修正。
9.在（）流动的流体中声音不可能进行逆流传播。
10.燃料的燃烧操作计算中氮平衡的含义是（计算实际空气量）。
11.我国动力用煤按照煤中可燃烧基挥发分含量大小进行分类，其中烟煤的挥发分含量是（10-45%），无烟煤是（≤10%）。
07-热加工过程
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10
2、环烷烃 首先在侧链上发生和烷烃相似的断裂反应，生成
较小分子的烯烃或烷烃； 其次才是环烷烃的脱氢和断裂，但需要更高温度
，生成环烯、烯烃或二烯烃。
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11
3、芳烃 带烷基侧链的芳烃也发生和烷烃类似的断裂； 芳烃环非常坚固，不能断裂，在较高温度下进行脱
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17
1、链的引发:
主要是C-C均裂形成自由基，链中部键能小，容 易在碳链的中部发生均裂：
C7H16 C7H16
CH3CH2CH2 CH3CH2CH2CH2 CH3CH2 CH3CH2CH2CH2CH2
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18
2、链的增长，包括： a.自由基夺氢反应
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3
3）优点 工艺简单、操作方便、装置灵活性大和建 设费用低，今后在原油变重、稠油产量增加的趋势下，仍 将发挥其作用。
4）缺点 液体产品含不饱和烃多、安定性差、胶质 含量高；汽油辛烷值虽高于直馏汽油，但远低于催化裂化 汽油，需经过加氢等精制过程才符合出厂质量规格要求。
鲁宁管输 减压渣油
500 1.43
8.3 15.9 32.3 20.7 22.8 68.9
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辽河 减压渣油
500 1.43
9.9 15.0 25.3 25.2 24.6 65.5
44
三、流化焦化
（Fluid Coking）
流化焦化的产品分布及产 品质量与延迟焦化有较大 的差别。
19.0
焦炭
《热工过程自动控制技术》课件第一章
示、记录、参数计算、参数越限和设备故障时发出报警信号、 事故记录和追忆、工业电视监视等。 ②自动保护 ：包括主机、辅机和各支持系统及其相互间的 联锁保护，以防止误操作。当设备发生故障或危险工况时， 自动采取措施防止事故扩大或保护生产设备。 ③顺序控制 ：包括主机、辅机和各支持系统的启停控制， 如输煤系统控制、锅炉吹灰控制、锅炉补给水处理控制、给 水泵启停控制、汽轮机自启停控制、锅炉点火系统控制等。 ④连续控制 ：包括对主机、辅机及各系统中的压力、温度、 流量、物位，成分等参数的控制控制，使之保持为预期的数 值。 ⑤管理和信息处理：对电厂中各台机组的生产情况(如发 电量、频率、主要参数、机组设备的完好率、寿命)，电厂 的煤、油、水资源情况，环境污染情况进行监督、分析，供 管理人员做出相应的决策。
− st
重庆电力高等专科学校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE 2011-11-7
热工过程自动控制技术
拉氏变换2
2)拉普拉斯变换的性质和定理：
• ①线性性质 • ②微分定理
d n f (t ) L = sn F ( s ) n dt
L af1 ( t ) ± bf 2 ( t ) = aF1 ( s ) ± bF2 ( s )
重庆电力高等专科学校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE 2011-11-7
热工过程自动控制技术
基本概念
1.数学模型：描述系统输入、输出变量以及内部
各物理量(或变量)之间关系的数学表达式。
2.线性系统：系统的数学模型为线性微分方程式
的控制系统称为线性系统。 线性系统满足叠加原理。
热工过程自动调节习题集答案详解
答案及分析第一章自动调节得基本概念1-1 试列举生产过程或生活中自动调节得例子,并分别说出它们各自得被调量,调节作用量以及可能受到得各种扰动、。
答:汽包锅炉给水自动调节系统被调量汽包水位H 调节量W 扰动蒸汽量D 锅炉燃烧率过热蒸汽温度自动控制系统过热蒸汽温度减温水流量变化扰动:蒸汽流量变化烟气量变化再热蒸汽温度自动控制系统再热蒸汽出口温度烟气量扰动:受热面机会给水温度得变化燃料改变过量空气系数得变化燃烧过程自动控制气压Pt 过剩空气系数a 炉膛负压S1 调节量: 燃烧量B 送风量V 引风量G 扰动:燃烧率负荷(汽轮机调节门开度汽轮机进气流量)以电厂锅炉运行中炉膛压力得人工控制为例,被调量就是炉膛压力,调节量就是引风量,各种扰动包括内扰与扰,如炉膛负荷送风量等。
在锅炉过热蒸汽温度控制系统中,被调量就是过热器出口过热蒸汽温度。
在锅炉负荷控制系统中,被调量就是主蒸汽压力,调节粮食锅炉燃料量,扰动就是汽机进汽量。
1-2 实际生产过程中常采用哪几种类型得自动调节系统答:按给定值信号得特点分类,有:恒值调节系统,程序调节系统与随机调节系统、按调节系统得结构分类,有:反馈调节系统,前馈调节系统与前馈-反馈得复合调节系统、按调节系统闭环回路得树木分类:单回路调节系统多回路调节系统按调节作用得形式分类:连续调节系统离散调节系统按系统特性分类:线性调节系统非线性调节系统1-3 为什么在自动调节系统中经常采用负反馈得形式答:自动调节系统采用反馈控制得目得就是消除被凋量与绐定值得偏差、所以控制作用得正确方向应该就是:被调量高于绐定值时也就就是偏差为负时控制作用应向减小方向,当被调量低于给定值时也就就是偏差为正时控制作用应向加大方向,因此:控制作用得方向与被调量得变化相反,也就就是反馈作用得方向应该就是负反馈、负反馈就是反馈控制系统能够完成控制任务得必要条件、1-4 前馈调节系统与反馈调节系统有哪些本质上得区别答:反馈调节系统就是依据于偏差进行调节得,由于反馈回路得存在,形成一个闭合得环路,所以也称为闭环调节系统、其特点就是:(1)在调节结束时,可以使被调量等于或接近于给定值;(2)当调节系统受到扰动作用时,必须等到被调量出现偏差后才开始调节,所以调节得速度相对比较缓慢、而前馈调节系统就是依据于扰动进行调节得,前馈调节系统由于无闭合环路存在,亦称为开环调节系统、其特点就是:(1)由于扰动影响被调量得同时,调节器得调节作用已产生,所以调节速度相对比较快;(2)由于没有被调量得反馈,所以调节结束时不能保证被调量等于给定值、1-5 如何用衰减率来判断调节过程得稳态性能答:衰减率ψ作为稳定性指标比较直观形象,在系统得调节过程曲线上能够很方便地得到它得数值、ψ=1就是非周期得调节过程,ψ=0就是等幅振荡得调节过程,0<ψ<1就是衰减振荡得调节过程, ψ<0就是渐扩振荡得调节过程、1-6 从系统方框图上瞧,调节系统得调节过程形态取决于什么答:取决于被调对象与调节器得特性、1-7 基本得自动调节系统除被调对象外还有哪几个主要部件它们各自得职能就是什么答:组成自动调节系统所需得设备主要包括:(1)测量单元:用来测量被调量,并把被调量转换为与之成比例(或其她固定函数关系)得某种便于传输与综合得信号、(2)给定单元:用来设定被调量得给定值,发出与测量信号同一类型得给定值信号、(3)调节单元:接受被调量信号与给定值信号比较后得偏差信号,发出一定规律得调节指令给执行器、(4)执行器:根据调节单元送来得调节指令去推动调节机构,改变调节量、第二章自动调节系统得数学模型2-1 求下列函数得拉普拉斯反变换 (1)4)2)((3)1)(()(++++=S S S S S s F (2) )1(1)(2+=S S s F(3)23)(23++=S S S s F (4)1)(2)(3)(4)(2+++=S S S s F解: (1) 3/81/43/8(s)24F S S S =++++ ∴24313()848t t f t e e --=++ (2) 21(s )1SF S S =-+ ∴()1cos f t t =-(3)81(s)321F S S S -=-++++ ∴'2()()3()8t t f t t t e e δδ--=-+- (4) 2122(s)4(2)2(1)F S S S ⎡⎤--=++⎢⎥+++⎣⎦∴22()488t t t f t te e e ---=--+ 2-2 试求下图所示环节得动态方程、静态方程与传递函数。
热加工工艺基础知识
热加工工艺基础知识引言热加工工艺是一种通过加热和塑造材料以改变其形状和性质的方法。
这种工艺广泛应用于各个行业，如金属加工、塑料加工、陶瓷制造等。
在热加工工艺中，热能被用来增加材料的可塑性，使其容易被塑造成所需的形状。
本文将介绍热加工工艺的基础知识，包括加热方式、热加工过程、热加工设备等。
加热方式热加工过程中最常用的加热方式有以下几种：1.火焰加热：通过燃烧燃料如天然气、煤气等产生的火焰，将热能传递给材料。
火焰加热具有温度范围广、适用于不同材料的优点，常用于金属加热和焊接过程中。
2.电阻加热：通过在材料中通电产生电流，材料的电阻会使电能转化为热能，从而加热材料。
电阻加热适用于各种材料，如金属、塑料等。
3.感应加热：通过将材料置于交变电磁场中，使材料内部的感应电流产生热能。
感应加热具有加热速度快、效率高等优点，常用于金属的加热和熔化。
除了以上几种常见的加热方式，还有其他一些特殊的加热方式，如激光加热、电子束加热等。
热加工过程热加工过程包括以下几个步骤：1.加热：将工件加热到所需温度。
在加热过程中，需要控制加热温度、加热时间以及加热方式等参数，以确保工件达到所需的热处理效果。
2.塑性变形：在工件加热到足够温度后，可以进行塑性变形。
塑性变形包括拉伸、压缩、弯曲、挤压等方式，可用于改变材料的形状和尺寸。
3.冷却：塑性变形后，工件需要进行冷却。
冷却过程中，工件的温度会逐渐降低，使材料恢复原来的硬度和强度。
热加工设备热加工工艺涉及到许多不同的设备和工具，下面介绍几种常用的热加工设备：1.火焰喷灯：用于火焰加热的工具，通常使用燃气和氧气混合产生火焰，可用于焊接、切割和加热金属工件。
2.电炉：用于电阻加热的设备，通过通电使材料加热，可以控制加热温度和时间，适用于各种加热需求。
3.感应加热设备：通过产生交变电磁场使材料加热的设备，常用于金属加热和熔化过程中。
除了以上设备，还有一些辅助设备如温度控制器、加热面具等，用于控制加热过程和保护操作人员的安全。
热工过程与自动调节知识点(1212)
第一章 自动调节的基本概念1、基本概念：被调对象： 被调节的生产设备和生产过程被调量： 通过调节需要维持的物理量给定值： 根据生产要求，被调量的规定数值扰动： 引起被调量变化的各种原因调节作用量： 在调节作用下，控制被调量变化的物理量调节机关： 在调节作用下，用来改变调节作用量的装置系统方框图：将实际的生产设备以及它们相互间的连接关系用抽象的形式表示，是一种对调节系统进行描述或分析的有力工具和非常直观的表达方式，主要由环节方框和信号线组成。
环节：每一个方框代表一个能完成一定职能的元件同类环节：物理系统不同，数学模型的形式完全相同，两个环节的因果关系类同注：不能说一个元件只能用一个方框表示，同一个元件在反映两个或多个不同特性时，应该用两个或多个方框来表示它们不同的因果关系信号线：连接各个环节且带有方向箭头的线，信号线只表示信号的传递关系和方向，而不是代表物料是从水槽中向外流出的，信号的流向不能逆行。
2、自动调节系统的分类：（1）按给定值信号的特点分类：1、恒值调节系统2、程序调节系统3、随机调节系统（2）按调节系统的结构分类:2.1、反馈调节系统（也称闭环调节系统）：把被调量信号经过反馈回路送到调节器的输入端和给定信号进行比较，比较后的偏差信号作为调节器的调节依据。
特点：①在调节结束时，可以使被调量等于或接近于给定值；②当调节系统收到扰动作用时，必须等到被调量出现偏差后才开始调节，调节的速度相对比较缓慢2.2、前馈调节系统（也称开环调节系统）：调节器接受了被调对象受到的扰动信号，按预定的调节规律立即对被调对象产生一个调节作用，以抵消扰动信号对被调量的影响。
不存在反馈回路。
特点：①由于扰动影响被调量的同时，调节器的调节作用已产生，所以调节速度相对比较快；②由于没有被调量的反馈，所以调节结束时不能保证被调量等于给定值2.3、复合调节系统：前馈+反馈（3）按调节系统闭环回路的数目分类：1、单回路调节系统2、多回路调节系统（4）按调节作用的形式分类：连续调节系统2、离散调节系统（采样调节系统）（5）按系统的特性分类：1、线性调节系统2、非线性调节系统3、典型的调节过程：（1）非周期（不振荡的）调节过程（2）衰减振荡调节过程（3）等幅振荡调节过程（4）渐扩振荡调节过程注：后两种不可采用4、 自动调节系统主要的性能指标：4.1、稳定性：负反馈是调节系统稳定的必要条件，正反馈是系统不稳定的根本原因，系统的稳定性用衰减率来衡量，衰减率：131=M M M ψ- 稳定性的最佳指标：0.750.9ψ= 非周期调节过程：=1ψ；等幅振荡调节过程：0ψ=；衰减振荡调节过程：01ψ<<；渐扩振荡调节过程：0ψ<4.2、准确性：反应调节过程中和调节结束时被调量与给定值之间偏差的程度（1） 动态偏差max e ：在整个调节过程中被调量偏高给定值的最大偏差值（2） 静态偏差e ∞：调节过程结束后被调量和给定值之间的偏差值4.3、快速性：反应调节过程持续时间的长短，称调节时间s t4 准则数I ：0|y()()|I t y dt ∞=-∞⎰，I 值数值越小，调节的质量越好5 超调量p M ：反映系统调节过程中被调量超过稳定值的最大程度max 100%p y y M y ∞∞-=⨯ 第二章 自动调节系统的数学模型1、静态特性：系统处于平衡状态时（即输入信号和输出信号都不随时间变化），输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系，称为系统的静态特性。
第2章热工过程自动控制的基本概念
发散振荡的品质指标
2.0
过渡时间？？？ 峰值时间？？？
1.5
1.0
0.5
0.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t
偏差性能指标min
平方误差积分准则 J e2 tdt
0
时间乘误差平方积分准则J te2 t dt
0
误差绝对值积分准则 J e2 t dt
0
时间乘误差绝对值积分准则 J t e2 tdt
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 过稳渡定过值程 的5时%间或（2t%s）范：围系内统所过需渡的过时程间曲线进入新的 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
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
预期 分析决策
目标
观察 执行 观察
干 扰
工作对象被控量
预期 目标
设定 速度
汽车定速巡航
干
观察
扰
分析决策 执行 受控对象
调节器
观察 测量 执行
干 扰
受控对象
测量
最 大 偏 差
h(t)
0.8
0.6
0.4
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热工过程控制系统
3.3 调节阀的流通能力
• 在工业上，通常采用如下单位： • A为cm2,ρ为kg/m3, p1-p2为kPa,qv为m3/h ，原 公式变为：
A 3600 A 3 p qv 2 10 16.1 4 10
p
调节阀就是通过改变阀芯行程来改变阻力系数 达到调节流量的目的。
1.3 过程控制系统组成
• 被控过程（Process）， 指运行中的多种多样的工 艺生产设备； • 过程检测控制仪表 （Instrumentation）， 包括：
– 测量变送元件 （Measurement）； – 控制器（Controller）； – 执行机构（Control Element）; – 显示记录仪表
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热工过程控制系统
气开、气关形式选择举例
• 受压容器，采用改变 气体排出量以维持容 器内压力恒定，试问 调节阀应选择气开式 还是气关式？ • 答：气关式。
PC
气 体
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气开、气关形式选择举例
蒸汽 汽包 LC
1）保证锅炉不被烧干
2）保证蒸汽中不能带液
加热室
给水
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理想流量特性曲线
100
• • • •
1. 2. 3. 4.
快开 直线 抛物线 等百分比
80 1
(qv/qymax)%
60
2
3 40 4
20
3.3 0
20
40 (l/L)%
60
80
100
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热工过程控制系统
例题
qv max 1000m3 • 3.3 已知某调节阀的最大流量 ， 可调范围R=30。分别计算直线流量特性和等百 分比流量特性在理想情况下阀的相对行程l/L=0.1、 0.2、0.8、0.9时的流量值qv，并比较这两种不同 理想流量特性的调节阀在小开度与大开度时的流 量变化情况。
显示 记录仪 记录 显示器 要求 变换 检测 仪表
观察
思考 调节 执行 机构
给定值
调节 调节器
f(t) r(t) z(t) 测量变送 e(t) 控制器 u(t) 执行器 q(t) 被控过程 y(t)
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1.5 过程控制系统的分类
• 按系统的结构特点来分
–反馈控制系统 –前馈控制系统 –复合控制系统（前馈-反馈控制系统）
10 1200 m3 ) qv1 200 769 .3( 3 h 0.81 10
当压差变为0.2MPa时
qv 2 200
3 10 200 314 .3(m ) h 0.81 10 3
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3.9调节阀的流量特性
• 指介质流过阀门的相对流量与相对开度之 间的关系 qv l f qv m ax L
b
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过程增益的注意事项
• 过程增益描述输出变量随输入变量变化的 灵敏度。 • 过程增益包含三部分:信号,数值和单位. • 过程增益只和稳态值有关，因此过程增益 是描述过程稳态特性的参数.
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2）数学模型的时间常数T
• 当对象受到阶跃输入 作用后，被控变量达 到新稳态值的63.2% 所需时间。
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3.3 气动执行机构
• • • • • • • • • • • • • • • • • • • 1—波纹膜片； 2—压缩弹簧； 3—推杆； 4—调节件； 5—阀杆； 6—压板； 7—上阀盖； 8—阀体； 9—下阀盖； 10—阀座； 11—阀芯； 12—填料； 13—反馈连杆； 14—反馈凸轮； 15—气动放大器； 16—托板； 17—波纹管； 18—喷嘴； 19—挡板
• 非自衡过程（Non-Self-Regulating Processes）
定义：当扰动发生后，被控变量不会达到新的平衡。
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热工过程控制系统
4.3过程特性参数的物理意义
• 过程特性参数 K , T ,
1）放大倍数K Qi a
b h K a Qi
t K越大表明输入信号对输出的控制越强
第三章 过程执行器
• 主要内容 • 执行器
–电动执行器 –气动执行器
• 调节阀及其流量特性 • 变频器原理及应用
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热工过程控制系统
本节内容在本课程中的地位
• 执行器用于控制流入或流出被控过程的物料或能 量，从而实现对过程参数的自动控制。
f(t) r(t) z(t) 测量变送 e(t) 控制器 u(t) 执行器 q(t) 被控过程 y(t)
热工过程控制系统 授课教师：
计量测试工程学院热工研究所
热工过程控制系统
第一章 过程控制系统概述
1.1过程控制定义及认识 1.2过程控制目的 1.3过程控制系统的组成 1.4过程控制系统的特点 1.5过程控制系统的分类 1.6过程控制性能指标 1.7 过程控制仪表的发展 1.8 过程控制的地位 1.9 过程控制的任务
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5.1 双位控制
u
t
θ θ
max
θo θ min
T
t
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双位控制品质指标
品质指标：振幅、周期 理想情况希望振幅减小，周期长 振幅周期是相互矛盾的 设计原则 满足振幅在允许的范围内后，尽可能使周期长
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3.3 调节阀的流通能力
• 根据流体力学知识：不可压缩流体流过截流 元件时的局部阻力损失为：
H v / 2g
2
其中，
H
p1 p2 g
ξ
为节流元件的阻力系数。
qv v A
由上面三个公式整理的
qv
A
2
( p1 p2 )
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5.2 PID控制规律
• PID控制规律的表示方法
• 基本PID控制规律
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热工过程控制系统Βιβλιοθήκη 二、PID控制器的基本控制规律
1.比例控制规律
(Proportional Control Mode)
2.比例积分控制规律
(Proportional-Integral Control Mode)
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控制器的控制规律定义
就是控制器的输出信号随输入信号(偏差)变化的规律。
这个规律常常称为控制器的特性。
• 过程控制最常用控制器： – PLC（*） –数字调节器 – IPC – DCS
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5.1 双位控制
e 0或(e 0)时, u (t ) umax; e 0或(e 0)时, u (t ) umin .
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热工过程控制系统
第四章 被控过程
• 重点： • 1、自衡过程 • 2、传递函数中 •
K ,T , 的物理意义
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4.1.1 过程控制动态特性分类
• 自衡过程（Self-Regulating Processes）
定义：当扰动发生后，被控变量不断变化最后达到新 的平衡。
– qv /qvmax——相对流量，即调节阀某一开度的流 量与全开流量之比； – l /L——相对开度，即调节阀某一开度的行程与 全行程之比。
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理想流量特性
• 调节阀前后压差不变时，得到的流量特性； • 理想流量特性完全取决于阀芯的形状； • 理想流量特性有：
–直线 –等百分比 –抛物线 –快开
pD
1
阀 门 定 位 器
17 16
18 pc
.. .. .. .. .. .. ..
2 3
执 行 气 动 薄 膜 调 节 阀
4
15
19 5 14 13 12 11 6 7
机 构
阀 10 8 9
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电-气转换器
• 输入信号从4mA改变到20mA时，转换器的 输出压力从20-100kPa变化，实现了将电流 信号转换为气压信号的过程。
• 指系统输入量变化后，输出量的变化相当缓慢， 在一段时间内几乎看不到，然后才逐渐显著地开 始变化。用 c表示。 a
Qi
h1
H1 A1 Q1
q
H2
h2
Q2 A2
c t1 t0
t0 t1
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t2
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第五章 常规控制策略
• 重点： • 1、PID调节中各部分的作用及优缺点？ • 2、为何要整定PID参数，工程上有哪些常 用方法？
C(t)
C( )
63.2%
T 计量测试工程学院
t
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3）滞后时间
滞后时间是描述系统滞后现象的特征参数，包括纯滞后和容量滞后 （1）纯滞后又称为传递滞后用 0 表示
a 进料量控制挡板
0
L 0 v
液体
溶解液浓度
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