《热工过程自动控制技术》课件第二章
《热工过程自动控制技术》课件
热工过程自动控制技术
燃料量控制系统
▪ (一)燃料量的测量与热量信号 ▪ (二)燃料量(燃煤量)控制系统的基本结构 ▪ (三)燃煤量控制系统的基本要求 ▪ (四)典型的燃料量控制系统 ▪ (五)磨煤机控制 ▪ (六)一次风母管压力的控制 ▪ (七)燃油流量及压力控制
重庆电力高等专科学校 CHONGQING ELECTRIC POWER 2020/3/23
负荷或汽压改变时同时调锅炉、汽轮机。 ▪ 1)以锅炉跟随为基础的协调方式COORD.BF ： ▪ 2)以汽轮机跟随为基础的协调方式COORD.TF： ▪ 3)直接能量平衡DEB协调方式 ： ▪ 4)负荷指令间接平衡的协调控制系统方式：
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单级三冲量给水控制系统
▪ (1)给水流量信号W：
系统的反馈信号。克服内扰，稳定给水流量。
▪ (2)蒸汽流量信号D：
系统的前馈信号。减小或抵消“虚假水位”的 影响。
▪ (3)存在的问题：
• ①引入的D信号不一定恰好消除“虚假水位” 的影响。
• ②给水流量既影响内回路又影响外回路→在 系统整定时内、外回路相互影响。
• 1.单级三冲量给水控制系统： • 2.串级三冲量给水控制系统：
▪ (三)给水全程控制系统：
• 1.给水全程控制的概念：
给水全程控制系统指的是在锅炉启停及正常运行中均 能实现自动控制的给水控制系统。
• 2.测量信号的校正： • 3.给水热力系统及调节机构： • 4.给水全程控制系统分析：
重庆电力高等专科学校 CHONGQING ELECTRIC POWER 2020/3/23
▪ 3．协调机组内部各子控制系统(燃料、送风、炉膛压力、给 水、汽温等控制系统)的控制作用，在负荷变化过程中使机 组的主要运行参数在允许的工作范围内，以确保机组有较高 的效率和可靠的安全性。
火电厂热工知识讲解第2章锅炉侧控制
第二章锅炉侧控制第一节直流锅炉简介超临界机组指的是锅炉内工质的压力超过了临界点。
水的临界点是22.115MPa/374.15℃。
在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在，理论上认为，水的状态参数达到临界点时，水的汽化会在一瞬间完成。
由于在临界参数下汽水密度相等，因此在超临界压力下无法维持汽包锅炉的自然循环，直流锅炉成为唯一型式。
随着机组向大容量高参数方向发展，直流锅炉由于热效率高在火电厂中得到了愈来愈广泛的应用。
直流锅炉属于强制循环锅炉，其工质在给水泵压头作用下，顺序地通过加热段、蒸发段和过热段，一次性的将给水全部转变为过热蒸汽，它的循环倍率等于１。
直流锅炉在工作原理、运行和控制等方面都有其自身的特点：（1）强制循环直流锅炉的汽水流程如图2-1所示，工质从水变成过热蒸汽的加热流动完全靠给水泵的压头来驱动。
因此，较汽包锅炉而言，受热面可以任意布置，适应各种压力的锅炉。
（2）各受热段之间没有固定的界限直流锅炉没有汽包，因此加热段、蒸发段及过热面段没有严格的界限。
当锅炉的给水流量或燃烧率改变时，各个受热段的分界就发生移动。
例如当燃烧率增加时，蒸发段与过热段之间的分界向汽水流程的前面移动（加热段、蒸发段缩短，过热段伸长）；当给水流量增加时，蒸发段与过热段之间的分界则向后移动。
由于受热面界限的变化，锅炉的过热蒸汽温度会发生很大的变化，如图2-2所示。
当给水流量不变而燃烧率增加时，由于蒸发所需的热量不变，因而加热和蒸发的受热段缩短，过热受热段增加，所增加的燃烧热量全部用于使过热蒸汽加温，因此汽温将上升。
对于一般直流锅炉，燃烧率和给水流量的比例变化1将使过热蒸汽温度变化约8～10℃。
在实际运行中，负荷变化等原因引起燃料与给水流量的比例失调往往超过1％，从而使过热汽温发生很大的变化，所以只采用改变喷水流量作给水泵省煤器水冷壁过热器为调温手段将很难把出口汽温校正过来。
因此，对于直流锅炉来说，调节汽温的手段应是使燃烧率和给水流量保持适当比例（粗调）, 再采用喷水减温作为过热汽温的细调手段，以使过热汽温精确地等于给定值。
《热工过程自动控制》课程教学大纲(本科)
热工过程自动控制Automatic Control of Thermal Process课程代码：02410069学分：3学时：48 （其中：课堂教学学时：44实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：能源与动力工程控制基础适用专业：能源与动力工程教材：《热工过程自动控制》（自编讲义）一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热工过程自动控制》是能源与动力工程专业教学计划中重要的专业技术基础课，它是在自动化技术、计算机技术、通讯技术、电子技术、传感技术、测量技术、先进制造技术、管理学等课程知识的基础上，将自动控制原理应用到热工过程的一门应用科学。
通过本课程的学习，使学生掌握热工过程自动控制的基本原理以及必要的理论知识和工程实践能力，为学生毕业后从事本专业以及相关专业方面的工作打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析热工过程自动控制中的复杂工程问题。
课程目标2：能够针对热工过程自动控制中的复杂工程问题，选择恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，提出热工过程自动控制的解决方案、预期的实现目标以及控制质量的综合评定，并能够理解其局限性。
课程目标3：能够就热工过程自动控制中的复杂工程问题与业界同行进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达和解释。
（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）1.毕业要求3：系统掌握本专业领域宽广的、必需的技术理论基础，主要包括机械和力学理论（机械原理、机械设计、理论力学、材料力学）、能源动力工程理论、热流体理论（热力学、流体力学、传热学）、电工电子和自动控制理论以及必要的计算机知识。
2.毕业要求4：掌握本专业领域方向所必需的专业知识和基本技能，了解学科前沿及发展趋势，并对其它相关专业方向的有关知识有一定了解。
3.毕业要求5：具有设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析。
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）
大学-热工过程自动控制课后答案
陈绍炳于向军编著《热工自动控制原理》习题参考答案长沙理工大学能源与动力工程学院 自动化教研室 石阳春E-mail: shiyc_110@第2章 线性自动控制系统的数学描述2－1 系统框图如图2－44所示，求输入为给定函数时的输出响应。
图2－44 系统框图解：(a) 212111)()(+=⋅+=S SS S U S Y ， 21)(SS U = 225.025.05.0)2(1)(22++−=+=S S S S S S Y ， ∴ te t t y 225.025.05.0)(−+−= (b)221212)()(+=⋅+=S S S S U S Y ， S S U 1)(=22)(+=S S Y ， ∴ te t y 22)(−=(c) )41)(21(1414212)()(++=+⋅+=S S S S S U S Y ， S S U 1)(=41162188)41)(21(1)(+−++=++=S S S S S S S Y ,∴421688)(tt e e t y −−−+=(d) 15225121512)()(+=⋅+++=S SS S U S Y ， S S U 1)(=(a) 输入u(t) = t(b) 输入u(t) = 1(t)(c) 输入u(t) = 1(t)(d) 输入u(t) = 1(t)(e) 输入u(t) = 1(t)(f) 输入u(t) = 1(t)15252)1(52)(+−=+=S S S S S Y ， ∴t e t y −−=5252)( (e) 01.0)1.0(01.01)110(1)101(11)101(1)()(2222++=++=+++=S S S S S U S Y ， S S U 1)(=01.0)1.0(1.05.001.0)1.0()1.0(5.05.0]01.0)1.0[(01.0)(222++×−+++−=++=S S S S S S S Y ∴ 10sin 5.010cos 5.05.0)(1010te t et y t t −−−−=或 )2(5.0)02.02.0(02.05.0]01.0)1.0[(01.0)(2002222ωζωω++×=++×=++=S S S S S S S S S Y ∴ )4510sin(21(5.0)(10°+−=−tet y t(f))1(3)13(2131212)()(++=+⋅+=S S S S U S Y ， S S U 1)(=13432)1(3)13(2)(++=++=S S S S S S Y ， ∴t e t y −+=3432)(2－2 由电阻R 和电容C 组成如图2－45所示的电路：图2－45 系统电路图⑴建立传递函数)()()(12S U S U S G =的表达式，说明为何种环节；⑵当输入u 1为单位阶跃函数时，画出输出u 2(t)响应曲线，并标出特征参数。
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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压力表按其测量精确度，可分为精密压力表、一般压力表。精密压力表的测 量精确度等级分别为0.1、0.16、0.25、0.4级，一般压力表的测量精确度等级分 别为1.0、1.6、2.5、4.0级。
压力表按其测量范围，分为真空表、压力真空表、微压表、低压表、中压表 及高压表。低压表用于测量0~6MPA压力值，中压表用于测量10~60MPA压力值 ，高压表用于测量100MPA以上压力值。
非接触式温度仪表包括红外测温仪表（红外法）、光学温度计（ 亮度法）、光电温度计（亮度法）、比色温度计（比色法）和辐射温度 计（辐射法）。
热控培训
（二）压力 压力是工质热力状态的主要参数之一。对保证压力测量的准确性对于机组安
全，经济运行有重要意义。例如主蒸汽压力、凝汽器真空等，都是运行中需要连 续测量监视的重要参数。此外，差压测量还广泛应用在液位和流量测量中。
接触式即测温元件直接与被测介质接触，通过传导或对流 达到热平衡，反映被测对象热控的培温训 度。接触式温度仪表按其工作
（1）热电阻 热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件。热电阻感 温元件是用来感受温度的电阻器，它是热电阻的核心部分，由电 阻丝及绝缘骨架构成。
金属热电阻的电阻值随温度上升而增大，常用的有铂热电阻 （测温范围为-200～＋850℃）、铜热电阻（-50～＋150℃）和 镍热电阻（-60～＋180℃）3种。
弹簧管压力表出现线性误差时热控，培训应调整拉杆的活动螺丝。
2、压力变送器 压力变送器是一种接受压力变量，经传感转换后，将压力变化量按
一定比例转换为标准输出信号的仪表。由测压元件传感器（也称作压力 传感器）、测量回路和过程连接件三部分制作而成。如图所示。
工作原理：当压力直接作用在测量膜片的表面，使膜片产生微小的形 变，测量膜片上的高精度电路将这个微小的形变变换成为与压力成正比 的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，然后采用专用芯片将这 个电压信号转换为工业标准的4-20m热控A培电训流信号或者1-5V电压信号。
热工过程自动控制技术
声明：亲们，鉴于有些撸友的课本至今还是空白，特把容嬷嬷课的重点圈出，仅供参考，真诚帮人，高手勿喷。
热工过程控制自动控制技术第一章自动控制原理基础一、自动控制系统的组成自动控制装置（变送器、控制器、执行器）、生产设备（被控对象）二、自动控制系统的基本控制方式开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程闭环控制是指控制装置与被控对象之间既有顺向作用，又有反向联系的控制过程复合控制就是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式三、自动控制系统的品质指标稳定性（衰减率=0.75~0.98，即振荡2~3次）、准确性（静态偏差y越小越好）、快速性控制系统在阶跃信号作用下过渡过程的基本形式（稳定的控制系统（非周期过渡过程、衰减振荡的过程）、不稳定的控制系统（等幅震荡过程、渐扩振荡过程））四、数学模型数学模型是描述系统输入、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建立控制系统数学模型的目的是为了用一定的数学方法对系统的性能进行定性分析和定量计算，乃至综合与校正系统五、环节的基本联接方式环节的串联：串联后总的传递等于各串联环节传递函数的乘积环节的并联：并联环节的总传递函数为各并联环节传递函数的代数和六、控制系统的稳定性分析稳定性是指系统受到扰动作用后偏离原来的平衡状态，在扰动作用消失后，经过一段过渡过程是将能否回复到原来的平衡状态或足够准确地回到原来平衡状态的性能。
稳定性取决于系统本身固有的特征，而与扰动信号无关。
第二章自动控制系统综述一、自平衡能力对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏，无需外加任何控制作用，依靠对象本身自动平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的性质，称为对象的自平衡能力。
对象自平衡的实质是对象输出量变化对输入量发生影响的结果，或者说，对象内部存在着负反馈。
二、控制器的控制规律比例控制（P）是及时、快速的；比例积分控制（PI）是缓慢的、逐渐的；比例微分控制（PD）；比例微分积分控制（PID）三、串级控制系统在结构上形成了两个闭环，一个闭环在里面，称为内回路或者副回路，在控制过程中起着“粗调”的作用；一个闭环在外面，称为外回路或者主回路，用来完成“细调”任务。
热工过程自动控制培训课件(共 45张PPT)
2.4.1液柱式压力计
测量原理
利用平衡时液柱高度差作 为检测信号。
常用的压力计
U形管压力计：工程上用于冷
、热态调试时风速的调平。
2.4.2弹性式压力表
测量原理
根据弹性元件受压后产生 与被测压力大小成比例的形变而 制成。
常用的压力计
隔膜式压力表 充油耐震式压力表
2.4.3压力变送器
2.5过程分析仪表（*） 2.6控制阀（*） 2.7吹灰器（*） 2.8电气材料（*）
注：（*）为公司项目常用的仪表，下同。
2.1温度测量仪表
2.1.1温度计 2.1.2热电阻（*） 2.1.3热电偶（*）
2.1.4温度变送器（*）
2.1.1温度计
压力式温度计
测量范围：-100~500℃
双金属温度计
2.5.2水分析仪
PH分析仪：是电位法测量酸 碱度的仪器。 电导仪：是测量物质导电能 力的仪器。 浊度仪：浊度，即水的混浊
程度，由水中含有微量不溶性悬
浮物质，胶体物质所致，ISO标 准所用的测量单位为FTU（浊度
单位），FTU与NTU（浊度测
定单位）一致。浊度仪就是根据 这个原理来测量水的浊度。
2.5.3环保安全检测仪表
可燃气体报警器
可燃气体报警器就是气体泄 露检测报警仪器。当工业环境中 可燃或有毒气体泄露时，当气体 报警器检测到气体浓度达到爆炸 或中毒报警器设置的临界点时， 可燃气体报警器就会发出报警信 号，以提醒工作采取安全措施， 并驱动排风、切断、喷淋系统， 防止发生爆炸、火灾、中毒事故， 从而保障安全生产。
2.3.4电气型液位测量仪表
射频导纳液位计基本 原理
由于电容电极在粘稠介质中使
(完整版)热工自动控制基础知识
2．中间件 中间件是用来接受感受件的输出信号并将 其送到显示件的部件。 中间件的主要作用有： (1)单纯起传输作用。 (2)起信号放大作用。 (3)起变送作用。
3．显示件
显示件接受中间件送来的信号，并将其转 变为测量人员可以识别的信号，它是与测 量人员直接联系的部件。可分为三种：
(1)模拟显示：由指针、光标、色带等反映 被测参数的连续变化。
2、随机误差 随机误差是指在相同条件下多次测量同一 被测量时产生的绝对值和符号不可预知的 随机变化着的误差，又称偶然误差。 大多数随机误差服从正态分布规律，因此 可用求取算术平均值的方法予以消除随机 误差。
3、粗大误差 粗大误差是指由于操作人员的操作错误、 粗心大意及仪表的误动作等原因而造成的 误差，也称为疏失误差。即明显歪曲事实 的误差，称为粗大误差。
(2)数字显示：直接用数字显示被测参数的 大小或高低。
(3)屏幕显示：用计算机和电视屏幕等显示 测量结果。还可以给出要求的图形、数据 表格、曲线等。
二、仪表的分类
(1)按被测参数不同，可分为温度、压力、 流量、物位、成分分析仪表等。
(2)按用途不同，可分为标准用、实验室用、 工程用仪表。
(3)按显示特点不同，可分为指示式、积算 式、记录式、数字式、屏幕式。
γ＝δ/ (Xmax－Xmin) ×100％
例：体温计和高温计，量程分别为32～ 42℃，0～1000℃，如果同时有1 ℃的绝 对误差，求引用相对误差。
结果表明，引用相对误差更能说明测量的 准确程度，因此是最常用的表示方法。
二、误差的分类 1、系统误差 在相同条件下多次重复测量同一被测量， 如果每次测量值的误差恒定不变（绝对值 和符号均保持不变）或按某种确定的规律 变化，这种误差称为系统误差。
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2、非接触式温度仪表 非接触式温度仪表即感温元件不与被测介质相接触，而是通过辐
射或者对流实现热交换来达到测温目的的仪表。不仅可以测量移动或者 转动物体的温度，而且可以通过扫描的方法测得物体表面的温度分布， 但是辐射式测温一般只能测得亮度温度或辐射温度，为了求得真实温度 ，还必须根据被测对象的温度对测量值进行修正，可能受到辐射、距离 、烟尘等影响，故测温的准确性一般不高，通过常仅用于高温测量。
压力表按其显示方式分：指针压力表、数字压力表。
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最常用的的指针压力表是弹簧管压力表，结构如图
1—弹簧管 2—游丝 3—指针 4—小齿轮 5—扇形齿轮6—自由端 7—连接杠杆 8—支点 9—固定端
弹簧弯管是由金属管(无缝铜管或无缝钢管)制成的。管子截面 呈扁圆形或椭圆形，它的一端固定在支撑座上，并与汽水介质相 通；另一端是封闭的自由端，与杠杆连接。压力越高，自由端向 上翘起的幅度越大。这一动作经过杠杆、扇形齿轮、小齿轮的传 动，使指针偏转一个角度，在刻度盘上指示出压力高低。当被测 介质压力降低时，弹簧管要恢复原状，指针退回到相应刻度处。
非接触式温度仪表包括红外测温仪表（红外法）、光学温度计（ 亮度法）、光电温度计（亮度法）、比色温度计（比色法）和辐射温度 计（辐射法）。
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（二）压力 压力是工质热力状态的主要参数之一。对保证压力测量的准确性对于机组安
全，经济运行有重要意义。例如主蒸汽压力、凝汽器真空等，都是运行中需要连 续测量监视的重要参数。此外，差压测量还广泛应用在液位和流量测量中。
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WPID(s)E(s)1TisTds
▪ (2)实际PID控制器
• ①动态方程：
TDddt 1eT 1i 0tedtTdd det
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热工过程自动控制技术
控制器的动态特性8
• ②传递函数：
WPID(s)E((ss))Td 1s111T1isTds
• ③阶跃响应曲线：
KD
• ④整定参数：δ、 Ti 、Td 。
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热工过程自动控制技术
§2-3 单回路控制系统的分析与整定
▪ 一、单回路控制系统的组成： ▪ 二、对象特性对控制质量的影响：P58 ▪ 三、单回路控制系统的整定：
• (一)整定方法
▪ 1.响应曲线法 ：P61 ▪ 2.临界比例带法：P61 ▪ 3.衰减曲线法：P63 ▪ 4.试凑法：P64 ▪ 5.经验法：P65
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热工过程自动控制技术
前馈控制系统
▪ 1.工作原理：
系统中控制器根据干扰 作用的大小和方向对被 控介质进行控制来补偿 干扰对被控量的影响。
▪ 2.实例： ▪ 3.特点：P69 ▪ 4.与反馈控制的差别：
P70
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热工过程自动控制技术
前馈—反馈控制系统
▪ 1.工作原理与系统结构： P70 ▪ 2.前馈—反馈控制系统的整定： P71 ▪ 3.前馈—反馈控制的选用原则： P71
• (二)比值控制系统分析：
1.单闭环比值控制系统
2.有逻辑规律的比值控制系统
▪ 四、大迟延对象的控制方案：
• (一)补偿纯迟延的常规控制： • (二)Smith预估补偿：
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热工过程自动控制技术
串级控制系统
▪ (一)基本原理和结构
以汽包锅炉过热汽温 串级控制系统为例。
• 1.结构框图 • 2.原理框图 ▪ (二)特点：P67 ▪ (三)串级控制系统的 设计和控制器的选型： P67 ▪ (四)串级控制系统的 整定： P68
b.过程结束后 de00 ，故不能单独使用。
dt
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பைடு நூலகம் 热工过程自动控制技术
控制器的动态特性4
▪ 二、控制器的控制规律：
• 1.比例(P)控制器
▪ (1)动态方程：
KPe
1
e
▪ (2)传递函数：
(s)
1
WP(s)
E(s)
KP
▪ (3)阶跃响应曲线： ▪ (4)整定参数：δ
比例带δ：当控制机构的位置改变100%时，偏差 应有的改变量。
▪ 2.根据对象是否具有自平衡能力分类： 有自平衡能力的对象、无自平衡能力的对象。
• (二)有自平衡能力的对象： • (三)无自平衡能力的对象： • (四)热工控制对象动态特性的特点：
有迟延、有惯性、不振荡。
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热工过程自动控制技术
有自平衡能力的对象
▪ 1.对象的自平衡能力：
对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏，无需外加任何 控制作用，依靠对象本身自动平衡的倾向，逐渐地达到新的 平衡状态的性质，称为对象的自平衡能力。
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热工过程自动控制技术
控制器的动态特性5
• 2.比例积分(PI)控制器
▪ (1)动态方程： KPeKI 0tedt1(eT 1i 0tedt)
▪
(2)传递函数：
WPI
(s)(s)
E(s)
11 (1 )
Tis
▪ (3)阶跃响应曲线：
▪ (4)整定参数： δ、Ti 。
积分时间Ti ：控制器的输出为比例作用所造成的 变化加倍所需要的时间。
d dt
K Ie
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控制器的动态特性3
▪ (2)动作规律：根据偏差的方向进行控制。
▪ (3)特点：a.能实现无差控制。
b.会造成过调，引起被控量振荡。
• 3．微分控制作用(简称D作用)：
▪ (1)微分方程：
Td
de dt
▪ (2)动作规律：根据偏差的变化趋势进行控制。 ▪ (3)特点：a.具有“超前”偏差变化量的作用 。
• (二)各种整定方法的比较： P65
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单回路控制系统的组成
由测量变送器、控制器、执行器(包括控制阀)连同被控 对象组成。
• (一)被控量的选择：P56 • (二)控制量的选择：P56 • (三)控制通道和扰动通道：P56 • (四)影响系统控制质量的主要因素：P57
▪ 自动控制系统的控制质量取决于它的动态特性，即 取决于组成控制系统的被控对象和控制器的动态特 性。
▪ 控制器的动态特性也称为控制器的控制规律，是控 制器的输入信号(一般为被控量与给定值的偏差信号) 与输出信号(一般代表了执行机构的位移)之间的动态 关系。
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控制器的动态特性6
• 3.比例微分(PD)控制器
▪ (1)理想PD控制器：
• ①动态方程： KPeKdd det1eTdd det
(s) 1
•
②传递函数：WPD(s)
E(s)
(1Tds)
• ③响应曲线： ▪ (2)实际PD控制器
④整定参数：δ、Td 。
TDddt 1eTd
de dt
(s) 1 1 W PD(s)E(s)TDs1(1Tds)
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控制器的动态特性7
• 4.比例积分微分(PID)控制器
▪ (1)理想PID控制器：
• ①动态方程：
1eT1i
t
de
edt
0
Td
dt
• ②传递函数：
(s) 1 1
图2-10是同一对象分别配比例控制器、比例积分控制
器、比例积分微分控制器组成的控制系统，在阶跃扰动
作用下其被控量的变化过程曲线的比较。
综上所述，比例控制作用是最基本的控制作用，而 积分和微分作用为辅助控制作用。比例作用贯彻于整个 控制过程之中，积分作用则体现在控制过程的后期，用 以消除静态偏差，微分作用则体现在控制过程的初期， 用以减小动态偏差，克服迟延和惯性的影响。
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Ch2 自动控制系统综述
▪ 热工控制对象的动态特性 ▪ 控制器的动态特性 ▪ 单回路控制系统的分析与整定 ▪ 复杂控制系统
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§2-1 热工控制对象的动态特性1
▪ 一、建立热工控制对象数学模型的目的： • 1.设计过程控制系统和整定控制器参数 • 2.指导设计生产工艺设备 • 3.进行仿真试验研究 • 4.培训运行操作人员
控制器的动态特性2
▪ 一、PID控制器的基本控制作用：
• 1．比例控制作用(简称P作用)：
▪ (1)微分方程：
μ＝Kpe ▪ (2)动作规律：根据偏差的大小进行控制。
▪ (3) 特点：a.控制及时，能有效地抑制扰动。
b.控制过程结束后有静态偏差。
• 2．积分控制作用(简称I作用)：
▪ (1)微分方程：
▪ 二、影响对象动态特性的结构性质： • 1.容量系数 • 2.阻力 • 3.传递迟延
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热工控制对象的动态特性2
▪ 三、热工控制对象的阶跃响应及其特点：
• (一)热工控制对象的分类：
▪ 1. 根据对象结构分类： 简单对象(单容对象)、复杂对象(多容对象)。
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比值控制系统分析
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补偿纯迟延的常规控制
▪ 1.微分先行控制方案
▪ 2.中间反馈控制方案
▪ 3.二方案与常规PID控制的比较
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Smith预估补偿
▪ 在PID反馈控制的基础上，引入一个预补偿环节。 ▪ Smith预估补偿控制原理图：
实质：对象输出量变化对输入量发生影响的结果，或者 说，对象内部存在着负反馈。
▪ 2.特征参数：
• (1)自平衡率ρ：
1
K
•
(2)时间常数Tc
(飞升速度 ε)：
t g
K Tc
• (3)迟延时间τ：
▪ 3.特征参数变化对阶跃响应的影响：
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§2-2 控制器的动态特性1
▪ Smith预估补偿系统方框图：
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1．测量元件 2．变送器 3．执行器和控制机构
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§2-4 复杂控制系统
▪ 一、串级控制系统：
▪ 二、前馈—反馈控制系统：
• (一)前馈控制系统：
• (二)前馈—反馈控制系统：
▪ 三、比值控制系统：
• (一)基本概念：两种或两种以上的物质量保持一定比例关 系的控制系统称为比值控制系统。