《热工过程自动调节》实验指导书
热工过程自动控制试验指导书
执行器模块主要有固态继电器、交流电机及水泵、直流电机及水泵等。通 过调节进水流量或电热丝的通断可实现对压力、流量、液位、温度等参数的自 动控制。 变送器模块主要有流量变送器（FT）、液位变送器（LT1，LT2）、温度变送器 （TT）、压力变送器（PT）等。变送器的零位、增益可调，并均以标准信号输出。 另外，根据用户需要，配置微机通讯接口单元（RS232），以满足计算机过程控
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，通系电1，力过根保管据护线生高0不产中仅工资2艺料22高试2可中卷以资配解料置决试技吊卷术顶要是层求指配，机置对组不电在规气进范设行高备继中进电资行保料空护试载高卷与中问带资题负料2荷试2，下卷而高总且中体可资配保料置障试时2卷，32调需3各控要类试在管验最路；大习对限题设度到备内位进来。行确在调保管整机路使组敷其高设在中过正资程常料1工试中况卷，下安要与全加过，强度并看工且25作尽52下可22都能护可地1关以缩于正小管常故路工障高作高中；中资对资料于料试继试卷电卷连保破接护坏管进范口行围处整，理核或高对者中定对资值某料，些试审异卷核常弯与高扁校中度对资固图料定纸试盒，卷位编工置写况.复进保杂行护设自层备动防与处腐装理跨置，接高尤地中其线资要弯料避曲试免半卷错径调误标试高方中等案资，，料要编试求5写、卷技重电保术要气护交设设装底备备置。4高调、动管中试电作线资高气，敷料中课并设3试资件且、技卷料中拒管术试试调绝路中验卷试动敷包方技作设含案术，技线以来术槽及避、系免管统不架启必等动要多方高项案中方；资式对料，整试为套卷解启突决动然高过停中程机语中。文高因电中此气资，课料电件试力中卷高管电中壁气资薄设料、备试接进卷口行保不调护严试装等工置问作调题并试，且技合进术理行，利过要用关求管运电线行力敷高保设中护技资装术料置。试做线卷到缆技准敷术确设指灵原导活则。。：对对在于于分调差线试动盒过保处程护，中装当高置不中高同资中电料资压试料回卷试路技卷交术调叉问试时题技，，术应作是采为指用调发金试电属人机隔员一板，变进需压行要器隔在组开事在处前发理掌生；握内同图部一纸故线资障槽料时内、，设需强备要电制进回造行路厂外须家部同出电时具源切高高断中中习资资题料料电试试源卷卷，试切线验除缆报从敷告而设与采完相用毕关高，技中要术资进资料行料试检，卷查并主和且要检了保测解护处现装理场置。设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
热工自动调节系统整定试验措施
热工自动化调节系统整定试验措施机组燃料调节系统（BCS）扰动试验措施改变燃料量扰动试验措施１试验目的：（１）提高燃料调节系统在给粉机自流，卡涩等现象发生时的抗干扰能力。
（２）根据试验结果适当调整各有关参数（如：比例带，积分时间等），提高调节品质。
（３）验证控制回路的安全可靠性。
（４）提高检修人员业务素质及运行人员的应变能力。
２试验条件（１）汽包水位调整到合适位置，保持电负荷稳定不变。
（２）炉膛负压调节系统和送风调节系统处于自动状态。
（３）稳定工况下，主汽压力应保持在给定值的±0.2MPa范围内。
（４）12台给粉机运行正常，无卡涩及自流现象。
将中层粉投入自动。
调节手动状态的各台给粉机，使投入自动的那层给粉机的转速在450-550 r.p.m左右，即：确保投入自动的给粉机在线性范围内有调节的上、下余量。
（５）试验时，要有司炉和工作负责人以上岗位人员进行操作试验。
（６）主控班技术员、生产部专工、热工队专工、炉运专工到现场监护指导。
3 试验过程中记录主要数据（1）电负荷（2）汽包水位（3）主汽压力（4）汽包压力（5）速度级压力（6）锅炉指令（7）热量信号（8）给粉机平均转速（9）设定值（10）给粉机指令（11）切除的给粉机代码（12）锅炉主控切手动指令（13）修改的参数值（修改前和修改后）4 试验步骤（1）办理#1炉燃料调节系统扰动试验工作票。
（2）运行人员调整好工况，保持各主要参数稳定（负荷，主汽压力，水位）。
（3）由计算机班人员打开工程师站密码，进入过程工程师环境。
（4）主控班负责人在试验负责人的指导下，检查压力偏差模块的上、下门限值，必要时增大压力偏差值,以适应机前压力在试验过程中动态变化需要(在试验允许范围内避免锅炉主控切手动条件发出)。
（5）主控班负责人调出实时曲线（显示范围，时间适当设置）。
（6）计算机班人员检查全部应记录的I/O点是否已存入历史数据库，并检查历史数据站模拟量信号的分辨率的门限，避免模拟量信号在追忆时出现台阶现象。
热工过程自动调节
Q、自动调节系统按给定值如何函数分类？按结构又如何分类？答：按给定值：1恒值调节系统生产过程中，（自动调节系统的给定值恒定不变，也就是使被调量保持为一固定数值）、2程序调节系统（系统的给定值是时间的已知函数，给定值随时间变化是预先设定的，调节系统用来保证被调量按预先设定的随时间变化的数值来改变）、3随机调节系统（系统的给定值是不可预知的，其数值决定于一些外来因素的变化，所以调节结果使被调量也跟随这个给定值随时改变）按结构及其特点：反馈调节系统（特点在调节结束时，可以使被调量等于或接近于给定值；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，所以调节的速度相对比较缓慢）前馈调节系统（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；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）复合调节系统（吸取前馈和反馈系统各自长处，调节时间缩短，调节质量得到改善）按调节系统闭环回路的数目分类：单回路调节系统，多回路调节系统按调节作用的形式分类：连续调节系统，离散调节系统按系统的特性分类：线性调节系统，非线性调节系统Q、什么是静态特性、动态特性、传递函数？答：静态特性：在平衡状态时，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系。
动态特性：在不平衡状态时，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系。
传递函数：线性定常系统在零初始条件下，系统（或环节）输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比。
传递函数性质：1传递函数是复变量s的有理真分式函数，其分子多项式次数m低于或等于分母多项式次数n，且所有系数均为实数2传递函数是描述动态特性的数学模型，它表征系统的固有特性，和输入信号的具体形式，大小无关，且不能具体表达系统的物理结构3传递函数只能表示一个输入对一个输出的关系4系统传递函数的分母就是系统的特征方程，从何能方便判断动态过程的基本特性建立微分方程的步骤：1，根据输入信号，输出信号分析各变量间的关系；2依次写出每一元件的动态特性方程3在可能条件下，对各元件的动态特性方程进行适当简化，略去一些次要因素或进行线性化处理4校区中间变量5化为微分方程的一般形式输出有关的在等号左侧，输入有关的放在等号右侧，降幂形式排列Q、什么是有自平衡能力对象？无自平衡能力对象？内扰？外扰？答：（1）有自平衡能力对象：指对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态。
热工实验指导书
实验一 燃烧热的测定一、实验目的1．学习煤的燃烧热的测定原理和测定方法，掌握绝热式热量计的使用方法。
2．掌握燃料实际燃烧温度的计算方法，并讨论燃料热值是否达到使用要求。
二、实验原理本实验用数字式全自动量热计测定不同煤样的燃烧热。
这是一种绝热式量热计，实验过程中外筒温度自动跟踪内筒温度，即内外筒在实验过程中“绝热”。
测量燃烧热所依据的基本原理是能量守恒定律。
样品在氧弹中燃烧放出的热，引火丝燃烧放出的热及氧气中少量氮气氧化成硝酸的生成热，全部被量热体系所吸收，其温度升高，测得了温度升高值，即可求出算该样品的燃烧热。
发热量：Gcqb h T h T KH Q f DT 43.1)]()[(1122----+=（1）式中：fDT Q ——被测试样的发热量G ——被测试样的重量（克） K ——热量计水当量（克） q ——引火线的燃烧热（卡/克） b ——实际消耗的引火线重量（g ） H ——1.000℃T 1、T 2——直接观察的内筒初始及终了平衡点温度（℃） h 1、h 2——温度为T 1、T 2时对温度计的校正C ——滴定洗弹液所消耗的1ml1/10N NaOH 溶液体积（ml ）三、实验步骤1. 精确称取燃料煤样1g ±0.1g 。
2．安装点火丝。
3．氧弹中加入10ml 蒸馏水，拧紧氧弹盖，放在充氧仪上充氧，充至压力2.8~3.0MPa ，并保持30秒钟。
4．内筒加水2100ml 左右，将氧弹放入内筒，水应淹没氧弹盖的顶面10~20mm.(注意每次用水量应一致，相差1g 以内)，观察氧弹的气密性，氧弹应无气泡漏出。
5．把氧弹放在内筒支架上，盖上顶盖。
6．按[测量]键，输入编号、样重，选择测定煤炭或生料，搅拌器形如搅拌，测试开始。
注意：液晶显示器显示内筒温度和试验时间，5min 后显示内筒温度t0和外筒温度tj ，并通电点火，仪器中“嘟嘟”报讯四声，开始重新记时。
如果点火一分钟后，温升小于0.05℃，则点火失败，仪器“嘟嘟”报警10声，显示点火失败试验终止。
电厂热工过程自动调节
第一章：自动调节的基本概念1）调节的常用术语：1、被调对象：被调节的生产设备或生产过程2、被调量：通过调节需要维持的物理量3、给定值：根据生产要求，被调量的规定数值4、扰动：引起被调量变化的各种原因5、调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量6、调节机关：在调节作用下，用来改变调节作用量的装置2）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；3）按调节系统的结构分类：1、反馈调节系统2、前馈调节系统3、符合调节系统；4）自动调节的主要性能指标：稳定性、准确性、快速性5）动态偏差：在整个调节过程中被调量偏高给定值的最大偏差值6）静态偏差：指调节过程结束后被调量和给定值之间的偏差值第二章：自动调节系统的数学模型1）传递函数：线性定常系统在零初始条件下，系统输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比2）递函数具有以下性质：1、传递函数是复变量s的有理真分式函数，其分子多项式次数m低于或等于分母多项式次数n，且所有系数均为实数。
2、传递函数是描述动态特性的数学模型，它表征系统（或环节）的固有特性，和输入信号的具体形式、大小无关，且不能具体表打系统（或环节）的物理结构。
3、传递函数只能表示一个输入对一个输出的关系。
4、系统传递函数的分母就是系统的特征方程，从而能方便地判断动态过程的基本特性。
3）自动调节的基本环节：1、比例环节：输出信号能按一定比例、无延迟和无惯性的复现输入信号变化的环节。
微分方程：c(t)=Kr(t)式中：r(t)—输入信号；c(t)输出信号；K—环节的传递系数或比例系数。
传递函数:G(s)=C(s)/R(s)=K2、积分环节：输出信号和输入信号的积分成正比例。
积分环节的微分方程为：式中T1—积分时间。
积分环节的传递函数：G(s)=C(s)/R(s)=1/T1s.积分环节的阶跃响应函数为：:输入信号（阶跃函数）的幅值。
3、惯性环节：惯性环节微分方程：T*dc(t)/dt+c(t)=Kr(t)式中T-惯性环节的时间常数；K—惯性环节的传递函数或静态放大系数，其值为平衡状态时输出信号与输入信号增幅值的比。
热工实验指导书
热工实验指导书篇一：热工实验指导书(正文)实验一二氧化碳p、v、t关系的测定一、实验目的1．学习在准平衡状态下，测定气体三个基本状态参数关系的方法。
2．观察在临界状态附近汽液两相互变的现象，测定co2的临界参数。
3．掌握活塞式压力计及恒温器等仪表的使用方法。
二、实验原理在准平衡状态下，气体的绝对压力p、比容v和绝对温度t之间存在某种确定关系，即状态方程f(p,v,t)?0理想气体的状态方程具有最简单的形式：pv=rt实际气体的状态方程比较复杂，目前尚不能将各种气体的状态方程用一个统一的形式表示出来，虽然已经有了许多在某种条件下能较好反映p、v、t之间关系的实际气体的状态方程。
因此，具体测定某种气体的p、v、t关系，并将实测结果描绘在平面的坐标图上形成状态图，乃是一种重要而有效的研究气体工质热力性质的方法。
因为在平面的状态图上只能表达两个参数之间的函数关系，所以具体测定时有必要保持某一个状态参数为定值，本实验就是在保持绝对温度t不变的条件下进行的。
三、实验设备本实验装置所测定的气体介质是二氧化碳。
整套装置由试验台本体、测温仪表、活塞式压力计和恒温器四大部分所组成，其系统示意在图一中。
图一试验台系统图试验台本体的结构如图二所示。
图二试验台本体其中1—高压容器；2—玻璃杯；3—压力油；4—水银；5—填料压盖；6—密封填料；7—恒温水套；8—承压玻璃管；9—co2空间；10—温度计。
它的工作情况可简述而下：由活塞式压力计送来的压力油首先进入高压容器，然后通过高压容器和玻璃杯之间的空隙，使玻璃杯中水银表面上的压力加大，迫使水银进入预先灌有co2气体的承压玻璃管，使其中的co2气体受到压缩。
如果忽略中间环节的各种压力损失，可以认为co2气体所受到的压力即活塞式压力计所输出的压力油的压力，其数值可在活塞式压力计台架上的压力表中读出。
至于承压玻璃管中co2 气体的容积，则可由水银柱的高度间接测出（下面还将详细述及）。
热工自动调节系统扰动试验方案
. .自动调节系统扰动试验案RB试验案1、试验目的：1.1 检验机组在辅机发生故障跳闸锅炉出力低于给定功率时，自动控制系统将机组负荷快速降低到实际所能达到的相应出力的能力，是对机组自动控制系统性能和功能的考验。
1.2验证控制回路的安全可靠性。
2、试验条件：2.1一次设备工作可靠。
2.2燃料自动、主汽温自动、再热汽温自动、炉膛负压自动、送风机自动、一次风压自动、给水自动、凝汽器水位自动均已投入。
2.3机组运行稳定，负荷在额定负荷附近可做15%负荷扰动。
2.4机组功率控制式应为协调式。
2.5锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）已可靠投入运行。
3 、试验步骤：3.1送风机RUNBACK试验：●模拟量控制系统投入自动。
●待负荷及汽压稳定，手动跳闸一台送风机，报警显示送风机跳闸。
●最上三层磨煤机自动跳闸，负荷指令迅速减至60%负荷。
●主汽压下降及调门关小，机组负荷将自动降至需求负荷，观察机组运行情况，记录各系统曲线。
●待机组运行稳定后，重新启动跳闸送风机及磨煤机，将负荷缓慢回升至试验前位置。
●试验中以下参数应加强监视：1)运行送、引风机电流；2)炉膛压力；3)锅炉燃烧情况；4)锅炉汽包水位；5)锅炉主、再热蒸汽温度；6)锅炉空预器运行情况；●注意事项：1)注意监视锅炉燃烧情况，如燃烧迅速恶化应手动MFT。
2)监视汽包水位及蒸汽温度，如有必要可手动干预，以机组能维持运行为目的。
3)如运行送、引风机电流过大，可进一步手动降低目标负荷，直至降至安全电流。
4)如主汽压力无法维持，可进一步手动降低目标负荷。
3.2 给水泵RUNBACK试验：●5号机组2台给水泵并列自动运行。
●将机组投入协调式运行。
●两台给水泵并列自动运行，将备用给水泵联锁解除。
●待负荷及汽压稳定，手动跳闸一台给水泵。
●最上三层磨煤机自动跳闸，备用给水泵不启动，汽包水位迅速下降，负荷指令迅速减至50%负荷。
（此过程中，若汽包水位降至-150mm，则操作员手动增加液耦指令，参与补水，以防止因汽包水位低低导致锅炉MFT）。
热工过程自动调节
热工过程自动调节 1.自动调节的常用术语：〔1〕被调对象：即被调节的生产设备或生产过程。
〔2〕被调量：通过调节需要维持的物理量。
〔3〕给定值：根据生产要求，被调量的规定数值。
〔4〕扰动：引起被调量变化的各种原因。
〔5〕调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量。
〔6〕调节机关：在调节作用下，用来改变调节作用量的装置。
2.自动调节系统的分类：〔1〕按给定值信号的特点分：a.恒值调节系统：自动调节系统在运行过程中给定值恒定不变，也就是希望被调量保持为一固定数值。
这是在热工过程自动调节中应用最多的一种自动调节系统。
b.程序调节系统：这类系统的给定值是时间的函数，给定值随时间变化是预选设定的，调节系统用来保持被调量按预选设定的随时间变化的数值来改变。
C.随机调节系统：随机调节系统的给定值是不可预知的，其数值决定于一些外来因素的变化，所以调解结果使被调量也跟随这个给定值随时间改变。
〔2〕按调节系统的结构分：a.反应调节系统：反应调节系统是依据于偏差进行调节的，其特点是，在调节结束时可以使被调量等于或接近给定值；当调节系统受到扰动时必须等到被调量出现偏差后才开始调节，所以调节的速度相比照拟缓慢。
B.前馈调节系统：前馈调节系统是依据扰动进行调节的，其特点是：由于扰动影响被调量的同时调节器的调节作用已产生，所以调节速度相比照拟快；由于没有被调量的反应，所以调节结束时不能保证被调量等于给定值。
前馈调节系统由于无闭合环路存在，亦称为开环调节系统。
C.复合调节系统：采用复合调节系统后，吸取了前馈和反应调节系统各自的长处，在调节过程中，水温偏离给定值不会太大，调节结束时，水温可等于或接近给定值。
另外，整个调节时间也可以缩短，调节质量得到改善。
3.调节系统主要的性能指标：〔1〕稳定性：只有一个稳定的系统才能完成自动调节的任务；调节系统的稳定性问题是由于系统本身的闭环反应作用所引起的，负反应是自动调节系统稳定的必要条件，而正反应往往是系统不稳定的根本原因。
《热工过程自动调节》实验指导书
《热工过程自动调节》实验指导书高伟鲁录义编华中科技大学能源与动力工程学院二O一三年实验一 典型环节的动态特性一、 实验目的1． 通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的响应曲线，熟悉它们的动态特性。
2． 了解各典型环节中参数变化对其动态特性的影响。
二、 实验仪器与软件1．PC 机 1台2． MATLAB10.0环境三、 实验内容分别改变几个典型环节的相关参数，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况（曲线至少3条），并得出规律。
1) 比例环节（K ） 2) 积分环节（ST i 1） 3) 一阶惯性环节（ST Kc +1）4) 实际微分环节（D T S ） 5) 典型二阶环节（222nn nS S K ωξωω++）同时显示三条响应曲线时的仿真框图可采用如图1－1所求形式，其中传递函数的形式根据不同环节进行设置。
图1-1 多响应输出示意图四、 实验原理1． 比例环节的传递函数为K R K R R RZ Z s G 200,1002)(211212==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-2所示。
图1-2 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形2． 积分环节(I)的传递函数为uf C K R ss C R Z Z s G 1,1001.011)(111112==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。
图1-3 积分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形3． 惯性环节的传递函数为uf C K R K RsC R R R Z Z s G 1,200,10012.021)(121121212===+-=+-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-4所示。
图1-4 惯性环节的模拟电路及SIMULINK 图形4． 微分环节(D)的传递函数为uf C K R s s C R Z Z s G 10,100)(111112==-=-=-= uf C C 01.012=<<其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-5所示。
《热工过程自动控制》课程设计
（注意：保持清洁，设计结束后装订在设计说明书正文的第1页）《热工过程自动控制》课程设计任务书专业方向：热能与动力工程班级：学生姓名：指导教师：周数：1学分：1一、设计题目600MW单元机组直流锅炉给水控制系统的组态设计二、原始资料1. 控制对象600MW超临界机组直流锅炉给水控制系统采用两台分别带50%负荷的汽动给水泵作为正常负荷下的供水，设置一台可带50%负荷的电动给水泵，作为启动及带低负荷或两台汽动泵中有一台故障时作备用泵使用。
2. 控制要求直流锅炉必须使燃烧率和给水量随时保持适当的比例。
（1）给水流量控制回路仅当锅炉运行在纯直流工况下，才能对锅炉出口的主蒸汽温度起到粗调的作用。
为保证锅炉本身的安全运行，要求任何工况下省煤器入口给水流量不低于35%MCR；（2）给水泵串级控制回路的副调节器根据给水流量偏差输出给水泵控制指令，调节各台泵的转速以满足机组负荷变化的需要；（3）为保证给水泵的运行安全，给水流量调节阀控制回路通过调节给水阀门的开度维持泵出口母管的压力在适当范围内；（4）汽动给水泵再循环阀调节回路需保证通过每台汽泵的流量不低于最小允许流量。
三、设计任务1、了解大型单元机组控制系统概貌和集散控制系统概貌及其组态原理；2、了解ABB贝利公司Symphony集散控制设备及其重要功能模块的作用；3、掌握控制对象（包括工艺流程）及控制任务；4、根据控制系统原理进行相应集散控制系统的组态设计；给水控制系统包括三个部分：（1）给水流量指令形成回路（2）汽动给水泵转速控制回路（3）给水流量调节阀控制回路，可任选其中两部分做组态设计。
5、对所设计的部分进行组态分析。
四、建议时间安排课程设计时间安排序号内容时间1 收集资料，学习相关理论知识1天2.5天2 进行集散控制系统的组态设计并绘制组态图3 整理报告1天4 答辩0.5天5 合计5天五、成果要求1、课程设计报告（1）字数约5000左右，统一用A4纸手工书写，字迹工整。
电厂热工过程自动调节
1.火电厂热工过程自动化主要包括下列内容：自动检测、自动调节、自动保护、程序控制。
2.调节：在设备运行中参数总要经常受到各种因素的影响而偏离额定值，此时，运行人员就要及时进行操作，对他们加以控制，使这些参数保持为所希望的数值，这一过称称为调节。
由人工操作来完成的称为人工调节。
假若用一整套自动控制装置来代替人工操作就是自动调节。
3.实现自动调节所需要的自动调节装置主要有：测量单元（变送器），调节单元（调节器），执行单元（执行器）4.调节系统的分类：按信号的馈送方式分为反馈调节系统（调节时间长，能克服扰动），前馈调节系统（只能克服扰动，不存在稳定性分析），前馈-反馈调节系统。
5.调节过程：从发生扰动，经过调节，直到系统重新建立平衡的这段过程6.衡量调节过程好坏：稳定性，快速性，准确性7.传递函数：线性定常系统在零初始条件下，输出量的拉普拉斯变换式与输入量的拉普拉斯变换式之比。
8.静态放大系数：G(S)=C(S)/R(S)=K(s-Z1)(s-Z2) …(s-Zm)/(s-P1)(s-P2)…(s-P n)中，若取s=0，即微分方程中所有导数项都为零，则上式变为a0c（t）=b0r（t），则传递函数G（0）就是静态放大系数，即G(0)=C(0)/R(0)=b0/a0.称为系统的静态方程，反映了在稳态时输出与输入之间的关系。
9.基本环节：比例环节，积分环节，惯性环节，微分环节，实际微分环节，纯迟延环节。
10.环节的连接方式：串联，并联，反馈11.三种基本调节作用：比例调节作用P（作用动作快，对偏差有放大作用，会增加振荡），积分调节作用I（调节时间慢，能消除偏差，积分作用强会加强振荡甚至造成系统不稳定），微分调节作用D（不能消除偏差，只能使其不变，优化动态品质，恶化静态品质）。
12.自动调节器：比例调节器P，比例积分调节器PI，比例微分调节器PD，比例积分微分调节器PID。
13.工业调节器分为：模拟式调节器，数字式调节器14.模拟式自动调节器调节规律的实现方法：采用不同的反馈回路来实现调节器的动作规律；采用运算放大器的不同连接方式来实现调节器的动作规律15.二阶系统阶跃响应的特征量：上升时间tr，峰值时间tp，超调量Mp，衰减率ψ，调节时间ts，稳态误差e（∞）。
热工实验指导书(2009.2)
热工实验指导书唐慕萱王素美姜慧娟东南大学能源与环境学院二O O九年二月目录实验一空气定压比热容测定 (2)实验二空气绝热指数的测定 (7)实验三喷管实验—气体在喷管中流动性能的测定 (11)实验四管道沿程阻力测定 (19)实验五圆柱、机翼等物体的绕流流动显示观察 (24)实验六绕圆柱体压力分布的测定 (26)实验七稳态双平板法测定非金属材料的导热系数 (30)实验八恒热流准稳态平板法测定材料热物性 (34)实验九空气橫掠圆柱体时局部换热系数的测定 (39)实验十辐射换热角系数的测定 (49)实验十一材料表面法向热发射率（黑度）的测定 (52)附录 (56)实验一 空气定压比热容测定一、实验目的1.增强热物性实验研究方面的感性认识，促进理论联系实际，了解气体比热容测定的基本原理和构思。
2.学习本实验中所涉及的各种参数的测量方法，掌握由实验数据计算出比热容数值和比热容关系式的方法。
3.学会实验中所用各种仪表的正确使用方法。
二、实验原理由热力学可知，气体定压比热容的定义式为()p p hc T∂=∂ （1） 在没有对外界作功的气体定压流动过程中，p dQ dh M=, 此时气体的定压比热容可表示为p p TQM c )(1∂∂=（2） 当气体在此定压过程中由温度t 1被加热至t 2时，气体在此温度范围内的平均定压比热容可由下式确定)(1221t t M Q c p t t pm-=(kJ/kg ℃) (3)式中，M —气体的质量流量，kg/s;Q p —气体在定压流动过程中吸收的热量，kJ/s 。
大气是含有水蒸汽的湿空气。
当湿空气由温度t 1被加热至t 2时，其中的水蒸汽也要吸收热量，这部分热量要根据湿空气的相对湿度来确定。
如果计算干空气的比热容，必须从加热给湿空气的热量中扣除这部分热量，剩余的才是干空气的吸热量。
低压气体的比热容通常用温度的多项式表示，例如空气比热容的实验关系式为3162741087268.41002402.41076019.102319.1T T T c p ---⨯-⨯+⨯-=(kJ/kgK)式中T 为绝对温度，单位为K 。
热工过程自动控制实验指导书
实验课程名称：热工过程自动控制英文名称：Automation of thermal process课程总学时：16总学分：1 实验学时：16本大纲主笔人：刘雪峰刘金平热工过程自动控制实验指导书刘雪峰刘金平编华南理工大学电力学院目录绪言 (1)实验一实验装置的基本操作与仪表调试 (2)实验二单容水箱液位/压力PID控制系统 (4)实验三双容水箱液位/压力控制系统 (9)实验四单容液位（上小水箱）PLC控制实验 (13)实验五双容液位（下小水箱）PLC控制实验 (16)实验六单片机控制系统 (19)绪言TKGK-1型过程控制实验装置是根据自动化专业及相关专业教学的特点，吸收了国外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，向广大师生推出一套全新的实验设备。
该设备可以满足《过程控制》、《自动化仪表》、《工程检测》、《计算机控制系统》等课程的教学实验。
整个系统结构紧凑、功能多样、使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可满足本科、大专及中专等不同层次的教学实验要求，还可为研究开发提供实验手段。
本实验装置的控制信号及被控信号均采用IEC标准，即电压0~5V或1~5V，电流0~10mA或4~20mA。
实验系统供电要求为单相交流220V±10%，10A；外型尺寸为：167*164*73，重量：580Kg。
TKGK-1型过程控制实验装置集多参数闭环控制为一体，由过程控制对象、调节器模块、执行器模块、变送器模块和单片机控制模块等组成，各模块间灵活组合，基本包含了目前所有的工业控制方式，涉及温度、压力、流量和液位等重要的过程控制参数。
控制对象主要由上、下两个水箱，一个电加热器复合水箱及一个储水箱组成，上、下水箱液位或压力作为被控对象由两个水泵供水（由交流、直流调速电机、齿轮泵和压力传感器等构成），水箱水温作为被控对象是由温度传感器、加热器、固态继电器等构成；管道上装有电磁流量计、阀门等。
热工实验指导书(网络)
热工自动控制系统实验讲义胡德双许洪华编承德石油高等专科学校热能工程教研室实验须知一、实验前充分准备，认真做好预习，否则不得进行实验。
二、实验室内不得喧哗、打闹。
三、与本次实验无关的仪器设备不得乱动。
四、仪表装置的启动必须征得指导教师的许可。
五、实验完毕，必须清理好现场仪表盘面，切断水、电、气源，并征得老师同意,方可离开现场。
六、实验报告每人提交一份，若同时几人一组，原始记录曲线自行描绘。
七、实验中的操作技能，实验过程中的纪律性以及报告完成的情况等均作为实验成绩评定内容。
八、实验中属于人为造成仪表故障的，应按价赔偿。
目录一、实验装置介绍二、调节器Ⅰ使用说明三、调节器Ⅱ使用说明四、调节器Ⅲ使用说明五、实验前的准备工作实验一热工对象动态特性测试——阶跃测试法实验二单回路自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究实验三串级自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究实验四比值自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究实验五双冲量自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究实验六单级三冲量自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究实验七串级三冲量自动调节系统——调节系统的投运、整定和质量的研究一热工自动控制系统实验装置介绍该控制系统为汽包锅炉给水自动调节系统的模拟装置，汽包用水箱代替，蒸汽流量用出口流量代替，通过调节入口流量即给水量可维持水位的恒定。
用它也可以完成其它的实验项目，达到其它的实验目的。
所以，用这套装置也可以来模拟过热蒸汽温度自动调节系统、燃烧过程自动调节系统的各种实施方案。
本实验装置可分为两大部分：模拟装置和仪表操作控制盘。
模拟装置是由控制系统的工艺设备（泵、管线、水箱等）、一次仪表和执行器组成的。
控制系统所用的二次仪表都安装在仪表盘上。
各控制方案的实现，只要改变模拟装置的有关工艺阀门和启动相应的机泵，同时改变操作盘上排题板的联接线路，即可构成不同的控制方案，达到不同的实验目的。
热工过程自动调节资料
名词解释1.自动控制：在无人直接参与的情况下利用外加装置或设备使机器或生产过程的某个参数按预定规律运行。
2.被调对象：被调节的生产设备或生产过程。
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。
内扰：经过调节通道作用到对象上的扰动外扰：经过干扰通道作用到对象上的扰动调节机关：在调节作用下，用来改变进入被调对象的物质或能量的装置。
调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量3.传递函数：在线性定常系统中，初始条件为零时，环节输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比，称为环节的传递函数4.静态特性：在平衡状态时，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系。
动态特性：在不平衡状态时，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系。
5.输出响应：系统在输入信号的作用下，输出信号随时间的变化规律6.时域分析法：根据系统的微分方程，求出当输入为某种时间函数的微分方程的解即调节系统的时间响应7.频率特性：两者的频率ω相同，但振幅和相位角不同。
当输入信号的频率改变时，输出信号的振幅和相位角会发生变化。
8.ADS指令：电网中心调度遥控的负荷分配指令填空题1.自动控制的组成：检测元件，转换原件，调节原件，执行机构，被控对象2.自动控制系统按给定值分类：恒值调节系统、程序调节系统、随机调节系统3.自动控制系统按结构分类：反馈调节系统、前馈调节系统、复合调节系统4.按调节系统闭环回路分类：单回路调节系统、多回路调节系统5.按调节作用的形式分类：连续调节体统、离散调节系统6.按系统的特性分类：线性调节系统、非线性调节系统7.系统方框图主要由环节和信号线组成。
方框代表环节，箭头代表信号线。
8.调节系统的性能指标有稳定性、准确性、快速性9.工程上常用的调节系统的分析方法有时域分析法和频域分析法10.单回路整定方法有临界比例带法、衰减曲线法、图表整定法。
11.自动调节系统是由调节对象和自动调节器组成12.二阶系统传递函数的通用形式是G(s)=kw n²/(s²+2ξw n s+ w n²)，当满足0＜ξ＜1时，系统处于欠阻尼状态，当满足ξ＝1时，临界状态，当满足ξ＞1时，系统处于过阻尼状态，当满足ξ＝0时，系统处于无阻尼状态。
热工过程自动调节3
热工过程自动调节31调节量:即通过调节需要维持的物理量。
被调节对象:即被调节的生产设备或生产过程。
调节作用量:即在调节作用下，控制被调量变化的物理量。
2自动调节系统的分类:(1)按给定的信号的特点:恒值调节系统、程序调节系统、随机调节系统 (2)按调节系统的结构分:反馈调节系统、前馈调节系统、复合调节系统。
(3)按调节系统闭环回路的数目分类:单回路调节系统、多回路调节系统。
(4)按调节作用的形式分:连续调节系统、离散调节系统。
(5)按系统的特性分:线性调节系统、非线性调节系统。
3反馈调节的特点(1)在调节结束时，可以使被调节量等于或接近于给定值，基于偏差的调节(2)在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，所以调节速度相对较慢。
前馈调节的特点:(1)由于扰动影响被调量的同时，调节器的调节作用已产生，所以调节速度响度较快。
基于扰动的调节(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。
4自动调节系统的性能指标:(1)稳定性(2)准确性(3)快速性5自动调节系统典型的调节过程:非周期调节过程、衰减振荡调节过程、等幅振荡调节过程、渐扩振荡调节过程6自动调节系统的数学模型:微分方程、传递函数、时间特性、频率特性 7环节的基本连接方式:串联、并联、反馈连接8基本环节:比例环节、积分环节、惯性环节、微分环节、纯迟延环节。
各环节的特点:比例环节(响应非常及时)，积分环节(响应比较缓慢)，惯性环节(响应比较缓慢取决于时间常数T)，微分环节(超前响应)，纯迟延环节(响应落后与输入信号) 9热工对象存在的特性:输出量的变化过程是不振荡的，在扰动发生的开始阶段有迟延和惯性。
在过程的最后阶段，有自平衡能力的对象输出量达到新的稳态值P不为0，无自平衡能力的对象输出量不断变化，不能达到新的稳态值P为0。
10热工对象分为:有自平衡能力的对象(指对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态);无自平衡能力的对象。
＂热工过程自动调节＂课程实验实践教学改革和实践
、
实验实践教学现况
在教学过程 中进行实验 教学是 教学实践 的基本手段 ， 是 对 课 堂知识 的检验和巩 固， 是 培养学生技 能的重要 手段 。 实验 教 学从形式 上分为演示 型实验 和仿真型实验两种 ， 而实验类 型又
作者简介： 陈毕胜 （ １ ９ ７ ７ 一 ） ， 女， 湖北崇阳人 ， 山东科技 大学机械 电子工程 学院， 讲 师； 郭兰兰 （ １ ９ ７ ９ 一 ） ， 女， 山东昌邑人 ， 山东科技
大学机械电子工程 学院， 讲师。（ 山东 青岛 ２ ６ ６ ５ ９ ０ ）
基金项 目： 本文Ｊ ￣ ． ２ ０ １ ０ 年 山东科技 大学教育教学研究 “ 群星计划”项目（ 项目 编号： ｑ ｘ １ ０ ２ ０ ３ １ ） 的研究成果。
分 为基础型实验 、 专业 技能 型实 验和综 合性 实验 。 基础 型实验 主要为应知应会等原 理性实验 ， 一般 由教师 演示讲解 、 学生 观 摩验证 即可； 专业技能型实验主要训练学生 的动手能力， 由教师 指导学 生按 步骤要求操作完成 即可； 综合性 实验是难度 较大的 实 验教学环 节， 需要学 生独立或 在教师指导下按实验项 目和要 求 自行 设计 实验 方案并完成实 验过程 ， 包 括实际应 用创新性 实
处 理和 计 算 ， 然 依 照模 板 写出实 验 报告并上 交 ， 最 后 由实
作 的学 习， 把知识真正融入实践 。 因此 ， 在全 面了解 相关院校该 课 程实验 设 置情况和社会对该专业的需求 的情 况下， 在 发扬传 统 学科 特色 的基 础上 ， 融 入了高新 技术知识 ， 以本课程 教学 内 容、 课程体系和教学方 法改革为核心， 开展了相应 的实验实践教 学研究 工作 。
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《热工过程自动调节》实验指导书高伟鲁录义编华中科技大学能源与动力工程学院二O一三年实验一 典型环节的动态特性一、 实验目的1． 通过观察典型环节在单位阶跃信号作用下的响应曲线，熟悉它们的动态特性。
2． 了解各典型环节中参数变化对其动态特性的影响。
二、 实验仪器与软件1．PC 机 1台2． MATLAB10.0环境三、 实验内容分别改变几个典型环节的相关参数，观察它们的单位阶跃响应曲线变化情况（曲线至少3条），并得出规律。
1) 比例环节（K ） 2) 积分环节（ST i 1） 3) 一阶惯性环节（ST Kc +1）4) 实际微分环节（D T S ） 5) 典型二阶环节（222nn nS S K ωξωω++）同时显示三条响应曲线时的仿真框图可采用如图1－1所求形式，其中传递函数的形式根据不同环节进行设置。
图1-1 多响应输出示意图四、 实验原理1． 比例环节的传递函数为K R K R R RZ Z s G 200,1002)(211212==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-2所示。
图1-2 比例环节的模拟电路及SIMULINK 图形2． 积分环节(I)的传递函数为uf C K R ss C R Z Z s G 1,1001.011)(111112==-=-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-3所示。
图1-3 积分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形3． 惯性环节的传递函数为uf C K R K RsC R R R Z Z s G 1,200,10012.021)(121121212===+-=+-=-=其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-4所示。
图1-4 惯性环节的模拟电路及SIMULINK 图形4． 微分环节(D)的传递函数为uf C K R s s C R Z Z s G 10,100)(111112==-=-=-= uf C C 01.012=<<其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-5所示。
图1-5 微分环节的模拟电路及及SIMULINK 图形5． 典型二阶环节的传递函数为22()2nn nK G s S S ωξωω=++ 其对应的模拟电路及SIMULINK 图形如图1-6所示。
图1-6二阶环节的模拟电路及及SIMULINK图形五、实验步骤1)运行MATLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter 键或在工具栏单击按钮，即可进入SIMULINK仿真环境下。
2)选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。
3)参照图1-1，建立三个比例环节，如图1－7所示。
通过改变增益大小，查看对应的单位阶跃响应曲线，如图1－8所示。
图1－7 比例环节多输出模型图1－8 比例环节多输出示意4) 积分环节、实际微分环节、一阶惯性环节参考步骤2。
5) 典型二阶环节G(S)=222nn nS S K ωξωω++，在ξ与ωn 取不同值，观察对应的单位阶跃响应曲线（在输出曲线上标明对应的有关参数值）① 令ωn = 1 ，ξ取不同值：ξ1= 0 ；ξ2= 0.5 ,ξ3= 0.8（0<ξ<1）；ξ4=1；ξ5= 4（ξ≥1）； ② 令ξ= 0 ，ωn 取不同值：ωn 1= 1 ；ωn 2= 3 ； ③ 令ξ=0.216，ωn 取不同值：ωn 1= 1 ；ωn 2= 3 ；六、 实验报告要求1．画出各典型环节的SIMULINK 仿真模型。
2. 记录各环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。
3. 写出实验的心得与体会。
实验二 基于MATLAB 的PID 控制研究一、 实验目的：1．理解PID 的基本原理2．研究PID 控制器的参数对于系统性能的影响二、 实验仪器与软件1．PC 机 1台 2．MATLAB10.0环境三、 实验内容1、利用Matlab 软件，针对控制对象设计单闭环PID 控制系统2、 通过调节PID 控制器的参数，研究PID 控制参数对系统性能的影响四、 实验原理单闭环PID 的控制系统的作用框图如下：图2－1 单闭环PID 的控制系统比例(P)控制比例控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。
当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。
比例控制作用及时，能迅速反应误差，从而减小稳态误差。
但是，比例控制不能消除稳输入—态误差。
其调节器用在控制系统中，会使系统出现余差。
为了减少余差，可适当增大P K ，P K 愈大，余差就愈小；但P K 增大会引起系统的不稳定，使系统的稳定性变差，容易产生振荡。
积分(I)控制在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。
积分控制的作用是消除稳态误差。
只要系统有误差存在，积分控制器就不断地积累，输出控制量，以消除误差。
积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。
这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。
因而，只要有足够的时间，积分控制将能完全消除误差，使系统误差为零，从而消除稳态误差。
积分作用太强会使系统超调加大，甚至使系统出现振荡。
微分(D)控制在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。
其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。
解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。
微分控制能够预测误差变化的趋势，可以减小超调量，克服振荡，使系统的稳定性提高。
同时，加快系统的动态响应速度，减小调整时间，从而改善系统的动态性能。
PID 控制规律是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。
它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合，如温度控制、成分控制等。
图2－2为单位阶跃作用下，各个调节系统的阶跃响应曲线图2-2 阶跃响应整定法设计的P、PI、PID控制阶跃响应五、实验步骤1．运行MATLAB软件，在命令窗口栏“>>”提示符下键入simulink命令，按Enter键或在工具栏单击按钮，即可进入SIMULINK仿真环境下。
2．选择File菜单下New下的Model命令，新建一个simulink仿真环境常规模板。
3．设定受控对象1()(51)(21)(101)G ss s s=+++构建单位负反馈PID闭环控制系统4．设定Kp=1、Ki=0、Kd=0，观察记录其单位阶跃响应曲线图2-3 设计Kp= 1 Ki=0Kd=0 时的PID控制器的模拟系统5．加入比例控制环节，令Kp=2、4、12.5、15 观察记录其反应曲线并记录下表比例系数超调量上升时间稳态误差图2-4 Kp=1、Ki=0、Kd=0 时的单位阶跃响应曲线6．加入积分控制环节固定Kp=4 Kd=0，完成下表并记录其单位阶跃响应积分系数0.1 0.2 0.3 0.4超调量调节时间（稳态误差2%时）稳态误差7．加入积分控制环节固定Kp=4 Ki=0.2，完成下表并记录其单位阶跃响应微分系数 2 5 10 50超调量调节时间（稳态误差2%时）稳态误差8．调整适合的PID，得到一条各方面均优于上述步骤的单位响应曲线六、实验报告要求1．画出各典型环节的SIMULINK仿真模型。
2. 记录各环节的单位阶跃响应波形，并分析参数对响应曲线的影响。
3．如何减小或消除稳态误差？纯比例控制环节能否消除稳态误差？4. 写出实验的心得与体会。
附录：Simulink仿真集成环境简介Simulink是可视化动态系统仿真环境。
1990年正式由Mathworks公司引入到MATLAB 中，它是Slmutation和Link的结合。
目前介绍Simulink的资料有很多，这里主要介绍它的基本使用方法和它在控制系统仿真分析和设计操作的有关内容。
1．进入Simulink操作环境双击桌面上的MATLAB图标，启动MATLAB，进入开发环境，如图0-1所示。
图0-1 MATLAB开发环境图0-2 Simulink图形库浏览器画面从MA TLAB的桌面操作环境画面进入Simulink操作环境有多种方法，介绍如下。
①点击工具栏的Simulink图标弹出如图0-2的图形库浏览器画面。
②在命令窗口键入“simulink”命令，可自动弹出图形库浏览器。
上述两种方法需从该画面“File”下拉式菜单中选择“New | Model”，或点击图标,得到图0-3的图形仿真操作画面。
图0-3 Simulink仿真操作环境画面③从“File”下拉式菜单中选择“New | Model”，弹出如图0—3所示的未命名的图形仿真画面。
本方法需从工具栏中点击图形库浏览器图标，调出图0—2的图形库浏览器画面。
图0-3用于仿真操作，图0—2的图形库用于提取仿真所需功能模块。
图0—4是已建立的一个一阶惯性加时滞对象的单回路控制系统仿真框图。
下面将对建立这样的仿真系统用到的一些具体操作作个介绍。
图0-4 仿真系统框图2．提取所需仿真模块在提取所需仿真模块前，应绘制仿真系统框图，并确定仿真所用的参数。
图0—2中的仿真用图形库，提供了所需的基本功能模块，能满足系统仿真的需要。
该图形库有多种图形子库，用于配合有关的工具箱。
下面将对本书中的实验可能用到的Simulink图形库中的功能模块作一个简单介绍。
（1）信号源模块组(Sources)信号源模块组包括各种各样的常用输入信号，如图0-5所示。
图0-5 信号源模块组·输入端口模块(In)——用来反映整个系统的输入端子，这样的设置在模型线性化与命令行仿真时是必需的。
·普通信号源发生器(Signal Generator)——能够生成若干种常用信号，如方波信号、正弦波信号、锯齿波信号等，允许用户自由地调整其幅值、相位及其它信号。
·读文件模块(From File)和读工作空间模块(From Workspace)——两个模块允许从文件或MATLAB工作空间中读取信号作为输入信号。
·时间信号模块(Clock)——生成当前仿真时钟，在与时间有关的指标求取中是很有意义的，例如获取系统的ITAE准则等。
(积分时间和绝对误差积分准则，Integrated Time and Absolute Error - ITAE。
按此准则设计的控制系统，瞬态响应的振荡性小，且对参数具有良好的选择性。