控制工程-控制系统案例分析二
MAN B&W K90MC-C主机控制系统案例分析
MAN B&W K90MC-C主机控制系统案例分析中海国际广州分公司轮机长—陈建云故障经过之一某轮主机为MITSUI-MAN B&W 8K90MC-C ，2006年8月12日13:30，该轮抵达天津港前备车，13:35驾驶台进行驾控主机试车，发现主机启动三次失败。
13：37转集控室控制，二管轮在集控室进行主机试车，主机同样启动失败，轮机长请示驾驶台，把主机控制转到机旁应急操作，机旁启动也失败了。
通常在机旁操纵台按下起动阀(101)，通过两位三通阀(33)将起动时发出的控制信号引导至两位三通阀(26)和两位五通阀(27)的控制空气进口，起动时允许空气进入起动空气分配器和打开主起动阀和慢转阀。
轮机长检查发现应急操作起动时，阀（26）和阀（27）没有动作，分析故障原因，很快发现机旁控制箱内两位三通阀（31）与双向止回阀（33）之间的连接空气管铜管断裂，造成主启动阀打不开，启动失败。
查到原因后，马上用紫铜管连接阀（31）与阀（33），然后主机进行试车，先机旁操车，正常后转集控室进行启动、换向、停车操作，控制系统工作正常。
主机操纵系统恢复正常工作后，船长通知进港用车，16:00转驾控，主机操控正常，船舶顺利靠好码头。
故障经过之二2005年9月4日，该轮第25N航次是南沙至天津，计划9月4号10：00南沙港开航，上午9：00主机备车时，电机员发现集控台上的主机电子调速器DGU8800E控制面板Regulator上有“IN-DA TA ERROR”故障报警，查阅面板PARAMETER 8=IN-DATA ERROR，显示内容为ALR9，DATA V ALUE为red-DG。
说明书说明了ALR9故障处理方法是：a) Check power plugs to the proc. card; b) Replace the processor card; c) check the flat cables to P1 plugs; d) Replace the PP1 on actuator processor card.电机员随即对执行电机的信号线、操纵台的接线排相关的接线进行检查，接线没有发现异常，然后关掉电子调速器控制板的电源，对电脑板的扁平线及适配卡进行检查，在恢复电源后DGU电子调速器面板上的故障显示消失。
DCS控制系统设计案例分析
实例2：
评判标准
实例3：
评判标准
实例4：
评判标准
实例5：
评判标准
测试8：20分
8）验证控制参数的整定能力，20分
将自动投入，改变控制定值置-80Pa，查看系统是否在45秒内能够控制0Pa～160Pa之间，得10分。
将 自 动 投 入 ， 改 变 控 制 定 值 置 - 8 0 Pa， 查 看 系 统 是 否 在 3 0 min 内 能 够 控 制 30Pa～-1300Pa之间，得20分。
实例1：
题目：
某600MW发电机组的锅炉是亚临界中间一次再热控制循环汽包炉，锅 炉采用平衡通风的方式。配备两台轴流式引风机，通过调节可调动叶 来控制锅炉的炉膛负压，控制策略采用负压偏差PI调节加送风指令做 前馈信号的单回路配前馈的控制模式。在某次机组期间，决定配套实 施脱硫工程（FGD），系统配置一台轴流式增压风机用来克服烟气流经 FGD系统的压力损失。通过调节增压风机动叶的开度，将增压风机入口 处的烟气静压控制在一定值（-180Pa），增压风机动叶自动控制策略 采用控制偏差PI调节加总风量做前馈信号的单回路配前馈的控制模式; 当引风机跳闸触发RB时，为确保系统的稳定，增压风机动叶自动控制 应设计相应的超弛逻辑，并撤出自动，投手动控制。请根据题意的要 求，设计增压风机动叶自动控制逻辑，并根据系统特性，整定相关控 制参数，使其控制性能能够满足控制要求。
PT0002 炉膛负压3：PT0003 相关开关量信号清单： 引风机RB触发ZS1001 叶开度信号坏质量：ZS1000 烟气静压1信号坏质量：ZS1002 烟气静压2信号坏质量：ZS1003 烟气静压3信号坏质量：ZS1004 引风机A电流信号坏质量：ZS1005 引风机B电流信号坏质量：ZS1006
控制工程基础第二章控制系统的时域分析
2.2线性系统的时域性能指标
为了评价线性系统的时间响应的性能，需要研究其在典型输入信号 作用下的时间响应过程。在典型输入信号的作用下，控制系统的时间响 应分为动态过程和稳态过程两部分。
动态过程又称为过渡过程或瞬态过程，是指系统在典型输入信号作 用下，其输出量从初始状态到最终状态的响应过程。根据系统结构和参 数的选择情况，动态过程表现为衰减、发散或等幅振荡的形式。显然， 一个实际运行的系统其动态过程必须是衰减的，也就是说，系统必须是 稳定的。动态过程除提供系统稳定的信息外，还可以提供其相应速度和 阻尼情况等信息，这些特性用动态性能指标描述。
控制系统的单位阶跃响应常用h(t)表示，单位阶跃响应曲线及 时域性能指标如图2-2所示。
图2-2 单位阶跃响应曲线及时域性能指标
（1）延迟时间 td。响应曲线第一次达到稳态值的一半所需的时间 称为延迟时间。 （2）上升时间 tr。上升时间是响应曲线从稳态值的10%上升到90%所 需的时间；或从0上升到100%所需的时间。对于欠阻尼二阶系统，通 常采用0~100%的上升时间；对于过阻尼系统，通常采用10%~90%的 上升时间。上升时间越短，响应速度越快。 （3）峰值时间tp。响应曲线达到超调量的第一个峰值所需要的时间称 为峰值时间。 （4）调节时间ts。调节时间是在响应曲线的稳态线上，用稳态值的百 分数（通常Δ取5%或2%）做一个允许误差范围，响应曲线达到并永远 保持在这一允许误差范围内所需的时间。 （5）最大超调量Mp。最大超调量指响应的最大偏离量h(tp)与终值h(∞ )之差的百分比，用σ%表示：
所谓时域分析法，就是在时域内通过拉氏变换求解系统的微分方 程，得到系统的时间响应，根据相应表达式和相应曲线分析系统的稳 定性、稳态误差等指标。
本章主要介绍时域响应及典型的输入信号；一阶、二阶系统的时 间响应；高阶系统的时间响应及主导极点、偶极子及高阶系统的降阶 方法；稳态误差的概念和计算方法，以及提高系统稳态精度的方法。
控制工程基础2-第1章(绪论)
方框信号
• 方框 • 信号线
控制装置和被控对象分别用方框表示 方框的输入和输出以及它们之间的联接用带
箭头的信号线表示
• 输入信号 进入方框的信号 • 输出信号 离开方框的信号
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例子2：恒温系统
• 人工控制恒温箱
测量、比较、判断、操 作
[动态过程]
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观测恒温箱内的温度（被控制 量） 与 要 求 的 温 度 （ 给 定 值 ） 进行比较，得到温度偏差的大 小和方向
第三节 控制系统主要任务与研究内容
控制系统分析：已知系统的结构参数，分析系 统的稳定性，求取系统的动态、静态性能指标， 并据此评价系统的过程称为控制系统分析。 控制系统设计（或综合）：根据控制对象和给 定系统的性能指标，合理的确定控制装置的结构 参数，称为控制系统设计。
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课程的主要内容及其相互关系
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开环例3:直流电机速度开环控制系统
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• 闭环控制
如果系统的输出量与输入量之间具有
反馈联系，即输出量对系统的控制过程有 直接影响，这样的系统称为闭环控制系统。 闭环控制系统是按照反馈控制原理工作的， 又称为反馈控制系统。这种系统的信号传 递路线构成闭合回路（闭环）。 优点：具有自动补偿由于系统内部和外部干 扰所引起的系统误差（偏差）的能力，因 而有效地提高了系统的精度。
恒值控制系统（自动调节系统） 程序控制系统 随动系统(伺服系统）
恒值系统是指参考输入量保持常值的系统。其任务是消除或减少 扰动信号对系统输出的影响，使被控制量（即系统的输出量）保 持在给定或希望的数值上。例如蒸汽机离心调速器系统、恒温箱 温度控制系统等。 随动系统是指参考输入量随时间任意变化的系统。其任务是要求 输出量以一定的精度和速度跟踪参考输入量，跟踪的速度和精度 是随动系统的两项主要性能指标。
DCS和PLC实现、设计案例分析
DCS和PLC实现、设计案例分析04083134 张晓辉一、DCS控制系统A）DCS控制系统：DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。
即所谓的分布式控制系统，或在有些资料中称之为集散系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机，通信、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。
在系统功能方面，DCS和集中式控制系统的区别不大，但在系统功能的实现方法上却完全不同。
首先，DCS的骨架—系统网络，它是DCS的基础和核心。
由于网络对于DCS整个系统的实时性、可靠性和扩充性，起着决定性的作用，因此各厂家都在这方面进行了精心的设计。
对于DCS的系统网络来说，它必须满足实时性的要求，即在确定的时间限度内完成信息的传送。
这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的。
因此，衡量系统网络性能的指标并不是网络的速率，即通常所说的每秒比特数（bps），而是系统网络的实时性，即能在多长的时间内确保所需信息的传输完成。
系统网络还必须非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不能中断，因此多数厂家的DCS均采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构。
为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。
这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性。
在系统实际运行过程中，各个节点的上网和下网是随时可能发生的，特别是操作员站，这样，网络重构会经常进行，而这种操作绝对不能影响系统的正常运行，因此，系统网络应该具有很强在线网络重构功能。
《典型控制系统案例分析(一)作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术地质版》
《典型控制系统案例分析（一）》作业设计方案第一课时一、作业背景控制系统是自动控制技术的核心，在工业生产和生活中有着广泛的应用。
为了更好地掌握控制系统的设计和应用，本课程设置了典型控制系统案例分析的作业任务，帮助学生深入理解控制系统在实际工程中的应用。
二、作业目标1. 熟悉控制系统的基本原理和方法；2. 能够分析和设计典型的控制系统；3. 掌握控制系统的建模和仿真技术；4. 提高学生的工程实践能力和团队合作能力。
三、作业内容1. 选择一个实际工程中常见的控制系统案例，如温度控制系统、电机转速控制系统等；2. 对所选案例进行建模，包括建立系统的数学模型和控制器的设计；3. 使用Simulink等仿真工具进行系统仿真，并分析系统响应特性；4. 尝试在仿真环境中对系统进行调试和优化，达到设计要求。
四、作业要求1. 作业以小组形式进行，每组3-4人，每组选择一个控制系统案例进行分析和设计；2. 提交包括系统建模和仿真结果的报告，报告内容包括系统原理、模型建立、控制器设计、仿真结果和分析等；3. 作业报告撰写要求清晰、详细，包括图表和数据分析；4. 提交报告的同时需要进行口头答辩，展示实际操作和理论基础。
五、评分标准1. 报告内容的完整性和准确性；2. 系统建模和仿真的深度和广度；3. 控制系统设计的合理性和有效性；4. 学生在口头答辩中的表现和对问题的回答能力。
六、作业时间安排1. 第一周：确定小组成员和控制系统案例，开始系统建模；2. 第二周：继续系统建模和控制器设计；3. 第三周：完成系统建模和控制器设计，开始仿真实验；4. 第四周：整理报告并准备口头答辩。
七、参考资料1. 《现代控制理论》；2. Simulink使用手册；3. 相关文献和案例分析。
通过本次典型控制系统案例分析的作业设计，相信学生们将能够更深入地理解控制系统的原理和应用，提高工程实践能力和团队合作精神。
希望学生们能够认真对待这个作业任务，取得优异的成绩。
控制工程基础实验指导书(答案)-2
实验二二阶系统的瞬态响应分析一、实验目的1、熟悉二阶模拟系统的组成。
2、研究二阶系统分别工作在ξ=1，0<ξ<1，和ξ> 1三种状态下的单位阶跃响应。
3、分析增益K对二阶系统单位阶跃响应的超调量σP、峰值时间tp和调整时间ts。
4、研究系统在不同K值时对斜坡输入的稳态跟踪误差。
5、学会使用Matlab软件来仿真二阶系统，并观察结果。
二、实验仪器1、控制理论电子模拟实验箱一台；2、超低频慢扫描数字存储示波器一台；3、数字万用表一只；4、各种长度联接导线。
三、实验原理图2-1为二阶系统的原理方框图，图2-2为其模拟电路图，它是由惯性环节、积分环节和反号器组成，图中K=R2/R1，T1=R2C1，T2=R3C2。
图2-1 二阶系统原理框图图2-1 二阶系统的模拟电路由图2-2求得二阶系统的闭环传递函1222122112/() (1)()/O i K TT U S K U S TT S T S K S T S K TT ==++++ :而二阶系统标准传递函数为(1)(2), 对比式和式得12214n K TT T T K ωξ==12 T 0.2 , T 0.5 , 100.625n S S K K ωξ==若令则。
调节开环增益K 值，不仅能改变系统无阻尼自然振荡频率ωn 和ξ的值，可以得到过阻尼(ξ>1)、临界阻尼（ξ=1）和欠阻尼（ξ<1）三种情况下的阶跃响应曲线。
（1）当K >0.625， 0 < ξ < 1，系统处在欠阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：图2-3 0 < ξ < 1时的阶跃响应曲线（2）当K =0.625时，ξ=1，系统处在临界阻尼状态，它的单位阶跃响应表达式为：如图2-4为二阶系统工作临界阻尼时的单位响应曲线。
(2) +2+=222nn n S S )S (G ωξωω2221 ()1sin(1 1 . 2-3n to d d u t t tgξωξωξωωξ---=-+-=-式中图为二阶系统在欠阻尼状态下的单位阶跃响应曲线etn o n t t u ωω-+-=)1(1)(图2-4 ξ=1时的阶跃响应曲线（3）当K < 0.625时，ξ> 1，系统工作在过阻尼状态，它的单位阶跃响应曲线和临界阻尼时的单位阶跃响应一样为单调的指数上升曲线，但后者的上升速度比前者缓慢。
控制仪表与控制系统典型故障案例分析
案例二：乙二醇装置在线氧分析仪故障分析
二 氧含量控制
❖ 对于氧化制环氧乙烷而言，增加进入反应器原料中乙烯和 氧的浓度，可以提高反应器的生产能力，但原料气中乙烯 和氧浓度的大小受乙烯爆炸浓度范围的限制，不能随意提 高。
❖ 加入致稳气，可以改变乙烯爆炸浓度范围，使原料混合气 中的乙烯和氧的浓度提高。燕化乙二醇装置有氮气致稳和 甲烷致稳两种致稳方式。
案例二：乙二醇装置在线氧分析仪故障分析 二 氧含量控制
案例二：乙二醇装置在线氧分析仪故障分析
❖ 氧分析仪作用
－－控制参加反应的氧含量，以防含量过高引起爆炸
❖ 氧分析仪联锁方式
－－D110入口氧含量三取二联锁，停混合站
－－D110出口氧含量三取二联锁，停混合站
表1 氧分析仪联锁设定值
位号 ARAZ10 ARAZ101 ARAZ101 ARAZ104 ARAZ104 ARAZ104
①齿轮表面宽度应等于或 大于探头磁芯直径； ②齿高应等于或大于齿间 距离； ③齿间距离应为探头磁芯 直径的3倍； ④ 齿轮宽度应等于或大于 探头磁芯直径。 ⑤探头与齿轮间隙应尽可 能小，典型安装间隙为 0.005 in（0.127mm）；
案例一：裂解GB201电子调速器失速跳闸原因分析
70085-1010-005型测速探头性能测试
案例一：裂解GB201电子调速器失速跳闸原因分析
❖ 转速探头测速原理
案例一：裂解GB201电子调速器失速跳闸原因分析
❖ 对调速器的检查
使用频率发生器向调速器输入标准正弦波信号，当输出峰 值电压为4Vp-p时，调速器能够稳定检测到转速信号。当输 出峰值电压降至3.5Vp-p时，转速信号波动，调速器无法正常 接收转速信号
案例一：裂解GB201电子调速器失速跳闸原因分析
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