热工过程自动控制简述n
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。
《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。
《热工过程自动控制技术》高职
《热工过程自动控制技术》高职（原创实用版）目录一、热工过程自动控制的基本原理二、PID 控制的分析与整定方法三、大型火电机组的主要控制系统四、现代控制理论及其在热工过程中的应用五、离散控制系统的基本内容六、先进的控制策略及其在热工过程中的发展与应用正文热工过程自动控制技术是一种在能源动力系统中广泛应用的技术，它依据自动控制的基本原理，对热工过程进行实时监测和调节，以保证热工过程的稳定性和安全性。
首先，热工过程自动控制的基本原理主要包括反馈控制和前馈控制。
反馈控制是根据系统的输出信号，通过比较和误差放大，来调节系统的输入信号，以使系统输出信号接近于期望值。
前馈控制则是根据系统的输入信号，通过预测和提前调节，来减小系统的输出误差。
其次，PID 控制是一种在热工过程中占有统治地位的控制方法，它通过对比例、积分、微分三个环节的调节，来实现对热工过程的精确控制。
PID 控制的分析和整定方法主要包括根轨迹法、频率响应法和试验法等。
再次，大型火电机组是热工过程中常见的控制系统，它主要包括锅炉、汽轮机和发电机三个部分。
通过对这三个部分的实时监测和调节，可以实现对火电机组的优化控制。
此外，现代控制理论在热工过程中的应用也得到了广泛关注。
现代控制理论主要包括状态反馈控制、观测器设计和模型参考自适应控制等，它可以提高热工过程的控制精度和稳定性。
离散控制系统是另一种在热工过程中常见的控制系统，它主要通过对离散时间的采样和调节，来实现对热工过程的实时控制。
最后，随着科技的发展，一些先进的控制策略在热工过程中的应用也得到了广泛关注，例如模糊控制、神经网络控制和自适应控制等。
这些先进的控制策略可以进一步提高热工过程的控制精度和稳定性。
《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 总结完整版
A=1时称为单位斜坡函数。
A L[ At ] 2 s
0
1
t
1 L[t ] 2 拉氏变换： s 斜坡函数的一阶导数为常量A，这种函数表 示由零值开始随时间t作线性增长（恒速增长） 的信号，故斜坡函数又称为等速度函数。
CH2 自动控制系统的数学描述
2.1.4 拉氏反变换 利用拉普拉斯变换对照表,由象函数X(s)求出原函数x(t). 象函数X(s)为s的有理分式时,必须将复杂的拉普拉斯函数式 X(s)分解成若干个简单函数之和.
北京理工大学珠海学院
1.3 控制系统的静态特征和动态特征
稳态工况
平衡状态：运动中的自动调节系统，其输入信号和输出 信号都不随时间变化时。
系统的静态特性：在系统处于平衡状态时，输出信号和 引起它变化的输入信号之间的关系。 静态特性的描述： 1 ）描述系统各变量之间关系的数学 方程为代数方程； 2）在输入、输出为直角坐标图上， 用曲线来表示。 系统的静态特性表达式可以是线性方程或非线性方程。 不是所有的环节都有静态特性，比如：积分环节
北京理工大学珠海学院
系统的动态特性
系统的静止状态被破坏，系统中各变量随时间发生变化，
微分方程是表征系统动态特性的一种最基本的数学方程 , 它不仅包含变量本身,也包含这些变量的导数. 描述动态特性的两种方式：微分方程和传递函数
1.4 控制系统的分类 1.按给定值的形式分类 (1)定值控制系统: 给定值为常数 (2)程序控制系统: 给定值按预定规律变化 (3)随动控制系统: 给定值随机变化
(1)被调量：表征生产过程是否正常而需要控制的物理量。 (2)扰动：引起被控量偏离其给定值的各种原因。
(3)对象的输入和输出：被控对象的生产过程．以所有扰动
热工过程自动控制简述n
控制阀选择内容
(1)流量特性(实际上就是选线性还是对数特性， 因为抛物线特性阀通常用的很少，而蝶阀当导通 角为0-70o时近似为对数特性) ；(2)结构形式；(3) 开闭形式； (4)口径计算。
刘玉长
ZXP(ZJHP)型新系列 气动薄膜直通单座阀 ZAZN型电动双座阀
控制阀开闭(作用)形式的选择
刘玉长
第四节 如何确定控制方案
控制系统的设计就是在了解工艺要求基础 上，选择合适的控制方案、确定相应的控制装置， 以使被控量按预期自动运行。设计时主要考虑以 下几个环节： (1)被控量(输出)和操纵量(输入)的确定； (2)检测变送环节的考虑(信息的获取与变送)； (3)控制作用和控制阀的选择； (4)控制系统的工程整定和投运。
刘玉长
六、PID控制算式
在模拟控制系统中，PID控制是被广泛采用 的一种控制策略，在数字(计算机)控制系统中， PID控制仍被广泛应用。由于计算机控制是一种 采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值(数字 量)计算控制量，因此式中积分和微分项不能直 接使用，需要进行离散化处理。
刘玉长
第三节执行器
一、概述
刘玉长
常用控制规律特点及适用场合 P PI PD
(1)超前控 制，减小 动态偏差 (2)有静差 温度、液 位控制等 (对象存在 大惯性)
PID
结合P、I、 D的优点， 同时兼顾动 态与静态 高性能控制 系统与温度 控制系统等
(1)速度快 (1)存在滞 特 (2)有静差 后，控制 不及时 点 (2)无静差 适 压力、流 流量、压 用 量、液位 力及高性 场 等的控制 能液位控 合 (要求低) 制系统
p0 I0 F,l 执行 控制 介质流量 机构 (M,q) 机构 (开度) (a)框图 (b)外形(气动) 执行器的构成
《热工过程自动调节》课件
热力发电厂的自动控制系统
总结词
热力发电厂的自动控制系统是实现电厂高效 、安全运行的关键，通过自动化控制技术， 实现对电厂热力系统的实时监测和调整，提 高发电效率并降低能耗。
详细描述
热力发电厂的自动控制系统包括热工测量、 控制和保护等部分，能够实现对汽轮机、锅 炉等设备的自动化控制。通过自动化控制技 术，可以确保电厂在最佳状态下运行，提高 发电效率，同时降低能耗和减少环境污染。
总结词
液位自动调节系统用于控制和稳定设备或工艺过程中的液位高度，确保液位在设定的范 围内波动。
详细描述
液位自动调节系统通过液位传感器检测液位高度，并将液位信号转换为电信号传输给控 制器。控制器根据设定值与实际值的偏差，输出控制信号调节进料或排料的运行，以实
现对液位的自动控制。
成分自动调节系统
总结词
要点一
总结词
网络化控制技术可以实现远程监控和操作，提高热工过程 的自动化和智能化水平。
要点二
详细描述
通过网络化控制技术，可以实现远程监控和操作热工设备 ，实时获取设备的运行状态和参数，提高设备的运行效率 和安全性。
节能减排的需求驱动
总结词
随着环保意识的不断提高，节能减排成为热工过程自动 调节的重要发展方向。
02
热工过程自动调节的基本 原理
自动调节系统的组成
测量元件
用于检测被调参数，并将其转换为可处理的信号。
控制器
接收测量元件的信号，根据设定的参数值进行比较和计算，输出控制信号。
执行机构
接收控制信号，驱动调节阀等执行元件进行动作，实现对被调参数的控制。
被调对象
需要进行自动调节的设备或系统。
自动调节系统的基本特性
化学反应器的自动控制系统
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。
《热工过程自动控制技术》高职
《热工过程自动控制技术》高职随着科技的飞速发展，热工过程在各个领域的应用越来越广泛，对热工过程的控制也成为了各个行业亟需解决的问题。
为了满足高职院校对于热工过程控制技术的需求，本文将探讨《热工过程自动控制技术》这一课题。
首先，我们要明确热工过程的定义。
热工过程是指将热量传递给或从被传递热量的物体所构成的一系列过程。
例如，我们日常生活中涉及的焊接、熨烫、炒菜等，都属于热工过程。
而热工过程自动控制技术，就是利用控制理论、自动控制技术和计算机技术等手段，对热工过程进行控制和优化，使其达到预定的温度、压力、速度等参数。
那么，如何实现热工过程的自动控制呢？这就需要我们掌握一系列专业知识和技能。
首先，我们要了解热工过程的基本原理和特性，包括热量的传递规律、热工过程中的主要问题等。
其次，我们需要掌握自动控制理论和方法，包括传感器选择、信号处理、控制器设计等。
此外，我们还需要掌握计算机编程技术，包括程序设计、数据库操作等。
在实际应用中，如何实现热工过程的自动控制呢？我们可以通过以下几个步骤来实现：1.确定热工过程的性质和要求。
不同的热工过程具有不同的特点和需求，例如温度、压力、速度等。
因此，在实现自动化控制之前，我们需要先明确热工过程的性质和要求。
2.选择合适的传感器。
传感器的选择直接影响到自动化控制的质量和效果。
因此，我们需要根据热工过程的特点和要求，选择合适的传感器，以获取准确的信息。
3.对传感器信号进行处理。
传感器的信号可能存在噪声、漂移等问题，需要对信号进行预处理，以消除这些干扰因素。
4.设计自动控制算法。
根据热工过程的特点和要求，我们可以设计不同的算法来实现自动化控制，如PID控制、模糊控制、自适应控制等。
5.对控制器进行调试和优化。
根据实际需求和实际情况，我们可以对控制器进行调试和优化，以提高控制效果和稳定性。
6.对系统进行优化和调试。
在实际应用中，我们需要对整个系统进行优化和调试，以提高系统的性能和稳定性。
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
热工过程自动控制原理教学设计
热工过程自动控制原理教学设计1. 前言随着社会的不断发展，科技的不断进步，自动化技术在各行各业的应用越来越广泛。
在热工领域中，也不例外。
为了适应这种社会发展和技术进步，本文探讨了热工过程自动控制原理教学设计。
本文将从以下几个方面进行探讨：•热工过程自动控制的概念及原理•热工过程自动控制的应用场景•热工过程自动控制原理的教学设计2. 热工过程自动控制的概念及原理2.1 热工过程自动控制的概念热工过程自动控制是指通过控制系统来实现对热工过程参数的实时监控与调节，从而实现热工过程的自动化控制。
要完成这项工作，需要采用传感器、执行器等关键的控制部件。
2.2 热工过程自动控制的原理热工过程自动控制的原理基于控制系统基本原理，即控制器接收传感器测量得到的物理量信息，然后根据预设控制策略调整执行器的运动，最终实现对热工过程参数的控制。
3. 热工过程自动控制的应用场景热工过程自动控制的应用场景非常广泛，包括以下方面：•热力发电•工业锅炉•燃煤热电联产•烟气脱硫4. 热工过程自动控制原理的教学设计4.1 教学目标通过热工过程自动控制原理的教学，使学生了解热工过程自动控制的基本概念和实现原理，掌握其在实际生产中的应用场景，并能够运用所学知识分析和解决控制系统遇到的问题。
4.2 教学内容•热工过程自动控制的概念及原理；•热工过程自动控制的应用场景；•热工过程自动控制系统的组成及其作用。
4.3 教学方法•理论课讲解：在理论课讲解中，可以通过讲授基本原理来使学生了解控制系统的结构和运作方式。
•实验课实践：在实验课实践中，可以运用实际案例模拟控制系统的实际运作，使学生深入了解控制系统的组成和运作方式。
•学生讨论：学生可以通过课程的讨论、小组讨论等形式，一起探讨控制系统遇到的问题，分析问题原因，并寻找合适的解决方案。
4.4 教学评估为了评估学生的学习成果，可以采用以下方式进行：•课堂测试：在课程的中间或末尾，根据学生所学的内容，设置相应的笔试或实际操作测试，来检验学生的掌握情况；•课程设计：在课程设计中，要求学生采用所学知识，设计一个热工过程自动控制系统，并在作品中注明设计理念，组成原理，实际应用场景等；•学术研究：学生可以通过学术研究的方式，探讨相关的热工过程自动控制方面的课题，撰写论文或作品，以提高其写作及分析研究的能力。
《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
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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 )
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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。
热工自动控制
火电厂自动化四个基本内容：自动检测、自动调节、远方控制及程序控制、自动保护2.自动控制的好处：提高机组运行的安全可靠性；提高机组运行的经济性；减少运行人员，提高劳动生产率；改善劳动条件3.简单控制系统是由一个被调量、一个控制量、一个调节器、一个调节阀组成的一个闭合回路。
4.引起被调量偏离其给定值的各种原因称为扰动。
5.阶跃干扰：突然地从一个数值变化到另一个数值，而且一经加上就持续下去不再消除的干扰。
是判别系统抗干扰能力好坏的标准。
6.衰减振荡是比较理想的控制形式。
7.性能指标：静态偏差、最大动态偏差、衰减率和衰减比、控制过程时间衰减率小于0调节过程发散，系统不稳定；等于0为等幅振荡；不适用；大于0小于1为衰减振荡，是稳定的等于1是不振荡过程衰减率越大系统的稳定裕量越大。
8.衡量调节品质优劣的指标：稳定性、准确性、快速性1.有自平衡、无自平衡2.放大系数：对象的输出稳态值与输入稳态值之比。
3.时间常数：对象受到阶跃输入后，被调量达到新的稳态值的百分之62.3所需的时间T 越大，对象的惯性越大4.自平衡率：跟放大系数成反比，是指被控制量每变化一个单位所能克服的扰动量。
5.飞升速度：是指在单位阶跃扰动作用下，被调量的最大变化速度。
数值上等于放大系数除以时间常数。
1.DDZ电动单元组合仪表。
2.调节器：模拟式，数字式。
模拟式又分电动，气动，液动。
3.调节器的基本调节作用：比例（P）[无惯性、无迟延]、微分（D）【有超前调节的特点，在系统用能提高稳定性】、积分（I）【很少单独使用】4.比例带：当调节机关的位置改变百分之百时，偏差应有的改变量5.纯积分作用不考虑偏差变化速度的大小和方向，容易引起调节过程的振荡1.确定调节器正反作用的次序为：首先根据生产过程安全等原则确定调节阀的形式，测量变送单元的正反特性，然后确定被控对象的正反特性，最后确定调节器的正反作用。
2.干扰通道的放大系数越大，干扰对被调量的影响越大，即系统的动静差加大；干扰通道的时间常数越大，扰动对被调量的影响越慢，给调节提供了充足的时间，能提高控制系统的稳定性裕度，使系统的动态偏差减小。
热工过程自动控制简述共59页文档
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
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30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
59Leabharlann ▪26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
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27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
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28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
热工过程自动控制简述
11、用道德的示范来造就一个人，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
热工自动控制系统简介
0<ψ<1，
为衰减振荡过程，图1-6（b）。
ψ<0， ym1< ym3 ，为渐扩振荡过程，如图1-6（d）所示。
★要求： 衰减率ψ = 0.75～0.9
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1.5
ym1
1
0.5
PID,
ym3 ym2
P 2, I 3
1 G(s) (s 1)2
y
衰减比 ym1 : ym3 4 :1或者 10 :1
控制系统在受到干扰作用时的过渡过程
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现场中希望过渡过程曲线
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1. 稳定性
控制系统在受到干扰作用后，系统的平衡被破坏，在控制 设备的控制作用下，控制系统能恢复到一个新的平衡状态， 称为稳定的控制系统。
衰减率(比) 是其衡量指标。 随动系统（10：1）定值系统（4：1）
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§1.3.2 以过渡过程形式表征的性能指标
1．稳定性 2 ．准确性 3 ．快速性
要求： 稳定，准确，快速。
以稳定性为首要指标；三者相互联系，相互制约；评 价系统的好坏，应根据实际情况，综合考虑上三个方面
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(a)非周期过程 (b)衰减振荡过程
(c)等幅振荡过程 (d) 渐扩振荡过程
代 ， 九 十 应能力更强 控制和人工智 现 场 总 线 技 术 逐
年代至今
能等领域的交 步成熟，系统集成
叉，CIMS，管 技术
控一体化
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§1.2 过程自动控制的内容和分类
§1.2.1 自动控制系统的组成 §1.2.2 常用专业术语 §1.2.3 热工过程自动控制的内容 §1.2.4 自动控制系统的分类
热工过程自动控制课件
有 自 衡
∆h(t)
1.0 0.8 0.6
c(∞)
单 容
0.4 0.2 0.0 0 1 2 t 3 4
（3） 时间常数
当对象受到阶跃输人后，输出 被调量 被调量)达到新的稳态 当对象受到阶跃输人后，输出(被调量 达到新的稳态 值的63.2%所需的时间就是时间常数 所需的时间就是时间常数T 值的 所需的时间就是时间常数 1.2
按 结 构
给定值 控制器 执行器 变送器 被控对象 被控量
2.前馈控制系统（开环） 2.前馈控制系统（开环） 前馈控制系统
按 结 构 分 类
前馈控制 变送器 执行器 扰 动 被控对象 被控量
反馈控制
前馈控制
1）按扰动调节，只能克服某 按扰动调节， 种扰动； 种扰动； 2）无需进行稳定性分析； 无需进行稳定性分析； 3）控制作用及时。 控制作用及时。
(b) 等 幅 振 荡
在输入为阶跃函数时， 阶跃响应函数 ：在输入为阶跃函数时，系统 的输出随时间变化的过程。 的输出随时间变化的过程。
(c) 衰 减 振 荡
(d) 单 调 过 程
一、控制过程的基本形式
(a) 发 散 振 荡 (c) 衰 减 振 荡 (b) 等 幅 振 荡 (d) 单 调 过 程
（1） 放大系数
放大系数在数值上放大系数等于对象的输出稳态值与输 入稳态值之比
1.2
有 自 衡
∆h(t)
1.0 0.8 0.6
c(∞)
0.4 0.2 0.0 0 1 2 t 3 4
（2） 自平衡率
被控量每化一个单位所能克服的扰动量,ρ=0时表示没有自平 =0时表示没有自平 衡能力， 越大表示自平衡能力越强。 1.2 衡能力， ρ越大表示自平衡能力越强。
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二、过程控制系统组成
对象：被控制的装置或设备，其输出即为被控量； 检测元件及变送器：检测元件的功能是感受并测出被 控量的大小，变送器的作用则是检测元件测出的被控量 变换成控制器所需要的信号形式； 控制器：它将检测元件或变送器送来的信号与被控变 量的设定值信号进行比较得出偏差信号，根据这个偏差 信号的大小按一定的运算规律计算控制信号u，然后将 控制信号传送给执行器。 执行器：其作用是接受控制器发出的控制信号u，直 接改变操纵量q(例如电流、重油、煤气等的量)，即调整 能量或物料的平衡，使被控量回复至设定数值。
刘玉长
三、控制系统的工程表示
自动控制系统有两种表示方法，即方框图 与工艺控制流程图(或称管道仪表流程图)【需遵 循 “GB/T 2625-1981 过程检测和控制流程图用 图形符号和文字代号” 或其它行业标准】。
蒸汽
LT
PV
LC
SV 期望值 控制器 SV LCBiblioteka 控制阀 V 检测变送 LT
锅炉 实际值 B
MV
PV
给水
V
刘玉长
(a)工艺控制流程图 (b)方框图 锅炉汽包水位控制
四、过程控制系统的分类
自动控制系统有多种分类方法，可以按被 控量分类，例如温度控制系统、流量控制系统等； 也可以按控制器的控制作用来分类，例如比例控 制系统、比例积分控制系统等。 为了便于分析自动控制系统的性质，可将 控制系统按设定值形式的不同分为三类，即定值 控制系统、程序控制系统与随动控制系统 。
刘玉长
常用控制规律特点及适用场合 P PI PD
(1)超前控 制，减小 动态偏差 (2)有静差 温度、液 位控制等 (对象存在 大惯性)
PID
结合P、I、 D的优点， 同时兼顾动 态与静态 高性能控制 系统与温度 控制系统等
(1)速度快 (1)存在滞 特 (2)有静差 后，控制 不及时 点 (2)无静差 适 压力、流 流量、压 用 量、液位 力及高性 场 等的控制 能液位控 合 (要求低) 制系统
刘玉长
第二节 基本控制规律与控制器
控制器是自动控制系统的核心，它接受变 送器或转换器送来的标准信号，按预定的规律 (称控制作用或控制规律)输出标准信号，推动执 行器消除偏差，使被控参数保持在给定值附近或 按预定规律变化，实现对生产过程的自动控制。 控制器的输出信号y与输入偏差信号e(=PVSP)之间随时间变化的规律y=f(e)叫做控制器的控 制规律，也称之为控制器的特性。 不同的控制规律适应不同的生产要求。要 选用合适的控制规律，首先必须了解控制规律的 特点与适用条件，根据工艺指标的要求，结合具 体对象特性，才能做出正确的选择。 刘玉长
p0 I0 F,l 执行 控制 介质流量 机构 (M,q) 机构 (开度) (a)框图 (b)外形(气动) 执行器的构成
刘玉长
(二)执行器的分类
执行器用途广泛，种类繁多，分类方法也比较多。 一般根据其使用的能源将执行器分为气动、电动、液动 等三大类： (1)气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体，它 以压缩空气作为能源来操纵调节机构。其结构简单、动 作平稳可靠、动作行程小，输出推力较大、易于维修、 安全防爆系数高，而且价格低，但信号不适于远传。可 以采用电/气转换器或电/气阀门定位器，使传送信号为 电信号，现场操作为气动信号。 (2)电动执行器信号传递迅速，其缺点是结构复杂、安全 防爆性能差，故在化工、炼油中很少使用。 (3)液动执行器可以产生很大的推力，但是体积较大，不 适合于在化工、炼油中使用。
刘玉长
六、PID控制算式
在模拟控制系统中，PID控制是被广泛采用 的一种控制策略，在数字(计算机)控制系统中， PID控制仍被广泛应用。由于计算机控制是一种 采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值(数字 量)计算控制量，因此式中积分和微分项不能直 接使用，需要进行离散化处理。
刘玉长
第三节执行器
一、概述
比例-积分-微分(PID)控制作用
为了得到比较满意的控制质量，常将比例、 积分、微分三种控制结合起来，构成比例积分 微分(PID:Propotional-Integrate-Differential)三种 作用控制器。理想PID控制作用特性方程如下：
de(t ) 1 y K P [e(t ) TD dt TI
热工参数自动控制简述
第一节 过程控制系统的组成与分类
一、过程控制系统
自动控制：就是在没有人直接参与的情况 下，利用外加的设备或装置(控制装置)，使机器、 设备或生产过程(控制对象)的某个工作状态或参 数(被控量)按照预定的规律自动地运行。 自动控制系统(Automatic Control Systems )： 是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按 期望规律或预定程序进行的控制系统。 过程控制系统(Process Control Systems )：以 表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值 或保持在给定范围内的自动控制系统。 刘玉长
执行器接受来自控制器的控制信号，通过 其本身开度的变化，从而达到控制流量的目的。 执行器直接与介质接触，常常在恶劣的条件下 (高温与低温，高压，强腐蚀，结晶，闪蒸等)工 作，它是控制系统的薄弱环节。 执行器选用不当，会导致控制品质的下降， 调节失灵，甚至造成事故。
刘玉长
(一)执行器(阀)的构成
执行器由执行机构和控制机 构两个部分构成【有时配备有阀 门定位器、手操机构等辅助装 置】。执行机构将控制信号转换 为力F(或力矩M)和位移(l和q)，推 动控制机构动作以改变被控介质 的流量。
1 K p (1 TD s ) TI s G ( s) TD 1 1 s TI K I s K D
e(t )dt ]
0
t
实际PID控制特性(传递函数)如下：
KI、KD分别为积 分与微分常数。
刘玉长
实际PID控制阶跃响应曲线
在输入阶跃信号 后，微分作用和比例作 用同时发生，PID控制 器的输出Y突然发生大 幅度的变化，产生一个 较强的控制作用，这是 比例基础上的微分控制 作用，然后逐渐向比例 作用下降；接着又随时 间上升，这是积分作用； 直到偏差完全消失为止。