热工过程控制系统
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。
火力发电厂热工过程控制系统
• 记交点a、b和c
• 起点到a的距离为τ；
Y
b
• a点到c点的距离为T；
Y∞
• K = y Δμ0
τ
T
t
c
基本过程控制系统
（2）确定
G(s)
=
Ke-τs Ts + 1
参数的两点法
• 将响应曲线标幺
y* t = y(t)
y()
0
t<τ
y*
t
=
1
-
exp
-
t-τ T
tτ
Y
Y∞
• 取y*(t1)=0.39，取y*(t2)=0.63，记t1和t2
t
T = 2(t2 - t1 )
Y*
τ = 2t1 - t2
0.39 0.63
1
• 取 t3 = 0.8T + τ 验证y * (t3 ) = 0.55
t4 = 2T + τ
y * (t4 ) = 0.87
t1 t2
t
基本过程控制系统
（3）确定
G(s)
=
(T1s
Ke-τs + 1)(T2s
， + 1)
响应速度ε = Κ Τ
（2）典型非自衡对象传递函数表达式
G(s) = 1 e-τs Ts
响应速度ε = 1 T
τ
T
τ
T
K
基本过程控制系统
§1-3 过程数学模型及其建立方法
一、过程数学模型的表达形式与对模型的要求 二、建立数学模型的两个基本方法
机理建模法 测试建模法
三、阶跃响应确定传递函数
1 阶跃响应获取应注意的问题 2 确定自衡对象传递函数 3 确定非自衡对象传递函数
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.
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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
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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
热工自动控制系统的主要内容
热工自动控制系统的主要内容
1. 热工自动控制系统能精准控制温度啊！就像妈妈能精准掌握你最爱吃的菜的火候一样，比如在炼钢的时候，它能确保温度恰到好处，钢材质量杠杠的！
2. 它还可以稳定压力呢！这就像人要保持情绪稳定一样重要，在化工厂里，它让压力始终处在安全范围内，避免出大问题呀！
3. 流量控制也是热工自动控制系统的拿手好戏哟！就如同水龙头调节水流一样，在管道运输中，它能精确控制物料的流量。
比如说石油输送，那可全靠它来把关呢！
4. 它对液位的控制那也是超厉害的呀！好比给杯子倒水要控制好水位，在蓄水池中，热工自动控制系统能确保液位高度正合适。
你能想象没有它会怎样吗？
5. 热工自动控制系统还能实现自动化调节呢！就像你设定好闹钟，它就会自动响一样方便，工厂里不用人工时刻盯着就能自动运作啦，多厉害呀！
6. 它的监控功能也不容忽视啊！这就如同有一双眼睛时刻盯着，一有异常就能马上发现，比如在电站里，它时刻保障着各项参数正常呢！
7. 故障诊断也是热工自动控制系统的强项咧！就好像医生能快速找出病因，它能迅速发现系统的毛病，及时进行处理。
这可太重要了吧！
8. 而且它的适应性很强哦！不管环境多复杂，它都能应对自如，就像一个全能战士，在各种场合都能发挥作用，比如在高温高湿的环境下也能正常工作呢！
9. 热工自动控制系统真的好牛啊！在工业生产中简直就是不可或缺的存在，有了它，我们的生产才能又稳又高效！
我的观点结论：热工自动控制系统具有极其重要的作用，在各个领域都能大显身手，我们真的应该重视并好好利用它！。
热工自动控制系统1
项目一 热工控制系统 基本知识
任务三 调节器的动作规律及其 对过渡过程的影响
任务三 调节器的动作规律及其对过渡过程的影响
一、比例调节规律（ P ) 二、积分调节规律( I )
1、开环控制（前馈控制）系统
特点：1）根据扰动大小对被控 量进行调节； 2）控制作用及时，结构 简单； 3）调节效果未知，控制 精度差，只能克服单一扰动。
闭环控制(反馈控制）系统 系统中的被调量反馈到输入端作为调节器产生控制作用的依据。 只要被调量的偏差存在，控制设备就不停地向控制对象施加控制作用， 直到被调量符合要求为止。单元机组自动控制系统大多属于闭环控制 系统。 1）根据被控量与给定值的偏差进行调节，控制精度高；
3、综合自动化阶段（计算机控制阶段）：
（1）集中型计算机控制：用一台计算机实现几十甚至几百个控制回路 和若干个过程变量的控制、显示及操作、管理等。 （2）分散型计算机控制：指控制过程采用的系统是一种控制功能分散、 操作管理集中、兼顾复杂生产过程的局部自治与整体协调的新型分布 式计算机控制系统（又称分散控制系统） （3）综合自动化：是一种集控制、管理、决策为一体的全局自动化模 式 计算机控制的发展： 1、集中型计算机控制：可靠性要求高，风险高。（DDC） 2、分散型计算机控制：微机局部控制，协调困难。
自动控制系统中常用术语
1、被控量（被调量）：表征生产过程是否符合要求需要 加以控制的物理量。 2、给定值：按生产要求被控量必须维持的希望值。 3、调节量：由控制作用改变并对被调量进行调节的物理 量。 4、扰动：引起被控量偏离给定值的各种原因。 按来源分为外扰和内扰。
第一章 热工过程自动控制系统组成
图1-7 典型过渡过程曲线
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华北电力大学
North China Electric Power University
稳定程度可以用衰减率这个指标来衡量
ψ= y m1 − y m 3 y = 1 − m3 ym1 y m1
式中 :
ym 1
y m3
被控参数从新稳定值算起的第一波峰值。 被控参数从新稳定值算起的第三波峰值。
比例线性关系
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三、调 节 器 接受被调量信号和给定值比较后的偏差信号，输 出一定规律的控制指令给执行器。 1、比例调节 指调节器输出的控制作用 u（ t）与其偏差输入信号 ｅ（ｔ ）之间成比例关系，即 比例增益 u (t ) = K p e(t ) 比例调节器的传递函数：
U (s ) WP (s ) = = KP E (s )
49
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工程中，常用比例带 δ来描述其控制作用的强弱，即 1 δ= Kp 其物理意义是在调节机构的位移改变时，被调量应有的 改变量。 比例调节规律的特点： （１）动作快，调节及时、迅速； （２ ）对干扰 有很强的抑制作用；（３）调节过程结束，被调量偏 差仍存在，存在静态偏差，称为有差调节。
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五、系统评价指标 1. 静态和动态 静态：被控参数不随时间而变化的平衡状态叫静态或 稳态。 动态：被控参数随时间而变化的不平衡状态叫动态。 2. 控制系统在受到干扰作用时的过渡过程 控制的过 程就是克服干 扰的过程。一 个系统的优劣 图 １－６ 典型的过渡过程形式 ６ 典型的过渡过程形式 在稳态下难以 判别，只有在 过渡过程中才 能得以鉴别。
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。
热工过程控制系统-第三章
qv1 200
10 1200 0.81 1变为0.2MPa时
qv2 200
10 200 0.81 10 3
314 .3(m3 h )
60
3.4 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 f l
q v m ax
L
– qv /qvmax——相对流量，即调节阀某一开度的流 量与全开流量之比；
• 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) e(t)
u(t)
q(t)
y(t)
控制器
执行器
被控过程
z(t)
测量变送
8
执行器
• 过程控制领域，使用最多的执行器是调节 阀。在一些地方开始采用变频器取代调节 阀，变频器具有明显的节能效果。
• 安装在生产现场，直接与介质接触。通常 在高温、高压、高粘度、强腐蚀、易结晶、 易燃易爆、剧毒等场合下工作；
d qv d
qv max l
L
Kv
• Kv 为调节阀放大系数 • 积分得
qv qv m ax
Kv
l L
c
C 为积分常数
边界条件：l 时0 ， qv ；qv当min qv qvmax
带入边界条件，得
l 时L，
Kv
1
1 R
,c
1 ;其中R R
11
薄膜式
活塞式
12
3.1 调节阀（调节机构）结构
调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。 由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间 的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质 的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数 的目的。
热工过程自动控制简述
比例带物理意义:比例 带就是使控制器变化 全范围时，输入偏差 对应满量程的百分数。
刘玉长
三、比例积分(PI)控制规律
(一) 积分(Integrate)控制作用 积分控制作用是指控制器的输出变化量∆y 与输入偏差e的积分成正比：
∆y = K I ∫ edt 或 1 ∆y = ∫ edt TI
e t ∆y t 积分作用动态特性
因为采样周期T相对于信号变化周期来说很 小，故可用和式(矩形计算法)代替积分，以增量 (差分)代替微分，可得离散的PID表达式为
T u ( k ) = K P e( k ) + TI TD ∑ e(i) + T [e(k ) − e(k − 1)] i =1
k
k
= K P e( k ) + K I ∑ e(i ) + K D [e(k ) − e(k − 1)]
刘玉长
常用控制规律特点及适用场合 P PI PD 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 (1)超前控 特 (2)有静差 后，控制 制，减小 动态偏差 不及时 点 (2)无静差 (2)有静差 适 压力、流 流量、压 温度、液 用 量、液位 力及高性 位控制等 场 等的控制 能液位控 (对象存在 合 (要求低) 制系统 大惯性) 刘玉长
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
热工控制系统课程设计
热工控制系统课程设计简介热工控制系统是一种用来控制工业过程中温度、压力、流量等参数的自动化控制系统。
在热轧生产、化工生产、冶金生产等各个领域都有广泛的应用。
本文将介绍一个完整的热工控制系统课程设计，包括设计思路、实现方法、具体步骤等。
设计思路本次热工控制系统课程设计的任务是实现温度控制系统。
我们需要根据预设的设备参数和控制规则，设计一套能够精确控制温度的自动化控制系统。
具体思路如下：1.确定控制对象：本次设计控制对象为加热炉。
加热炉内的加热元件通过加热空气来传递热能，从而控制物体的温度。
2.确定控制规则：本次设计需要实现的控制规则是PID控制算法。
PID是一种经典的控制算法，可以通过对系统误差的比较、积分、微分来调整控制量，从而实现系统的自动控制。
3.设计控制器：为了实现PID控制算法，需要设计一个控制器。
控制器应当能够根据当前的系统状态，计算出正确的控制量，并将控制量发送给加热炉的控制电路。
4.实现控制系统：将控制器和加热炉的控制电路连接起来，并通过编程实现对控制器和加热炉的控制。
实现方法实现本次热工控制系统课程设计需要以下材料和设备：•Arduino开发板：用于编程和实现控制系统。
•温度测量传感器：用于感知物体的温度变化，并将温度数值发送给控制器。
•加热炉：控制对象。
•控制电路：用于控制加热炉的加热元件，从而实现对物体温度的控制。
•软件程序：负责实现PID控制算法，将温度数值转化为正确的控制量，并发送给控制电路。
实现步骤如下：1.根据电路图搭建控制电路。
根据加热炉内的加热元件，设计出适合的电路。
2.连接温度测量传感器。
将温度测量传感器安装在加热炉内，并将数据线连接至Arduino开发板上。
3.编写程序。
编写程序实现PID控制算法，将温度数据转化为正确的控制量，并将控制量以PWM信号的形式发送至控制电路。
4.调试与测试。
通过调试程序和控制电路，测试控制系统是否可以准确控制加热炉的温度，整个系统的反应速度是否合理。
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
热工控制系统
6．扰动：引起被调量偏离其给定值的各种原因称为扰 动。如果扰动不包括在控制回路内部(例外界负荷)，称 为外扰。如果扰动发生在控制回路内部，称为内扰。其 中，由于调节机构开度变化造成的扰动，称为基本扰动。 变更控制器的给定值的扰动称为给定值扰动有时也称控 制作用扰动。
10. 执行器：根据调节器的指令推动调节机构，改变调 节量。
11. 调节机构：接受控制作用去改变调节量变化的具体 设备。
自动控制系统分类
一、按工作原理分类 1．反馈控制系统（闭环控制系统）
工作原理是根据被调量与其给 定值之间的偏差进行调节，最后达 到减小或消除偏差，简单说就是“按 偏差调节”。为了取得偏差信号，必 须要有被调量 测量值的反馈信号， 因而将系统构成一个闭合回路，
生产过程不同，被调量应保持的希望数值也可能不同。 可分为下面三种情况。
1.定值控制系统 这种系统的给定值保持恒定，或给定值在某一很小范围
内变化。现阶段热工过程控制中广泛应用。例如锅炉汽包水 位控制系统，炉膛负压控制系统等。
2.随动控制系统 这种系统的给定值是按预先不能确定的一些随机因素而
变化(变化规律事先末知)。因而要求其被调量以一定精度跟随 给定值变化。例如，在锅炉滑压运行时，主蒸汽压力的给定 值随外界负荷而变化。随动控制系统在热工过程自动控制中 应用日益增多，特别是在参与调峰调频的大型单元机组系统 中得到广泛应用，例如，锅炉燃烧控制系统等。
3.程序控制系统 这种系统的给定值是预定的时间函数。例如，在汽轮机
的自起动过程中，预先拟定转速的给定值随时间的变化规律， 要求汽轮机的实际转速按预先拟定的这个规律变化。
电厂热工过程控制系统课程设计
电厂热工过程控制系统课程设计一、引言热电厂是电力工业中重要的组成部分，其中热工过程控制是实现高效供能与安全运行的重要手段。
为提高学生的实践能力，本次课程设计旨在让学生通过编写热电厂热工过程控制系统来了解控制原理，加深对自动化控制系统的理解和掌握。
二、课程设计内容1. 热电厂概述介绍热电厂的基本构造、工艺流程和自动控制概述，让学生了解热电厂的基本工作原理。
2. 热工过程参数通过对热电厂的热工过程参数的分析，包括进出口温度、压力、流量等，了解控制系统在热电厂内的应用。
3. 自动化控制系统介绍自动化控制系统的基本原理和组成，并讲解控制系统在热电厂中的实际应用。
学生需要掌握自动化控制系统的思想和操作流程。
4. 控制系统设计方案根据热电厂的热工过程特点和自动化控制系统的基本原理，设计控制系统的方案，并编写控制程序。
5. 参数调试和改进根据测试结果进行参数调试，了解控制系统的更多细节，随着实践的进行，对于方案的实现进行改进和完善。
三、课程设计目标通过本课程设计，学生将能够：1.了解热电厂的基本工作原理和热工过程参数；2.掌握自动化控制系统的基本原理和思想；3.设计热电厂热工过程控制系统，实现生产线的自动化；4.熟悉控制系统的参数调试和持续改进流程。
四、课程设计实施方案本课程设计的实施方案如下：1. 设计任务分析在课程开始前，让学生阅读相关资料，熟悉设计任务的基本要求，明确设计的具体目标和实施计划。
2. 设计方案讨论通过小组讨论，让学生根据热电厂的工艺流程和热工参数，制定相应的控制系统设计方案，并在讨论中改进和完善方案，确立方案实施的技术路线图。
3. 编写控制程序在设计方案讨论完成后，让学生开始编写控制程序，通过设计和实现，加深对控制系统工作原理的理解，并在实践中熟悉控制系统的操作。
4. 控制系统参数调试对编写的控制程序进行测试，并根据测试结果对参数进行调整和改进，完成控制系统的优化和完善。
5. 结果汇报和展示在完成控制系统设计任务后，让学生撰写控制系统设计报告并进行展示，让学生将设计过程和成果进行总结和分享。
串级控制系统 热工过程控制系统 教学PPT课件
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控制器正、反作用方式的选择
• 如果输入控制器的测量信号增大，控制 器是比例作用时的输出也增大，则称其 作用方式为正作用，否则为反作用。
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控制器正、反作用方式的选择
判别式法
正反作用方式确定的基本原则是保证系统成为负反馈。 副控制器按单回路方式选择: (副调节器+/-)(控制阀+/-)(副对象+/-)=(-) 控制阀：气开为正，气关为负 副对象：控制量增加，副被控量增加，为正。 • 主控制器按下式确定: • (主调节器+/-)(主对象+/-)=(-)
19
主副对象时间常数匹配
• 要避免共振效应，应是：
d1 1 或 d1 2 r2 3 r2
20
主副对象时间常数匹配
• 避免“共振效应”的条件是： d1 1 或 d1 2 r2 3 r2 即：d1 1 或 d1 2 d 2 3 d 2
• 为确保串级控制系统不受到“共振效应” ，一般取
• ωd2=(3～10)ωd1 • 根据系统的工作频率与对象的时间常数近似成反比关
系，在选择副变量时，应考虑主、副对象时间常数的 匹配关系，通常取
• T01=(3～10)T02
21
主副对象时间常数匹配
(1)当T01/T02>10时，则T02很小，副回路包括的干扰 很少，作用未发挥。
(2)当T01/T02<3时，说明T02过大，副回路的控制作 用不及时。
(3)当T01/T021时，主、副回路易出现“共振效应”。
• 此时主控制器具有PI控制作用。与通常采用
主控制器输出R2作为正反馈信号时一致。
R2
(s)
K c1
探索热工控制系统中DCS的应用与管理
探索热工控制系统中DCS的应用与管理热工控制系统是指应用于工业生产中的自动化控制系统，用于监测和控制热工过程中的各种参数，以确保生产过程的稳定和安全。
DCS（分散控制系统）作为热工控制系统中的重要组成部分，具有广泛的应用和管理价值。
本文将探讨DCS在热工控制系统中的应用与管理。
1. 控制生产过程热工控制系统中的DCS能够监测和控制生产过程中的各种参数，如温度、压力、流量等，从而实现对生产过程的精确控制。
通过实时监测和调节，DCS能够确保生产过程的稳定性和高效性，提高产品质量和产量。
2. 故障诊断和维护DCS还可以对热工设备进行故障诊断和维护管理。
一旦发现设备出现故障，DCS能够及时报警并提供详细的故障信息，帮助工作人员快速定位和解决故障，减少停机时间，提高生产效率。
3. 数据采集和分析DCS通过传感器和控制器对热工过程中的数据进行实时采集和记录，同时还能对数据进行分析和处理。
通过对生产数据的分析，可以发现潜在的问题和优化空间，为生产过程的改进提供有力的数据支持。
二、DCS在热工控制系统中的管理1. 系统维护与优化热工控制系统中的DCS需要进行定期的系统维护和优化，保证系统的稳定性和可靠性。
在系统运行过程中，要及时清理系统垃圾，更新系统软件和驱动，修复系统漏洞，以确保系统的正常运行。
2. 安全管理与风险控制DCS系统在热工控制中扮演着重要的角色，因此安全管理和风险控制至关重要。
要建立健全的安全管理制度，加强系统权限管理，对系统进行定期的安全检查和漏洞修复，加强系统的防护措施，预防系统被恶意攻击或病毒侵袭。
3. 人员培训与技术支持热工控制系统中的DCS需要配备专业的操作人员和维护人员，他们需要具备丰富的实践经验和系统操作技能。
公司需要对相关人员进行系统的培训和技能提升，提高其对系统的理解和掌握，以及故障排除和维护能力。
1. 智能化和自动化随着人工智能和物联网技术的发展，热工控制系统中的DCS将不断智能化和自动化。
(整理)热工控制系统教案
目录绪论第一篇简单控制系统--------------------------------------------------------------1 第一章控制系统概述------------------------------------------------------------------1 第一节概述---------------------------------------------------------------------------1 第二节自动控制系统分类---------------------------------------------------------- 第三节控制系统的性能指标------------------------------------------------------- 第二章控制对象的动态特性---------------------------------------------------------- 第一节概述---------------------------------------------------------------------------- 第二节单容控制对象的动态特性------------------------------------------------- 第三节多容控制对象的动态特性------------------------------------------------- 第四节对象动态特性的求取------------------------------------------------------- 第三章控制仪表及调节器的控制规律--------------------------------------------- 第一节概述---------------------------------------------------------------------------- 第二节控制仪表---------------------------------------------------------------------- 第三节调节器的控制规律---------------------------------------------------------- 第四章单回路控制系统--------------------------------------------------------------- 第一节概述----------------------------------------------------------------------------- 第二节对象特性对控制质量的影响----------------------------------------------- 第三节单回路控制系统的分析----------------------------------------------------- 第四节单回路控制系统的整定----------------------------------------------------- 第五节单回路控制系统实例--------------------------------------------------------第二篇复杂控制系统-------------------------------------------------------------第五章串级控制系统-------------------------------------------- 第一节串级控制系统的基本原理和结构---------------------------- 第二节串级控制系统的分析-------------------------------------- 第三节串级控制系统主、副回路的设计和主、副调节器的选型-------- 第四节串级控制系统的整定-------------------------------------- 第六章前馈控制系统---------------------------------------------- 第一节前馈控制系统-------------------------------------------- 第二节前馈-反馈控制系统--------------------------------------- 第七章比值控制系统---------------------------------------------- 第一节比值控制系统的分析--------------------------------------第二节比值控制系统的整定--------------------------------------第八章大迟延控制系统--------------------------------------------第一节补偿纯迟延的常规控制------------------------------------第二节预估补偿控制--------------------------------------------第九章解耦控制系统----------------------------------------------第一节概述-----------------------------------------------------------------------------第二节系统的耦合--------------------------------------------------------------------第三节解耦控制方法---------------------------------------------第三篇火电厂单元机组自动控制第十章汽包锅炉蒸汽温度自动控制系统------------------------------- 第一节引言----------------------------------------------------- 第二节串级过热汽温控制系统------------------------------------- 第三节采用导前汽温微分信号的双回路过热汽温控制系统------------- 第四节过热汽温分段控制系统------------------------------------- 第五节300MW机组过热汽温控制系统实例---------------------------- 第六节再热汽温控制系统-----------------------------------------第十一章汽包锅炉给水自动控制系统--------------------------------- 第一节引言----------------------------------------------------- 第二节给水自动控制系统----------------------------------------- 第三节给水全程控制系统----------------------------------------- 第四节 300MW机组给水全程控制系统实例----------------------------第十二章燃烧过程自动控制系统------------------------------------- 第一节引言----------------------------------------------------- 第二节燃烧控制系统--------------------------------------------- 第三节典型燃烧控制系统----------------------------------------- 第四节600MW机组燃烧控制系统实例--------------------------------第十三章单元机组协调控制系统------------------------------------ 第一节引言-----------------------------------------------------第二节主控制系统----------------------------------------------- 第三节600MW机组协调控制系统实例------------------------------绪论实现生产过程自动化对国民经济的发展有十分重大的意义。
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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 1.1过程控制定义及认识 过程控制定义所谓过程控制（Process Control ）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。
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）按给定值信号的特点来分： 定值控制系统，随动控制系统，程序控制系统 性能指标：对自动控制系统性能指标的要求主要是稳、快、准。
最大超调量σ%反映系统的相对稳定性,稳态误差ess 反映系统的准确性，调整时间ts 反映系统的快速性。
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 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。
3.1 调节阀（调节机构）结构要求观察思考调节变换显示记录调节给定值执行机构检测仪表记录仪显示器调节器控制器测量变送被控过程执行器r(t)e(t)u(t)q(t)f(t)y(t)z(t)-控制器 测量变送 被控过程 执行器 r ( t ) e ( t ) u ( t ) q ( t ) f ( t )y ( t )z ( t ) -调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。
由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数的目的。
3.1 调节阀 功能：接受控制器输出的控制信号，转换成直线位移或角位移，来改变调节阀的流通截面积。
3.1.1 调节阀的组成执行机构：执行机构是指根据控制器控制信号产生推力或位移的装置； 调节机构：调节机构是根据执行机构输出信号去改变能量或物料输送量的装置，通常指控制阀。
3.1.2 调节阀分类 根据使用能源不同气动调节阀：以压缩空气为能源，输入信号20～100kPa ，价格便宜；多用于石油、化工等易燃易爆场合。
电动调节阀：以电为能源，输入信号4～20mA DC ，价格贵；使用范围广，本质安全（本安）型也可用于易燃易爆场合。
液动调节阀：以高压液体为能源的 阀体相同、执行机构不同气动薄膜调节阀的气开、气关形式 所谓气开式，即当信号压力增加时， 阀门开大；没气时，阀门关闭气关式则相反，即信号压力增加时，阀门关小。
没气时，阀门打开气开、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。
Δp(kp) 10020 20 100 开度 开度全开全开 Δp(kp)气关阀 气开阀 全关 全关 PC 气 体3.3 气动执行机构电-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。
3.3 调节阀的流通能力调节阀是一个局部阻力可变的截流元件，通过改变阀芯的行程可以改变调节阀的阻力系数，达到控制流量的目的。
流过调节阀的流量：阀的开度、阀门前后的压差。
为了衡量不同调节阀在某些特定条件下单位时间内流过流体的体积，引入流通能力的概念。
3.9调节阀的流量特性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 快开理想流量特性曲线 1. 快开 2. 直线 3. 抛物线4. 等百分比3.31008060402020406080100(q v /q y m a x )%1234(l/L)%例题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。
第四章被控过程重点：1、自衡过程2、传递函数中的物理意义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。
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。
4.3过程特性参数的物理意义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.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。
3）滞后时间C (t)C ()t 63 .2%T滞后时间第五章 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？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 DCS5.1 双位控制max min 0(e 0),()0(e 0),()e u t u e u t u ><=⎧⎨<>=⎩或时;或时.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5.2 PID控制规律PID控制规律的表示方法基本PID控制规律二、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)3.比例微分控制规律(Proportional-Derivative Control Mode)4.比例积分微分控制规律(Three- Mode)3、比例控制规律的特点(二)比例积分控制规律积分作用的特点能消除余差积分控制器输出的控制信号和输入偏差之间没有一一对应关系。
只要有偏差，输出的控制信号就会不断变化，执行器就不断动作，直到把偏差信号消除。
慢慢来在偏差信号出现的瞬间，无控制作用，输出控制信号是由零开始积分，并随时间逐渐积累。
控制作用总是落后于偏差信号的变化。
具有较强的抗干扰能力。
2、比例积分控制规律3、积分作用的参数积分时间TI的定义：在阶跃信号输入下，积分作用的输出变化到等于比例作用的输出所经历的时间就是积分时间TI积分作用的大小与积分时间TI成反比，即积分时间越小，积分作用越强。
(三)比例微分控制规律微分作用的特点2、数字式PID运算式1)基本数字式PID运算式3、控制器参数整定3.1 整定方法整定控制器参数的方法很多，归纳起来可分为两大类，即理论计算整定法和工程整定法：理论计算整定法有对数频率特性法、根轨迹法等；工程整定法有现场试凑法、临界比例度法和衰减曲线法等。
3.2工程整定法特点工程整定不需要事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定，特点：方法简单实用；计算简便；易于工程应用。
1、现场凑试法按照先比例（P）、再积分（I）、最后微分（D）的顺序：置控制器积分时间TI=∞，微分时间TD=0，在比例度δ按经验设置的初值条件下，将系统投入运行，整定比例度δ。
求得满意的4：1过渡过程曲线。
引入积分作用（此时应将上述比例度δ加大1.2倍），将TI由大到小进行整定。
若需引入微分作用时，则将TD按经验值或按TD=（1/3～1/4）TI设置，并由小到大加入。
2、临界比例度法在闭环控制系统里，将控制器置于纯比例作用下（TI=∞ ，TD=0），从大到小逐渐改变控制器的比例度，得到等幅振荡的过渡过程。
此时的比例度称为临界比例度δk，相邻两个波峰间的时间间隔，称为临界振荡周期Tk。
据此确定控制器参数。
3、衰减曲线法先把控制器参数置成纯比例作用（TI=∞，TD=0），系统投入运行。
再把比例度δ逐渐从大调小，直到出现4：1衰减过程曲线。
此时的比例度为4：1衰减比例度δc，两个相邻波峰间的时间间隔，称为4：1衰退减振荡周期Ts。
t y(t)sT414 采样周期的选择采样周期的选择要受到多方面因素的影响，不同系统的采样周期应根据具体情况选择。
通常按照过程特性与干扰大小适当选取采样周期：对于响应快、（如流量、压力）波动大、易受干扰的过程，应选取较短的采样周期；反之，当过程响应慢（如温度、成份）、滞后较大时，则可选取较长的采样周期。
7.1串级控制系统的定义采用不止一个控制器，而且控制器间相串联，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的系统，称为串级控制系统。
7.2 串级控制系统常用术语7.7 串级控制系统方案设计7.8 串级系统副调节器选型副调节器常选择P或PI控制律原因：副回路为随动系统，其设定值变化频繁，一般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快速克服内环中的各种扰动，为加大副回路的调节能力，理想上不用加积分作用。
但实际运行中，串级系统有时会断开主回路，因而，通常需要加入积分作用。
但积分作用要求较弱以保证副回路较强的抗干扰能力。
主调节器常选择PI或PID控制律原因：主回路的任务是满足主参数的定值控制要求。
因而对于主参数为温度的串级系统，主调节器必须加入较强的积分作用（除主参数为液位的串级均匀控制系统以外）。
当主对象的调节滞后较大，而主参数变化较平缓时，可加入通常大小的微分作用。
例1 加热炉出料温度控制系统加热炉温度-温度串级控制系统加热炉温度-温度串级控制系统加热炉温度-温度串级控制系统调节过程主对象：输入信号为炉膛温度，输出信号为原料出口温度，正作用单元副对象：输入信号为燃料流量，输出信号为炉膛温度，是正作用单元调节阀的选择：气开阀，正作用副调节器：控制规律方块选正作用，调节器则是反作用主调节器：控制规律方块选正作用，调节器则是反作用如图所示的反应器温度控制系统，它通过调节进入反应器冷却水的流量来保持反应器温度的稳定。
反应器温度控制系统要求：（1）画出该系统的方块图，并说明它是什么类型的系统；（2）若反应器的温度不能过高，否则会发生事故，试确定调节阀的气开、气关型式（3）确定主调节器、副调节器的正反作用；（4）若冷水压力突然升高，试简述该控制系统的调节过程（主副回路同时）。