第一章反馈控制系统

D4 R9 R7
D8
R13 T2 +16V
D5
D3 D4连锁； R12 D3保持上低下一 定低；
D4保持下高上一 定高； T1 T2不能同时导通。
图1-1-3d MRP板 继电器、开 关及主电源 电路
220V 增温 C1 R1 降温 R2 C2
电源主开关
增温 Re2 D2 降温 D1 +16V
L1
SC2 R5 R12 R6 W3 R8 W2 R4 1 UB R9 R4 R6 W3 SC2 R2 1 R8
• 令 倍数
R12 R6 W3 K R9 R4
是比例微分控制作用的放大
R8 W2 R4 R5 Td C2 R8 R6 W3
是微分时间。若 R2
温度升高，U5 升高 高于VTU1时：
D3
D1
TU2 负饱和T2截止； VTU2 、VTU1 绝对值相等 TU1变负饱和；
D6和T1导通；
R3 W2
R5
TU1负饱和，D1 导通； C1 经W1R5D1放电，电压降低； 低于VTU1 TU1正饱和；T1截止；
增温
R13
D2 R9 D4 D5 R12
调整VTUI和VTU2可 以调整不灵敏区
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补充（也可作本节课堂练习）
V1 V2 R1 R2 Rf
C R
＋、－端：虚短 ＋端：虚地
iI - A +
V0
V1
+
A
V0
vI 0, iI 0, vI vo v1 vI v 2 vI R1 R2 Rf vo v1 v2 R1 R 2 Rf Rf Rf v 0 (v1 v1 ) R1 R1 vo (v1 v 2)
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• 积分气室
q
p
1 p q dt c
比例带调整方法： 比例带调整盘上M点的位置 逆时针→负反馈↑ → 比例带↑ 顺时针→负反馈↓ → 比例带↓ 积分时间调整方法：积分阀开大→Ti ↓ 积分阀关小→Ti ↑
' U6 '' U6
' '' (U 6 0) (U 6 0) 0 U5 R9 R12
R12 ' '' U5 (U 6 U 6 ) R9
R U 5 12 R9
R6 W3 W2 SC2 R5 UB UB 1 R8 SC2 R2 R4
粘度增大 1 逆转 10 右上左下 喷嘴被压升高 Pi 增大 框架下移 8 紧7 松 Po 增大 输出压力增大 Po使框架受力平衡 输出压力稳定
10a
粘度计：检测加热 器出口燃油粘度 控制信号
粘度降低， 要求温度升高， 要求开大调节阀， 要求调节器输出压 力升高； 调节器输出 压力升高， 阀轭2右移
轮机自动化
Marine Engineering Automation
第一章 反馈控制系统
能源与动力工程学院 毛小兵
maoxiaobing2009@163.com
反馈控制
f(t) r(t) + e(t) 控制 单元
p(t)
执行 单元
q(t)
控制 对象
y(t)
b(t) 测量 单元
e(t)——偏差信号 y(t)——被控量 p(t)——控制量 f(t)——扰动量
1 调节器
比例微分
e
T802热敏电阻
脉冲 调制
管理要点 1.面板功能 2.使用方法 3.故障检测排除 4.参数调整
3 限位开关 4过载 保护
5 三相伺 服马达
MR-Ⅱ型电动冷却水温度控制系统
MR-Ⅱ型调节器 MR-Ⅱ型调节器是电动基地式仪表，它把测量、 显示、调节等各个单元及相关附件均组装在一 个控制盒内，设置在集中控制室。
TU2负饱和，T2截止 正反馈
C1 -16V
-16V
图1-1-3c
MRD板，脉冲宽度调制电路：将连续变化的偏差信号 调制成脉冲信号，控制增加（减少）继电器断续通电
+16V U5 R1 R2
VTU1+
_
TU1 +
R6
C3 W1
正反馈
R10
TU1负饱和，T1导通
R8
D6
T1
D7 -16V +16V R11 降温
e(t)=r(t)-b(t)
第1章 反馈控制系统应用实例
本章内容：
第一节 柴油机汽缸冷却水温度自动控制系统
第二节 VAF型燃油粘度控制系统 第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统 第四节 大型油轮辅锅炉水位自动控制wk.baidu.com第五节 大型油轮辅锅炉蒸汽压力自动控制
第一节 柴油机冷却水温度控制系统
B
TU1 + R8 R12 W2
15
W3
R13
10
将实际温度与设定值 比较输出偏差信号e 温度升高，输出U15增 大，反之减小
板 ， 输 入 与 指 示 电 路
_
R9 TU2 +
T1
V/I变换
C7
G
-16V
R2 //T802 R2 UA 16V 16V R1 R2 R1 ( R2 //T802 ) ( R1 R2 ) T802
变送器测量单元
粘度计：检测加热 器出口燃油粘度
差压输入
波纹管 波纹管
差压变送器：差压信 号变成标准气压信号 （0.02－0.1MPa）
10a
弹簧
压差增大传动杆5左移 扭转轴6逆时针转动输出角位移信号
粘度计：检测加热 器出口燃油粘度
喷嘴挡板
测量单元角位移
差压变送器：差压信 号变成标准气压信号 （0.02－0.1MPa）
vI 0, iI 0, i1 i 2 i dv1 C : t 0时, ic 0; ic C dt dv1 iR vI vo RC dt dv1 vo RC dt
U A U15 U U A I3 R3 U A R3 R3 R7
常用燃油粘度控制系统： （1）VAF型燃油粘度控制系统； （2）NAKAKITA型燃油粘度控制系统； （3）VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统 （单片机控制）。
粘度计：检测加热 器出口燃油粘度
10a
1 恒定排量 的齿轮泵
粘度计：检测加热 器出口燃油粘度
燃油入口
2 毛细管
10a
正负连接管的压差表征了粘度
R10
TU1正饱和，T1截止
R8
正反馈
D6
T1
D7 -16V +16V R11 降温
温度为给定值 U5＝0 ； TU1正饱和； TU2负饱和；
T1 、T2截止。
VTU2 、VTU1 绝对值相等
D3
D1
R3
R5
W2
增温
R13
D2 R9 D4 D5 R12
_
D8 T2
VTU2 －
TU2 +
R4
C2 R7
UB 0 1 R2 SC2 0
U U 0
R8 ' U6 R8 W2 R5
W2 SC2 R5 U 1 UB R8 SC2 R2 1
' 6
'' U B 0 0 U6 R4 R6 W3
R6 W3 U UB R4
'' 6
MRK板的9是SW1，系统故 障时使M回指定位置 MRP板的10、11是F，14 指示电源。12是“手-自” 选择开关SW2。13是电源 主开关SW1。
温度表盘 0-100度 MRB板的SW2水温 实测值和给定值
MRV板的W1 调整比例带
MRD板的W1 调整脉冲宽度 7、8是MRK板 的L1和L2，指 示M的转向
TU2 +
R4
正反馈
TU2正饱和，T2导通
C1 -16V
-16V
C2
R7
－16V
图1-1-3c MRD板 _ TU1 +
R6 C3 D1 R8
Sr1 Re1 Sr2 降温 D1 D2 Re2 增温
继电器电路
R10
D6 T1 D7 -16V +16V
D3
R11
D1D2 续流二极管
D2
_ TU2 +
C2
感温元件 感温元件
主 机
给水泵
调 节 器
主 机
调 节 器
三通调节阀
三通调节阀
M
淡水入
冷却器 执行电机
M
淡水入
冷却器 执行电机
海水入
海水入
控制进口温度出口温度会随柴油 机负荷的变化而变化，当负荷大 时会出现出口温度过高
控制进口温度进口温度会随柴油 机负荷的变化而变化，当负荷大 时，进口温度会下降
图1-1-1 汽缸冷却水温度控制原理
正反馈
D6
T1
D7 -16V +16V R11 降温
温度降低， U5（负）降低； VTU2 、VTU1 TU1正饱和T1截止； 绝对值相等 TU2变为正饱和；
D3
D1
R3 W2
R5
D5和T2导通
TU2正饱和时，D2导通， C1经W1R5D2充电。
增温
R13
D2 R9 D4 D5 R12
_
VTU2－
D8 T2
14
R5 C2 R2 微分 R3 _ C3 TU1 + R6 _ C4 TU2 + R7 W1
R8 W2
R13
15 R1
R14 C1
R10
R9 R11
_ C5 TU3 + 5
加法器
温度升高，输出U15增大， U5增加；反之减小。
R4
图1-1-3b MRV板，比例微分控制电路
比例
R8 ' UD U6 R8 W2
R5
则：
U S (s) K (1 Td s)U B (s)
图1-1-3c
MRD板，脉冲宽度调制电路：将连续变化的偏差信号 调制成脉冲信号，控制增加（减少）继电器断续通电
+16V U5 R1 R2
VTU1 +
_
TU1 +
R6
C3 W1
输入正正饱和,输入负负饱和。 电压比较器概念，正反馈用以提 高速度和稳定性
返回本章
直接作用式冷却水温度控制
膨胀水柜
冷却器
泵
主 机
MR-Ⅱ型调节器是电动基地式仪表，它 把测量、显示、调节等各个单元及相关 附件均组装在一个控制盒内，设置在集 中控制室。
控制盒的组成： 1 输入与指示电路 2 比例微分控制电路 3 脉冲宽度调制电路 4 继电器和开并装置 5 主电源电路 6 稳压电源电路 2 开关组
8右移，D室 压力增大
气源
0.4－0.6MPa 关闭13开大14， F 压力升高
反馈，新 的平衡
B压力升高
减压阀 膜片10带阀座 12右移 差压变送器：差压信 号变成标准气压信号 （0.02－0.1MPa）
0.14MPa
粘度降低， 调节器输出压力 （信号）升高， 反作用式调节器
气动调节阀
粘度降低， 调节器输出压力 （信号）减小， 正作用式调节器
R3
手动
R4
L2
F1
F2
SW1
Sr2
D1
C1
+16V
Re1
Sr1
－16V 手动 自动
SW2
0V
-16V
第二节 VAF型燃油粘度控制系统
船舶柴油机，尤其是主机，通常燃用重油。重油的粘度较大，为便于 燃油的输送和雾化，必须控制柴油机燃油的粘度，使其粘度值维持在设 定范围内或保持在最佳粘度值。 一种燃油的粘度与温度有一一对应的关系，燃油的粘度随温度增加而 下降。可以调节燃油的加热程度改变粘度。 不同品质的燃油，在相同温度下的粘度差别很大，所以不进行温度控 制而直接进行粘度控制。
控制盒的组成：
图1-1-4
1. MRB板，输入与指示电路 2. MRV板，比例微分控制电路 3. MRD板，脉冲宽度调制电路 4. MRK板，继电器和开并装置 5. MRP板，主电源电路
6. MRS板，稳压电源电路
返回本节
图1-1-4
MRB板的W1 整定给定值 MRV板的W2 整定微分时间 MRD板的W2整定TU1 和TU2的不灵敏区
_
VTU2－
D8 T2
TU2 +
R4
正反馈
TU2负饱和，T2截止
C1 -16V
-16V
C2
R7
图1-1-3c
MRD板，脉冲宽度调制电路：将连续变化的偏差信号 调制成脉冲信号，控制增加（减少）继电器断续通电
+16V U5 R1 R2
VTU1+
_
TU1 +
R6
C3 W1
TU1正饱和，T1截止
R10
R8
10a 反作用式调节器，气关式调节阀 正作用式调节器，气开式调节阀
活塞16下降、阀芯17关小， 减少进入加热器的蒸汽
气关式调节阀 没有气源时自重使阀芯 关闭； 在没有输入信号时，使 阀芯17处于开启状态； 控制信号增大使阀门关 小。 图1-2-6 带有阀门定位器的 活塞式调节阀结构原理图
系统工作原理 方框图
粘度计：检测加热 器出口燃油粘度
记录仪 气动调节器： 实现比例积分 控制
课外作业： 1 应用学过的知识 设计电控系统
9DE调零阀
平衡阀
差压变送器：差压信 号变成标准气压信号 （0.02－0.1MPa）
气动调节阀
10a 过滤减压阀
燃油滤器
注意顺序
燃油加热器
气动功率放大器
调压阀 旋钮
红指针
黑指针
反馈波纹管 积分室 积分阀 压力表
UB 0 U R8 R6 R8
U15 R7 (U B U A ) R3
G(s) K
1 Ts 1
T R0C6
+16V
T802
+16V
热敏电阻具有负的温度系数
R7 R3 _ C1 C2
图
1-1-3a MRB
R1
R2
R4
C4
差动输入放大器
A
W1 R5
给定值
SW1
R6
+16V R10 R11 SW2