热工自动调节系统的分析与整定

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1、热工自动调节系统的分析与整定单回路控制系统结构图被控值Y(t)U(t)偏差值E(t)给定值R(t)测量值Z(t)控制器检测与变送仪表执行机构被控过程Q(t)被控变量-thesearethevariableswhichquantifytheperformanceorqualityofthefinalproduct,whicharealsocalledoutputvariables.调节变量-theseinputvariablesareadjusteddynamicallytokeepthecontrolledvariablesatthe

2、irset-points.ControlTerminology注意：千万别说控制变量容易搞混MathematicalModel(Eykhoff,1974)(艾克霍夫)<>“arepresentationoftheessentialaspectsofanexistingsystem(orasystemtobeconstructed)whichrepresentsknowledgeofthatsysteminausableform”Ever

3、ythingshouldbemadeassimpleaspossible,butnosimpler.--AlbertEinstein尽量简洁，然过犹不及建模的基本原则模型方程是真实过程最好的近似.Adage:“Allmodelsarewrong,butsomeareuseful.”建模过程需要折中：一方面要兼顾模型精确性和复杂性的矛盾一方面要考虑建模的代价和模型最终产生的效益Processmodelingisbothanartandascience.Creativityisrequiredtomakesimplifyingassump

4、tionsthatresultinanappropriatemodel.建模的一般步骤先验知识OK:Useit!试验设计数据模型形式精度要求模型计算模型验证NotOKRevise建模要素热工对象的动态特性及调节系统性能指标热工对象动态特性的特点（1）热工设备作为一个调节对象，它必须是一个不振荡环节。（2）一般用解析的方法很难得到动态特性的精确表达式，常用阶跃响应曲线（飞升曲线）来获得对象的动态特性。（3）一般是多输入对象，施加的扰动不同，飞升曲线也不同。因此，一般需做最主要的扰动即内部扰动下的动态特性。（4）典型的热工对象的飞升曲线有

5、两种：一是有自平衡能力的对象，二是无有自平衡能力的对象。有自平衡能力的对象延迟时间τ自平衡系数ρ=1/K=x0/y∞时间常数T传递函数:无自平衡能力的对象延迟时间τ响应时间Ta传递函数:建立热工过程属性模型的方法机理法建模根据生产过程中实际发生的变化过程，写出各种有关的平衡方程。如能量平衡方程，热平衡方程……测试法建模只用于建立输入输出模型。它是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。它的主要特点是把被研究的对象视为黑匣子，完全从外部特性上测试和描述它的动态特性，不需要深入掌握其内部机理。PID控制器当今的自动

6、控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个偏差纠正调节控制系统的响应。PID控制器的原理就是根据偏差和偏差的变化率来计算控制率的。processDifferentialIntegralProportionalSPCVMV+-EPID优点原理简单，使用方便适应性强鲁棒性强控制品质对被控对象的特性变化不大敏感比例控制(P)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。根据设备有所不同，比例带一般为2～10％(温度控制)。但是，仅仅是P控制的话，会产生下

7、面将提到的offset(稳态误差)，所以一般加上积分控制(I)，以消除稳态误差。比例控制稳态误差(Offset)比例控制中，经过一定时间后误差稳定在一定值时，此时的误差叫做稳态误差(offset)。仅用比例控制的时候，根据负载的变动及设备的固有特性不同，会出现不同的稳态误差。负载特性与控制特性曲线的交点和设定值不一致是产生稳态误差的原因。为消除稳态误差，我们设定手动复位值--manualreset值(MR)，以消除控制误差。手动复位(Manualreset)如前所述，仅用比例控制不能消除稳态误差。为此，将MR(manualreset值

8、)设为可变，则可自由整定(即调整)调节器的输出。只要手动操作输出相当于offset的量，就能与目标值一致。这就叫做手动复位(manualreset)，通常比例调节器上配有此功能。在实际的自动控制中，每次发生offset时