《熱工過(guò)程自動(dòng)控制技術(shù)》課件第二章(PPT 21頁(yè))

1、Ch2 自動(dòng)控制系統(tǒng)綜述熱工控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 控制器的動(dòng)態(tài)特性 單回路控制系統(tǒng)的分析與整定 復(fù)雜控制系統(tǒng) 7/18/2022重慶電力高等專科學(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第1頁(yè)，共21頁(yè)。2-1 熱工控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性1一、建立熱工控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型的目的：1.設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)和整定控制器參數(shù) 2.指導(dǎo)設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝設(shè)備 3.進(jìn)行仿真試驗(yàn)研究 4.培訓(xùn)運(yùn)行操作人員 二、影響對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的結(jié)構(gòu)性質(zhì)：1.容量系數(shù) 2.阻力 3.傳遞遲延 7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第2頁(yè)，共21頁(yè)。熱

2、工控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性2三、熱工控制對(duì)象的階躍響應(yīng)及其特點(diǎn)：(一)熱工控制對(duì)象的分類：1. 根據(jù)對(duì)象結(jié)構(gòu)分類：簡(jiǎn)單對(duì)象(單容對(duì)象)、復(fù)雜對(duì)象(多容對(duì)象)。2.根據(jù)對(duì)象是否具有自平衡能力分類：有自平衡能力的對(duì)象、無(wú)自平衡能力的對(duì)象。(二)有自平衡能力的對(duì)象：(三)無(wú)自平衡能力的對(duì)象：(四)熱工控制對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的特點(diǎn)：有遲延、有慣性、不振蕩。7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第3頁(yè)，共21頁(yè)。有自平衡能力的對(duì)象1.對(duì)象的自平衡能力： 對(duì)象受到干擾作用后，平衡狀態(tài)被破壞，無(wú)需外加任何控制作用，依靠對(duì)象本身自動(dòng)平衡的傾向，逐漸地達(dá)到新

3、的平衡狀態(tài)的性質(zhì)，稱為對(duì)象的自平衡能力。 實(shí)質(zhì)：對(duì)象輸出量變化對(duì)輸入量發(fā)生影響的結(jié)果，或者說(shuō)，對(duì)象內(nèi)部存在著負(fù)反饋。 2.特征參數(shù)：(1)自平衡率：(2)時(shí)間常數(shù)Tc (飛升速度 )：(3)遲延時(shí)間：3.特征參數(shù)變化對(duì)階躍響應(yīng)的影響：7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第4頁(yè)，共21頁(yè)。2-2 控制器的動(dòng)態(tài)特性1自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量取決于它的動(dòng)態(tài)特性，即取決于組成控制系統(tǒng)的被控對(duì)象和控制器的動(dòng)態(tài)特性。 控制器的動(dòng)態(tài)特性也稱為控制器的控制規(guī)律，是控制器的輸入信號(hào)(一般為被控量與給定值的偏差信號(hào))與輸出信號(hào)(一般代表了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的

4、位移)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。 7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第5頁(yè)，共21頁(yè)?？刂破鞯膭?dòng)態(tài)特性2一、PID控制器的基本控制作用：1比例控制作用(簡(jiǎn)稱P作用)：(1)微分方程： Kpe (2)動(dòng)作規(guī)律：根據(jù)偏差的大小進(jìn)行控制。(3) 特點(diǎn)：a.控制及時(shí)，能有效地抑制擾動(dòng)。 b.控制過(guò)程結(jié)束后有靜態(tài)偏差。2積分控制作用(簡(jiǎn)稱I作用)：(1)微分方程：7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第6頁(yè)，共21頁(yè)?？刂破鞯膭?dòng)態(tài)特性3(2)動(dòng)作規(guī)律：根據(jù)偏差的方向進(jìn)行控制。(3

5、)特點(diǎn)：a.能實(shí)現(xiàn)無(wú)差控制。 b.會(huì)造成過(guò)調(diào)，引起被控量振蕩。3微分控制作用(簡(jiǎn)稱D作用)：(1)微分方程：(2)動(dòng)作規(guī)律：根據(jù)偏差的變化趨勢(shì)進(jìn)行控制。(3)特點(diǎn)：a.具有“超前”偏差變化量的作用 。 b.過(guò)程結(jié)束后 ，故不能單獨(dú)使用。7/18/2022重慶電力高等專科學(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第7頁(yè)，共21頁(yè)?？刂破鞯膭?dòng)態(tài)特性4二、控制器的控制規(guī)律：1.比例(P)控制器(1)動(dòng)態(tài)方程：(2)傳遞函數(shù)：(3)階躍響應(yīng)曲線：(4)整定參數(shù)：比例帶：當(dāng)控制機(jī)構(gòu)的位置改變100%時(shí)，偏差應(yīng)有的改變量。 7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQI

6、NG ELECTRIC POWER COLLEGE第8頁(yè)，共21頁(yè)?？刂破鞯膭?dòng)態(tài)特性52.比例積分(PI)控制器(1)動(dòng)態(tài)方程：(2)傳遞函數(shù)：(3)階躍響應(yīng)曲線：(4)整定參數(shù)： 、Ti 。 積分時(shí)間Ti ：控制器的輸出為比例作用所造成的變化加倍所需要的時(shí)間。 7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第9頁(yè)，共21頁(yè)。控制器的動(dòng)態(tài)特性63.比例微分(PD)控制器(1)理想PD控制器： 動(dòng)態(tài)方程：傳遞函數(shù)：響應(yīng)曲線：整定參數(shù)：、Td 。(2)實(shí)際PD控制器 7/18/2022重慶電力高等專科學(xué)校 CHONGQING ELECTRI

7、C POWER COLLEGE第10頁(yè)，共21頁(yè)?？刂破鞯膭?dòng)態(tài)特性74.比例積分微分(PID)控制器(1)理想PID控制器： 動(dòng)態(tài)方程：傳遞函數(shù)：(2)實(shí)際PID控制器 動(dòng)態(tài)方程：7/18/2022重慶電力高等專科學(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第11頁(yè)，共21頁(yè)?？刂破鞯膭?dòng)態(tài)特性8傳遞函數(shù)：階躍響應(yīng)曲線：整定參數(shù)：、 Ti 、Td 。 圖2-10是同一對(duì)象分別配比例控制器、比例積分控制器、比例積分微分控制器組成的控制系統(tǒng)，在階躍擾動(dòng)作用下其被控量的變化過(guò)程曲線的比較。 綜上所述，比例控制作用是最基本的控制作用，而積分和微分作用為輔助控制作用。比例作用貫徹

8、于整個(gè)控制過(guò)程之中，積分作用則體現(xiàn)在控制過(guò)程的后期，用以消除靜態(tài)偏差，微分作用則體現(xiàn)在控制過(guò)程的初期，用以減小動(dòng)態(tài)偏差，克服遲延和慣性的影響。 7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第12頁(yè)，共21頁(yè)。2-3 單回路控制系統(tǒng)的分析與整定一、單回路控制系統(tǒng)的組成：二、對(duì)象特性對(duì)控制質(zhì)量的影響：P58三、單回路控制系統(tǒng)的整定：(一)整定方法1.響應(yīng)曲線法 ：P612.臨界比例帶法：P613.衰減曲線法：P634.試湊法：P645.經(jīng)驗(yàn)法：P65 (二)各種整定方法的比較： P657/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQI

9、NG ELECTRIC POWER COLLEGE第13頁(yè)，共21頁(yè)。單回路控制系統(tǒng)的組成由測(cè)量變送器、控制器、執(zhí)行器(包括控制閥)連同被控對(duì)象組成。(一)被控量的選擇：P56 (二)控制量的選擇：P56 (三)控制通道和擾動(dòng)通道：P56 (四)影響系統(tǒng)控制質(zhì)量的主要因素：P57 1測(cè)量元件 2變送器 3執(zhí)行器和控制機(jī)構(gòu) 7/18/2022重慶電力高等專科學(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第14頁(yè)，共21頁(yè)。2-4 復(fù)雜控制系統(tǒng)一、串級(jí)控制系統(tǒng)：二、前饋反饋控制系統(tǒng)：(一)前饋控制系統(tǒng)：(二)前饋反饋控制系統(tǒng)：三、比值控制系統(tǒng)：(一)基本概念：兩種或兩種以上

10、的物質(zhì)量保持一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)稱為比值控制系統(tǒng)。 (二)比值控制系統(tǒng)分析： 1.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)2.有邏輯規(guī)律的比值控制系統(tǒng)四、大遲延對(duì)象的控制方案：(一)補(bǔ)償純遲延的常規(guī)控制： (二)Smith預(yù)估補(bǔ)償： 7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第15頁(yè)，共21頁(yè)。串級(jí)控制系統(tǒng)(一)基本原理和結(jié)構(gòu)以汽包鍋爐過(guò)熱汽溫串級(jí)控制系統(tǒng)為例。 1.結(jié)構(gòu)框圖2.原理框圖(二)特點(diǎn)：P67 (三)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制器的選型：P67 (四)串級(jí)控制系統(tǒng)的整定： P68 7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING EL

11、ECTRIC POWER COLLEGE第16頁(yè)，共21頁(yè)。前饋控制系統(tǒng)1.工作原理：系統(tǒng)中控制器根據(jù)干擾作用的大小和方向?qū)Ρ豢亟橘|(zhì)進(jìn)行控制來(lái)補(bǔ)償干擾對(duì)被控量的影響。 2.實(shí)例： 3.特點(diǎn)：P69 4.與反饋控制的差別：P707/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第17頁(yè)，共21頁(yè)。前饋反饋控制系統(tǒng)1.工作原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： P70 2.前饋反饋控制系統(tǒng)的整定： P713.前饋反饋控制的選用原則： P71 7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第18頁(yè)，共21頁(yè)。比值控制系統(tǒng)分析7/18/2022重慶電力高等?？茖W(xué)校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE第19頁(yè)，共21頁(yè)。補(bǔ)償純遲延的常規(guī)控制1.微分先行控制方案2.中間反饋控制方案3.二方案與常規(guī)PID控制的比較 7/18/2