熱工自控復(fù)習(xí)題

1、熱工過程自動控制原理被控對象：被控制的生產(chǎn)過程或設(shè)備稱為被控對象。被調(diào)量（被控參數(shù)）：表征生產(chǎn)過程是否符合規(guī)定工況的物理量被稱為物理量或被調(diào)量或被控參數(shù)。擾動：引起被調(diào)量變化的各種原因都稱為擾動。控制量（或調(diào)節(jié)量）：控制被調(diào)量變化的物理量稱控制量（或調(diào)節(jié)量）?？刂凭褪窍龜_動的影響，使被調(diào)量恢復(fù)到給定值的過程。操作人員通過改變加熱蒸汽流量Q1（通過手動改變蒸汽流量調(diào)節(jié)閥V的開度實現(xiàn)），消除各種擾動（主要是外界負(fù)荷即用戶的用水量）的影響，使加熱器出口溫度等于給定溫度0。操作人員的控制策略是：首先觀測加熱器出口溫度，確定出口溫度與給定溫度0的偏差方向（是0，還是0 ）和大小，決定是關(guān)小或開大蒸汽流

2、量調(diào)節(jié)閥V，以及應(yīng)如何關(guān)小或開大蒸汽流量調(diào)節(jié)閥V，直到使出口溫度等于給定溫度0。在這里，決定控制作用的是被調(diào)量與給定值0的偏差，所以是按偏差（方向、大?。﹣砜刂频摹Ｆ睿ㄆ睿?Q0（設(shè)定）-Q（實際）反饋控制：從被控對象獲得信息，經(jīng)過判斷、分析，確定控制作用又饋送到被控對象，這種方式成為反饋控制。從信息傳輸?shù)倪^程看，它們構(gòu)成了一個閉合回路，或形成一個閉環(huán)，所以又稱閉環(huán)控制。為什么負(fù)反饋是反饋控制系統(tǒng)可以使用的必要條件而不是充分條件：反饋控制的目的是消除被調(diào)量與給定值的偏差，所以控制作用的正確方向應(yīng)該是：被調(diào)量高于給定值時也就是偏差為負(fù)時控制作用應(yīng)向減小方向，當(dāng)被調(diào)量低于給定值時也就是偏差為正

3、時控制作用應(yīng)向加大方向，因此控制作用的方向與被調(diào)量的變化相反，也就是反饋作用的方向應(yīng)該是負(fù)反饋，負(fù)反饋是反饋控制系統(tǒng)能夠完成控制任務(wù)的必要條件?？刂七^程或調(diào)節(jié)過程：從擾動產(chǎn)生（如用水量增加），使被調(diào)量變化（出口水溫度降低），操作人員改變調(diào)節(jié)機關(guān)（開大調(diào)節(jié)閥開度）增加蒸汽流量Q1使被調(diào)量最終又回到給定值（=0）有一個過程，這個過程稱為控制過程或調(diào)節(jié)過程。動態(tài)偏差：在控制過程中，被調(diào)量會暫時偏離給定值，這個偏差稱為動態(tài)偏差；而且調(diào)節(jié)過程總要經(jīng)歷一定的時間，這個時間稱為過渡過程時間。組成自動控制系統(tǒng)所需的設(shè)備主要包括：（1）測量單元（2）給定單元（3）調(diào)節(jié)單元（4）執(zhí)行器判斷自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程好壞

4、的標(biāo)準(zhǔn)（質(zhì)量的好壞）：1穩(wěn)定性 2準(zhǔn)確性，越小越好 3過渡過程時間越小越好，快速性。自動控制理論研究的問題主要有兩個：系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合建立數(shù)學(xué)模型：要解決系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合這兩個問題，都離不開對表征系統(tǒng)運動的所有參數(shù)變量及它們之間關(guān)系的充分了解，并用數(shù)學(xué)形式進(jìn)行描述。這就是常說的必須建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。建立數(shù)學(xué)模型是控制原理的基礎(chǔ)。穩(wěn)態(tài)模型或靜態(tài)模型：系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下，即輸入u或輸出y各階導(dǎo)數(shù)都為零（或t）時，系統(tǒng)的輸出y和輸入u的關(guān)系稱系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型或靜態(tài)模型，又可稱穩(wěn)態(tài)特性或靜態(tài)特性。動態(tài)模型：系統(tǒng)在動態(tài)過程中輸出y與輸入u關(guān)系的數(shù)學(xué)描述就是系統(tǒng)的動態(tài)模型（或動態(tài)特性）。控制理論中常用傳

5、遞函數(shù)描述系統(tǒng)的輸出-輸入關(guān)系，其定義為：在零值初始條件下系統(tǒng)輸出和輸入拉普拉斯變換之比，寫成：G（s）= Ly（t）= Y (s) L(t) U (s) （問答寫，填空不用寫公式） 式中L拉普拉斯變換算子。傳遞函數(shù)作用：傳遞函數(shù)是描述線性定常系統(tǒng)在初始條件為零時系統(tǒng)的輸出輸入的關(guān)系，是線性控制系統(tǒng)理論最常用的表達(dá)系統(tǒng)端部特性的方法。單位脈沖函數(shù) 單位脈沖函數(shù)(t)輸入下系統(tǒng)的輸出單位脈沖響應(yīng)g（t） 單位脈沖函數(shù)(t)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：(t)=0 t=0 t=0 而且0(t)dt=1單位脈沖函數(shù)(t)可用圖a表示，其近似矩形脈沖可用圖b表示單位脈沖函數(shù)的拉普拉斯變換為1，所以在(t)輸入下，輸

6、出y（t）為： y(t)=L-1G(s)=g(t) 式中L-1反拉普拉斯變換算子。單位階躍函數(shù) 單位階躍函數(shù)1（t）輸入下系統(tǒng)的輸出單位階躍響應(yīng)h（t）單位階躍函數(shù)可以用下圖表示，起數(shù)學(xué)表達(dá)式為：1(t)=0 t01 t0 單位階躍函數(shù)1（t）的拉普拉斯變換為，所以輸出響應(yīng)y（t）為：y（t）=L-1G(s) =h(t)自動控制系統(tǒng)主要由被控對象和自動調(diào)節(jié)器組成。設(shè)計和研究自動控制系統(tǒng)包括的主要內(nèi)容：選擇好被控對象和控制作用，采用分析法、試驗法給被控對象建模，擬定控制系統(tǒng)，選擇控制規(guī)律，確定調(diào)節(jié)器參數(shù)，對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，投入運行，根據(jù)投運結(jié)果進(jìn)行修正，直到能圓滿完成控制任務(wù)。什么是熱工對象（

7、熱工對象動態(tài)特性）：被控對象的動態(tài)特性是指對象在輸入擾動（調(diào)節(jié)作用和外部擾動）發(fā)生變化時，其輸出（被調(diào)量或被控量）歲時間的變換規(guī)律，實際行就是要建立p53圖中的只有一個被調(diào)量y的G0（s），G01（s），G0n（s）的表達(dá)式。有自平衡能力：所謂對象有自平衡能力，就是指在階躍輸入擾動下，不需要經(jīng)過外加調(diào)節(jié)作用，被調(diào)節(jié)對象的被調(diào)量經(jīng)過一段時間后能自己穩(wěn)定在一個新的平衡狀態(tài)。自動調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)作用及其特點：生產(chǎn)過程自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中應(yīng)用的自動調(diào)節(jié)器，酒氣動態(tài)特性而言都是比例、積分、和微分三中基本調(diào)節(jié)作用的組合常用的是電動PID調(diào)節(jié)器1比例調(diào)節(jié)器（P調(diào)節(jié)）輸出表達(dá)式=Kp 式中：Kp比例系數(shù)、比例常數(shù)、

8、比例放大系數(shù)，輸入信號比例調(diào)節(jié)器的特點：有差調(diào)節(jié)，是最常用的調(diào)節(jié)器，也是最基本的調(diào)節(jié)器 優(yōu)點：調(diào)節(jié)作用強 缺點：有靜差 解決辦法：手動再調(diào)設(shè)定值，如圖2積分調(diào)節(jié)器（I調(diào)節(jié)） 特點：無差調(diào)節(jié) 輸出表達(dá)式=dt 式中 積分時間隨著時間的推移，積分調(diào)節(jié)器可以逐漸的把偏差值調(diào)節(jié)到設(shè)定值上，它不能單獨使用，應(yīng)用只有積分作用的調(diào)節(jié)器時容易造成造成調(diào)節(jié)動作過頭而引起調(diào)節(jié)過程的反復(fù)振蕩，3 微分調(diào)節(jié)器（D調(diào)節(jié)） 輸出表達(dá)式=Tp 式中 Tp 微分時間 偏差變化率導(dǎo)數(shù)是函數(shù)的變化率 導(dǎo)數(shù)值越大，說明它的變化率越大；導(dǎo)數(shù)值越小，說明它的變化率越小。在擾動比較頻繁的場合，多采用微分調(diào)節(jié)器，超前調(diào)節(jié)，在比例調(diào)節(jié)和積分

9、調(diào)節(jié)還沒有動作時，微分調(diào)節(jié)器能及時、有效克服偏差，有效克服干擾。 從上面的三種基本調(diào)節(jié)作用中可以看出：比例調(diào)節(jié)作用是自動調(diào)節(jié)器中的主要成分，只有比例作用的調(diào)節(jié)器也可以執(zhí)行調(diào)節(jié)任務(wù)；積分調(diào)節(jié)作用只能在少數(shù)情況下可以單獨應(yīng)用，在一般情況下積分調(diào)節(jié)作用和微分調(diào)節(jié)作用是自動調(diào)節(jié)器的輔助成分，利用它們的動態(tài)應(yīng)用特點改善自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能。因此工業(yè)上應(yīng)用的自動調(diào)節(jié)器就其動態(tài)特性分類，主要有（1）比例作用調(diào)節(jié)器，（2）積分作用調(diào)節(jié)器，（3）比例加積分作用調(diào)節(jié)器，（4）比例加微分作用調(diào)節(jié)器，（5）比例加積分加微分作用調(diào)節(jié)器。工業(yè)調(diào)節(jié)器的動態(tài)特性： PID調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如圖a和 圖b所示 其中圖a為 階躍信號圖（理想調(diào)節(jié)圖）圖 b 階跌信號圖（實際調(diào)節(jié)圖）？控制系統(tǒng)的參數(shù)整定或系統(tǒng)整定：如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已定，調(diào)節(jié)器的動作規(guī)律也已確定，如何改