自動(dòng)調(diào)節(jié)-4綜述教學(xué)課件

1、 5.功能框圖 上述8個(gè)術(shù)語，8個(gè)符號(hào) 反饋 廣義調(diào)節(jié)對(duì)象 設(shè)定值g 被調(diào)量a + - 調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器被調(diào)對(duì)象 傳感變送器 p q 干擾量f 測(cè)得量z 二.基本形式 1.開環(huán)與閉環(huán)形式 （前饋調(diào)節(jié)與反饋調(diào)節(jié)優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)） 2. 定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 程序調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 三.術(shù)語 1.被調(diào)對(duì)象？ 2.被調(diào)量？ 3.設(shè)定值？ 4.擾動(dòng)量？ 5.偏差？ 6.操作量？ 7.系統(tǒng)反饋量？ 8.調(diào)節(jié)量？ 四.性能指標(biāo) 1.過渡過程 所謂過渡過程就是調(diào)節(jié)系統(tǒng)在受任何輸入 激勵(lì)后被調(diào)量偏離設(shè)定值，調(diào)節(jié)作用使調(diào) 節(jié)系統(tǒng)重新恢復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過程。 一般有四種。 我們用階躍響應(yīng)來研究，現(xiàn)給出一個(gè)階躍信號(hào)。

2、x 0 t 過渡過程的幾種形式 發(fā)散振蕩，應(yīng)注意防止等幅振蕩，可適當(dāng)運(yùn)用 衰減振蕩，最好方式單調(diào)振蕩，慢而不用 0 y t 1 0 y t 2 0 y t 4 0 y t 3 2.性能方面 1.穩(wěn)定性 能夠恢復(fù)到原先的平衡狀 態(tài)的性能，能力越強(qiáng)，則 穩(wěn)定性越強(qiáng)。 2.快速性 指系統(tǒng)在受到外擾信號(hào)能 很快地恢復(fù)到穩(wěn)定或達(dá)到 新的平衡狀態(tài)的能力。 3.準(zhǔn)確性 在動(dòng)態(tài)過程中或還是動(dòng)態(tài) 過程后，被調(diào)量與設(shè)定值 的差值越小，則準(zhǔn)確性強(qiáng)。 3.性能指標(biāo) 百分比超調(diào)量:p=ymax-y()/y( ) 100% 衰減率或衰減速比n:=1，單調(diào)過程系統(tǒng)很穩(wěn) 定；=0，沒有衰減，等幅振蕩； 0,為發(fā)散振 蕩，不穩(wěn)

3、定；當(dāng)0 1時(shí)，為衰減振蕩，系統(tǒng)穩(wěn) 定。一般希望 =0.75，即n=4:1。 調(diào)節(jié)時(shí)間ts:指過渡過程開始到行一次進(jìn)入終值的 5范圍內(nèi)的量間。 最大動(dòng)態(tài)偏差：往往指第一波峰的幅值 靜差：被調(diào)量新的穩(wěn)定值與新的設(shè)定值之間的 差值。 第十一講 調(diào)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的特性 （1）概念 多輸入單輸出對(duì)象 輸入信號(hào)不只一個(gè)時(shí)，其中一個(gè)是與調(diào)節(jié)器的輸出有關(guān)的 信號(hào)，它起調(diào)節(jié)作用，也稱之為操作量。我們習(xí)慣上把輸 入 和輸出之間的信號(hào)聯(lián)系稱為通道。調(diào)節(jié)作用至輸出信 號(hào)之間的聯(lián)系稱為“調(diào)節(jié)通道”，干擾作用至輸出信號(hào)之 間的聯(lián)系稱為“干擾通道”。 一.調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 f1 廣義調(diào)節(jié)對(duì)象 x f x f2 幾個(gè)概念

4、多輸入多輸出對(duì)象 自衡能力 當(dāng)對(duì)象在階躍信號(hào)作用下，平衡狀態(tài)被破壞，不 需要操作人員或儀表的干預(yù)，高廁依靠自身可得 新恢復(fù)平衡的能力。若能力越強(qiáng)，則自衡能力強(qiáng)。 容量及容量系數(shù) 被調(diào)對(duì)象都具有一定儲(chǔ)存物質(zhì)或能量的能力，對(duì) 象儲(chǔ)存能力的大小，稱為容量。對(duì)象容量的大小 常用容量系數(shù)來表示，容量系數(shù)的物理意義是旨 起被調(diào)量單位變化時(shí)對(duì)象儲(chǔ)存量的變化 量。 放大系數(shù) 指對(duì)象輸出量的變化新穩(wěn)定值與輸入增量之比。 滯后與容量滯后 純滯后指對(duì)象被調(diào)量的變化在輸入量變化發(fā)生后 的一段時(shí)間才開始。 容量滯后一般指多容對(duì)象中部分容量變化的不同 步所致。 h t 時(shí)間常數(shù) 指對(duì)象在階躍擾動(dòng)信號(hào)作用下，被調(diào) 量以最大

5、速度變化到新穩(wěn)態(tài)值所需的 時(shí)間。時(shí)間常數(shù)大，慣性也大，反之 則小。時(shí)間常數(shù)是由容量與阻力決定 的動(dòng)態(tài)參數(shù)。 多容對(duì)象 (2)動(dòng)態(tài)特性 1.有自衡能力對(duì)象的特性 溫度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 ca a ffa a f fca a K dt d T K dt d T K dt d T 00 11 )( 程式為：調(diào)節(jié)通道的增量微分方 程式為：干擾通道的增量微分方 一般微分方程式為： 濕度對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 )(1 1fca a ddKd dt dd T 2.有自衡能力又有純滯后對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 3.無自衡能力對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 h=（1/Ta ）t 4.多容對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性 )1 1 0 1 T t eK （ h= 0

6、(t) (t) （3）.對(duì)象的特點(diǎn) 書本Page100 不振蕩時(shí)， 有遲延時(shí)， 對(duì)象穩(wěn)定時(shí)，對(duì)于單容對(duì)象，多容 對(duì)象則 對(duì)象的調(diào)節(jié)的難易程度和閥門的開度關(guān) 系。 二.調(diào)節(jié)器的特性 調(diào)節(jié)器的作用是把測(cè)得 量與設(shè)定值進(jìn)行比較， 得出一定的偏差，根據(jù) 一定的調(diào)節(jié)規(guī)律產(chǎn)生輸 出信號(hào)，推動(dòng)執(zhí)行器工 作 ，使 被調(diào)量等 于設(shè) 定值或穩(wěn)定 在設(shè)定值 符近。 調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的作用 叫調(diào)節(jié)作用。 調(diào)節(jié)器輸出與輸入信號(hào) 的變化而變化 的規(guī)律 稱調(diào)節(jié)規(guī)律，也稱調(diào)節(jié) 器的特性。 規(guī)律有（比例、比例積 分、比例微分、比例積 分微分及位式、時(shí)間比 例等。 1.兩位式調(diào)節(jié)規(guī)律 2.三位式調(diào)節(jié)規(guī)律 存在吊滯區(qū)，一方面功能模糊

7、，另一面提高了觸點(diǎn)的使用壽命。 ？如何實(shí)現(xiàn)。 P 0 e P 0 P 0 P 0 3.比例調(diào)節(jié)規(guī)律（P） 方程式為PP=Kce 調(diào)節(jié)作用以偏差的存在為前提，一旦存 在偏差，被調(diào)量不可能再恢復(fù)到設(shè)定值。 比例帶 ，它不但能表示比例作用的強(qiáng)弱， 也能表示作用存在的范圍。 %100)/ ) minmaxminmax YY P XX e （ 若=40，表示偏差在全量程40范圍內(nèi) 有比例特性，在這個(gè)40之外，調(diào)節(jié)閥處于全 開全關(guān)狀態(tài)。 若=200，表示偏差100變 化時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出只變化了50。 4.比例積分調(diào)節(jié)（PI） 對(duì)積分調(diào)節(jié)器，能把偏差累加消除，積分時(shí) 間越大，積分速度越慢，積分作用越弱，反

8、之亦然。 PI調(diào)節(jié)，先按比例作階躍變化，然后按積分 作用線性增加。 P t0 ) 1 ( edt T eKP I c 5.比例微分作用（PD） 微分作用的輸出與偏 差變化的速度成正比，具有超前作用。微分時(shí)間越 長(zhǎng)，或偏差變化的速度越大，則微分作用越強(qiáng)。實(shí)際上有所不同。 實(shí)際的比例微分作用是在階躍信號(hào)輸入時(shí)，調(diào)節(jié)器 輸出一個(gè)有限值，而后微分作用逐漸下降，最后僅 保留比例作用的部分。 )exp() 1(t T K KeP D D DD P t0 P t0 1 2 P t0 3 dt de TP DD )exp() 1(t T K KeeKP D D DcPD 6.比例積分微分作用（PID） 有偏差

9、信號(hào)時(shí)，首先是微分作用，其次是比例作用 產(chǎn)生輸出，迅速 作出反應(yīng)，還有偏差的話，積分 作用與量俱增，直到偏差消除為止。 上述三者配合得當(dāng)，能夠達(dá)到快速敏捷、平穩(wěn) 準(zhǔn)確之理想指標(biāo) P t0 t T K D I cPID D D eKeedt T eKP) 1( 1 實(shí) 三.執(zhí)行器的特性 1.種類： 2.執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成，若執(zhí) 行機(jī)構(gòu)的T與對(duì)象的時(shí)間常數(shù)相比較小時(shí)， 可視為一個(gè)比例環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為調(diào)節(jié)閥 時(shí)，則可易推得流量與其閥門開度的關(guān)系。 一般，若選擇直線特性，也是一個(gè)比例環(huán) 節(jié)。 四.傳感器和變送器的特性 1.傳感器為單容量元件時(shí)，為一階慣性環(huán)節(jié)； 若為多容元件，可使為帶有容量

10、滯后的一 階慣性環(huán)節(jié)。若其時(shí)間常數(shù)比較小時(shí)，可 視之為一個(gè)比例環(huán)節(jié)。 2.變送器，一般為比例環(huán)節(jié)。 3.傳感器加變送器（熱工測(cè)量?jī)x表），可簡(jiǎn) 化為比例環(huán)節(jié)。 五.調(diào)節(jié)器 1.能自動(dòng)、半自動(dòng)的機(jī)械裝置 2.各式各樣的電子芯片 3.E3000系列儀表 美國江森公司生產(chǎn)，系列完整、功能齊全、空調(diào)自 控專用。 4.W（s)ZT、WSZ-2A型組裝儀表，由中國建筑科 學(xué)院空調(diào)研究所研制。前者是可以實(shí)現(xiàn)兩路變送調(diào) 節(jié) 的溫、濕度調(diào)節(jié)指示儀。后者可實(shí)現(xiàn)48路的溫、 濕度變送調(diào)節(jié)，8路參數(shù)的數(shù)字顯示功能。 六.執(zhí)行器 （1）電動(dòng)執(zhí)行器 1.電磁閥 2.電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 3.電動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門 （2）氣動(dòng)執(zhí)行器 （3）閥門

11、定位器 （4 ）電氣轉(zhuǎn)換器 （5）電壓調(diào)節(jié)裝置 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 2.1.工作原理圖 伺服放大器伺服電機(jī) 減速器 閥桿位移 位置發(fā)送器 電動(dòng)操作器 P 2.2.正作用與反作用 2.3.直通雙座閥（正裝與反裝）、單座閥和 三通閥。 2.4 P 0 10 2.5直通調(diào)節(jié)閥的流量特性 參考書本124-129頁 直線特性對(duì)數(shù)特性快開特性拋物線特性 均為理想特性 q 1 3 4 1 2 2 34 2.6 閥門工作特性 參考書本P126-127 1.室外溫度補(bǔ)償調(diào)節(jié)器 夏季式?jīng)r：室溫設(shè)定值隨室外溫度上升而升高， Ks=0.687。 冬季工況：室溫設(shè)定值將自動(dòng)在按一定比例隨著 室外溫度的降低而適當(dāng)提高，Kw=10

12、。 ?優(yōu)點(diǎn)： g 0 2B 2A a K Ks Kw g0 gmax 2.焓值調(diào)節(jié)器 可根據(jù)新風(fēng)與回風(fēng)比較，決定采用新風(fēng)量，充分 利用新風(fēng)的自然能量，以最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。 輸入電橋 最小信號(hào) 選擇 輸出電路 010VDC 輸入電橋 作業(yè)3 P183。 26、30 補(bǔ)充5：自己設(shè)計(jì)一個(gè)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，指出 其組成，給出已講過的各種術(shù)語。 補(bǔ)充6：你是如何考慮空調(diào)系統(tǒng)的自動(dòng)控制 系統(tǒng)的？ 第十二講 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與整定 一.單回路反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 確定調(diào)節(jié)目標(biāo) 確定被調(diào)量 確定操作量 l 確定調(diào)節(jié)規(guī)律和相應(yīng)的調(diào)節(jié)器 此外，再選擇合適的執(zhí)行器、傳感器和變送器。 設(shè)計(jì)和整定的關(guān)系：設(shè)計(jì)不合理，僅憑調(diào)

13、節(jié)器參 數(shù)的整定，是不可能獲得較好的調(diào)節(jié)質(zhì)量的。若調(diào) 節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)得很好，但調(diào)節(jié)器參數(shù)整定不合理，也 不能使系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。 二.對(duì)象對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響 （1）.干擾通道 時(shí)間常數(shù)愈在或個(gè)數(shù)增多時(shí)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)愈慢，愈好。 容量滯后越大，則干擾越平緩，對(duì)系統(tǒng)克服干擾越有 利，越好。 純滯后，不影響調(diào)節(jié)質(zhì)量 進(jìn)入系統(tǒng)位置越靠近調(diào)節(jié)閥，越易提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。 （2）.調(diào)節(jié)通道 滯后應(yīng)盡量小，能及時(shí)調(diào)節(jié)或及時(shí)發(fā)現(xiàn)。 時(shí)間常數(shù)小，對(duì)象動(dòng)態(tài)特性快，調(diào)節(jié)及時(shí)，有利于克 服擾動(dòng)的影響。但不易過小。 ？ 三.基本調(diào)節(jié)規(guī)律對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響 1.比例調(diào)節(jié)作用對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響 比例帶由大減小時(shí)，超調(diào)量增大，殘余偏差減小，

14、衰減比減小，最大偏 差減小，放大系數(shù)變大。系 統(tǒng)穩(wěn)定性降低，準(zhǔn)確性提高。（P137圖14-9） 2.比例積分作用對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響 它一方面保持了比例調(diào)節(jié)動(dòng)作迅速和穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)， 同時(shí)加了積分作用而能消除靜差。積分時(shí)間由大 到小變化時(shí)，積分作用由弱到強(qiáng)，殘差消除快， 若太小而穩(wěn)定性能弱。 3.比例微分作用對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響 使系統(tǒng)的過渡過程的振蕩強(qiáng)度降低，限穩(wěn)定性 提高。能減小殘余偏差，而不能消除。 4.PID作用對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的影響 可以避免過分振蕩，又能得到無差調(diào)節(jié)，且能 在調(diào)節(jié)過程中加強(qiáng)了預(yù)先的調(diào)節(jié)作用，克服對(duì) 象的容量遲延和慣性對(duì)調(diào)節(jié)質(zhì)量的不利影響， 縮短了調(diào)節(jié)，減小了超調(diào)量。對(duì)于對(duì)象遲延很 大

15、，負(fù)荷變化很大的系統(tǒng)，也無能為力。 5.雙位調(diào)節(jié)的影響 偏差不消除而作振蕩，存在呆滯區(qū)后，使得振 蕩頻率減小，對(duì)調(diào)節(jié)精度不利。對(duì)于復(fù)雜對(duì)象， 可采用三位調(diào)節(jié)或時(shí)間比例調(diào)節(jié)規(guī)律。 三.調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 1.選擇原則 根據(jù)廣義對(duì)象選擇性、負(fù)荷變化狀況、主 要干擾和控制品質(zhì)的要求，同時(shí)替代考慮 系統(tǒng)的以濟(jì)性、投入運(yùn)行方便和維護(hù)工作 量小等因素。 2.據(jù)對(duì)象特性參數(shù)的純滯后與時(shí)間常數(shù)的比 X而定 X 0.2時(shí)，雙位，P、PI 0.2X1.0時(shí)，復(fù)雜的調(diào)節(jié)（采樣控制） 3.根據(jù)廣義對(duì)象特性和調(diào)節(jié)質(zhì)量要求而定 當(dāng)廣義調(diào)節(jié)對(duì)象調(diào)節(jié)通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變 化較小，工藝要求不高時(shí)，選用P調(diào)節(jié)； 當(dāng)廣義調(diào)節(jié)對(duì)象調(diào)

16、節(jié)通道時(shí)間常數(shù)較小，負(fù)荷變 化較小，工藝要求無殘差，選用PI調(diào)節(jié)； 當(dāng)廣義調(diào)節(jié)對(duì)象調(diào)節(jié)通道時(shí)間常數(shù)較大或容量滯 后較大時(shí)，工藝要求有殘差時(shí)，選用PD調(diào)節(jié)； 當(dāng)廣義調(diào)節(jié)對(duì)象調(diào)節(jié)通道時(shí)間常數(shù)較大或容量滯 后較大時(shí)，工藝要求無殘差，選用PID調(diào)節(jié)； 當(dāng)廣義調(diào)節(jié)對(duì)象調(diào)節(jié)通道時(shí)間常數(shù)或容量滯后很 大時(shí)，負(fù)荷變化很大，應(yīng)設(shè)計(jì)其它調(diào)節(jié)系統(tǒng)來滿足 工藝要求。 四.單回路反饋系統(tǒng)的整定 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器的比例帶、積分時(shí)間、微分時(shí)間或吊 滯區(qū)的具體數(shù)值，力求系統(tǒng)的過渡過程處于“最 佳過渡過程”狀態(tài)。 理論計(jì)算整定法 飛升曲線法（動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法）：實(shí)驗(yàn)記錄而 整定，或由一階慣性環(huán)節(jié)作初步估計(jì)。 試驗(yàn)整定法：在一個(gè)比例帶上

17、，獲得等幅振蕩， 再按表14-4求出其它參數(shù)，以 =0.75為終而結(jié)束。 衰減曲線法：對(duì)多數(shù)系統(tǒng) 均可使用，方法同上， 其經(jīng)驗(yàn)公式為表14-5，實(shí)驗(yàn)終結(jié)取決于性能指標(biāo) 的滿意。它不適用于外界擾動(dòng)頻繁的系統(tǒng) 五.簡(jiǎn)單系統(tǒng)舉例 （1）加熱系統(tǒng) 1.熱水加熱器的調(diào)節(jié) （a)圖用兩通閥調(diào)節(jié)，(b)圖用三通閥調(diào)節(jié)，它們 采用比例、比例積分，均可獲得較好的效果。 TC M 熱水 (a) M TC (b) 2.蒸氣加熱器 (a)加熱器慣性小，反映比較靈敏，但疏水器有可 能間歇排水，容易產(chǎn)生振蕩，易采用P調(diào)節(jié)。 (b)疏水器可連續(xù)排水，但加熱器慣性大，不夠靈 敏，易采用比例積分調(diào)節(jié)。 M TC 蒸氣 (a)

18、TC M (b) M 3.電加熱的調(diào)節(jié) 對(duì)電加熱器常采用雙位、比例、連續(xù)PID調(diào)節(jié)，一般情況 下，用雙位調(diào)節(jié)，雖然被調(diào)參數(shù)處于等幅振蕩的過程，但 可以被儀表的高靈敏和被調(diào)參數(shù)的干擾量不大而中和。干 擾量變化劇烈時(shí)，調(diào)節(jié)品質(zhì)較高時(shí)，可采用PID調(diào)節(jié)。 TC TC (b) QJ PID TT (a) 4.預(yù)熱器的控制，傳感器感受室外溫度，屬于前饋調(diào)節(jié) （2）冷卻系統(tǒng) 1.淋水室的調(diào)節(jié) 淋水室調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，采用冷、回水的混合比例 調(diào)節(jié)完成，一般用P、PI，不使用雙位調(diào)節(jié)。 2.水冷式表面冷卻器調(diào)節(jié) 一般采用P、PI調(diào)節(jié)，也可采用雙位調(diào)節(jié) 。帶淋 水室時(shí)一般采用雙位調(diào)節(jié)。 M M TC 1 M TC 2 3.制冷壓縮機(jī)的控制 控制壓縮機(jī)的啟停，常使用位式調(diào)節(jié)器， 簡(jiǎn)單易行。 控制蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積，也常使用兩位 或三位調(diào)節(jié)器。 控制壓縮機(jī)的工作缸數(shù)，位式控制。