輪機(jī)自動(dòng)化課件zfj1第一章

第一章自動(dòng)化基礎(chǔ)知識(shí)輪機(jī)自動(dòng)化——指船舶機(jī)艙動(dòng)力裝置及設(shè)備系統(tǒng)的控制、監(jiān)測和管理自動(dòng)化。輪機(jī)自動(dòng)化包括：反饋控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離操作系統(tǒng)、集中監(jiān)視與報(bào)警系統(tǒng)、自動(dòng)開關(guān)與切換系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)。第一節(jié)反饋控制系統(tǒng)的概念反饋控制系統(tǒng)的作用：把機(jī)艙中各種運(yùn)行參數(shù)如溫度、壓力、液位、粘度等控制在所希望的最佳值上。一、反饋控制的概念控制對象＋測量單元＋調(diào)節(jié)單元＋執(zhí)行機(jī)構(gòu)

1.系統(tǒng)的組成及基本概念1》．控制對象：指所要控制的機(jī)器設(shè)備和裝置

２》．測量單元：檢測被控量的實(shí)際值并把它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一信號(hào)該信號(hào)叫被控量的測量值１）氣動(dòng)控制－－標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)為0.02－0.1Ｍpa

２）電動(dòng)控制－－標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)0－10mＡ或4－20mＡ３》．調(diào)節(jié)單元：具有各種調(diào)節(jié)作用規(guī)律的調(diào)節(jié)器

給定值－r測量值－z偏差值

e＝r－z

調(diào)節(jié)器的類型：位式調(diào)節(jié)器、比例調(diào)節(jié)器、比例積分調(diào)節(jié)器、比例微分調(diào)節(jié)器、比例積分微分調(diào)節(jié)器４》．執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入量是調(diào)節(jié)單元的控制信號(hào)，其輸出量是調(diào)節(jié)閥的開度

在氣動(dòng)控制中——執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥或氣動(dòng)活塞式調(diào)節(jié)閥。在電動(dòng)控制中——執(zhí)行機(jī)構(gòu)是可逆轉(zhuǎn)伺服電機(jī)或三相交流伺服電機(jī)2．反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖

（１）．環(huán)節(jié)：在傳遞方框圖中，代表實(shí)際單元的每個(gè)小方框稱為一個(gè)環(huán)節(jié)。

滿足條件：１）必定有輸入量和輸出量

２）輸出量的變化均取決于輸入量的變化及該環(huán)節(jié)的特性

（２）．?dāng)_動(dòng)：要把控制對象看做一個(gè)環(huán)節(jié)，它的輸出量是被控量。引起被控量變化的一節(jié)因素統(tǒng)稱為擾動(dòng)或擾動(dòng)量。

擾動(dòng)量分類：1）外部擾動(dòng)－輪機(jī)員無法控制

2）基本擾動(dòng)－輪機(jī)員可以控制

（3）.閉環(huán)系統(tǒng)：控制系統(tǒng)形成一個(gè)封閉控制回路的系統(tǒng)

反饋控制系統(tǒng)必定是閉環(huán)控制系統(tǒng)

開環(huán)系統(tǒng)：邏輯控制系統(tǒng)

閉環(huán)系統(tǒng)：反饋控制系統(tǒng)

（４）．反饋：被控量的變化經(jīng)測量單元又反送到調(diào)節(jié)器的輸入端，這個(gè)過程叫反饋。

正反饋：經(jīng)反饋能加強(qiáng)閉環(huán)系統(tǒng)輸入效應(yīng)，即使偏差e增大．

負(fù)反饋：經(jīng)反饋能減弱閉環(huán)系統(tǒng)輸入效應(yīng)，即使偏差e減?。?/p>

二．反饋控制系統(tǒng)的分類１．按所用能源分類１）氣動(dòng)控制系統(tǒng)２）電動(dòng)控制系統(tǒng)２．按儀表的結(jié)構(gòu)形式分類１）單元組合儀表２）基地儀表３．按給定值的變化規(guī)律分類１）定值控制系統(tǒng)２）程序控制系統(tǒng)３）隨動(dòng)控制系統(tǒng)三．反饋控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)１．反饋控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程１）穩(wěn)態(tài):一個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，若輸出量不隨時(shí)間變化而是穩(wěn)定在給定值上或給定值附近，系統(tǒng)的這種狀態(tài)叫穩(wěn)態(tài)。２）動(dòng)態(tài)過程:系統(tǒng)從受到擾動(dòng)開始到被控量穩(wěn)定在新穩(wěn)態(tài)值，系統(tǒng)達(dá)到新的平衡狀態(tài)的過程（擾動(dòng)量的變化規(guī)律），叫動(dòng)態(tài)過程。３）特點(diǎn)：是一個(gè)衰減振蕩過程２．評定控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程品質(zhì)的指標(biāo)1）

改變外部擾動(dòng)：①最大動(dòng)態(tài)偏差②衰減率φ③過渡過程時(shí)間④振蕩次數(shù)（一般要求震蕩2-3次就穩(wěn)定下來）⑤靜態(tài)偏差ε（靜態(tài)精度）

φ是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)，要求φ=0.75-0.9當(dāng)φ=0.75時(shí)，A是B的4倍，稱為衰減比4：1.φ不能小于0.75

2）改變給定值：①上升時(shí)間②峰值時(shí)間③超調(diào)量（＜30%)第二節(jié)控制對象的特性控制對象也稱被控對象?？刂茖ο笥徐o態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。控制對象動(dòng)態(tài)特性是指控制對象在基本擾動(dòng)下被控量隨時(shí)間的特性變化規(guī)律?？刂茖ο箪o態(tài)特性是指控制對象在基本擾動(dòng)下被控量達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值的變化量。

所有的控制對象都有儲(chǔ)存物質(zhì)或能量的能力，物質(zhì)或能量在流動(dòng)過程中會(huì)受到阻力，物質(zhì)或能量在流動(dòng)過程中或信號(hào)在傳遞過程中，會(huì)存在著時(shí)間上的延遲。一．單容控制對象的動(dòng)態(tài)特性定義：只有一個(gè)存儲(chǔ)物質(zhì)或能量容積的控制對象1．容量系數(shù):被控量變化一個(gè)單位其容量的變化量

V=F×hF—水柜的底面h—被控量

2．阻力系數(shù)出水量Qo、阻力系數(shù)R和水位h之間是線性關(guān)系。3．單容控制對象的階躍響應(yīng)

單容控制對象的階躍響應(yīng)是按指數(shù)規(guī)律變化的，被控量不能突變。4．放大系數(shù)：控制對象受到階躍擾動(dòng)后，被控量從初始平衡狀態(tài)達(dá)到新穩(wěn)態(tài)值的變化量，把擾動(dòng)量所放大的倍數(shù)。

5．時(shí)間常數(shù)T：

1)反映控制對象慣性大小的一個(gè)重要的動(dòng)態(tài)參數(shù)

2)物理意義1：從對控制對象施加階躍擾動(dòng)的瞬間開始，被控量以最大的變化速度變化到新穩(wěn)態(tài)值所需要時(shí)間

3)物理意義2：控制對象受到階躍擾動(dòng)后，被控量變化到新穩(wěn)態(tài)值的63.2％，所需要的時(shí)間

4)控制對象受到階躍擾動(dòng)后，被控量變化到新穩(wěn)態(tài)所需要的時(shí)間t=4T6．純遲延:1)純遲延：由于執(zhí)行機(jī)構(gòu)距控制對象有一定的距離，物質(zhì)或能量經(jīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)流到控制對象需要一定的時(shí)間，該時(shí)間稱純遲延，又叫傳輸延遲。

2)容積遲延(多容控制對象)3)遲延對控制系統(tǒng)不利

4)遲延是不可能消除的，只能在控制系統(tǒng)的布置上盡量減少遲延。二．多容控制對象的動(dòng)態(tài)特性圖1-2-5由兩個(gè)單容水柜組成的多容控制對象圖1-2-6多容控制對象的飛升曲線1.多容控制對象階躍響應(yīng)飛升曲線的特點(diǎn)多容控制對象是指具有兩個(gè)或兩個(gè)以上儲(chǔ)蓄容積的控制對象。在機(jī)艙中，多數(shù)控制對象是多容控制對象。1)K－－反映控制對象對擾動(dòng)的敏感程度2)T－－反映控制對象慣性大小3)τ－－反映被控量變化的延遲時(shí)間2.自平衡能力與自平衡率及反應(yīng)速度（1）自平衡率：被控量變化一個(gè)單位，其需要擾動(dòng)量的變化量ρ＝1/K（2）反映速度：控制對象受到階躍擾動(dòng)后，被控量的最大變化速度與擾動(dòng)量之比單容控制對象ε＝K/T第三節(jié)調(diào)節(jié)器的作用規(guī)律調(diào)節(jié)器作用規(guī)律：位式作用規(guī)律、比例作用規(guī)律、比例積分作用規(guī)律、比例微分作用規(guī)律、比例積分微分作用規(guī)律一．雙位式作用規(guī)律１．輔鍋爐浮子式水位雙位控制系統(tǒng)２．YT-1226型壓力調(diào)節(jié)器△P=Pz-Px=0.07+(0.25-0.07)*X/10圖1-3-3ＹＴ－1226型壓力調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)原理圖二．比例作用規(guī)律：調(diào)節(jié)器的輸出量P與輸入量e成比例變化。１．比例作用的控制過程：優(yōu)點(diǎn)——控制及時(shí)缺點(diǎn)——存在靜差

圖1-3-4浮子式水位比例控制系統(tǒng)２．比例帶ＰＢ1)定義：調(diào)節(jié)器的相對輸入量與相對輸出量之比的百分?jǐn)?shù)2)公式:PB(δ)=R/Kⅹ100%，單元組合式儀表R=1PB=1/K*100%一般PB設(shè)定為5%～300%3)比例帶的物理意義：4)比例帶越小，比例作用越強(qiáng)；比例帶越大，比例作用越弱。5)控制對象慣性大的系統(tǒng)要使比例帶小一點(diǎn)；反之。三．比例積分作用規(guī)律１．積分作用規(guī)律：積分調(diào)節(jié)器輸出的變化速度與偏差成比例。1)優(yōu)點(diǎn)：能使被控量能穩(wěn)定在給定值上，消除靜態(tài)偏差。2)缺點(diǎn)：對被控量控制不及時(shí)；系統(tǒng)振蕩大，穩(wěn)定性差。3)實(shí)際應(yīng)用中很少單獨(dú)使用而是采用比例積分作用規(guī)律。２．比例積分作用規(guī)律：比例作用是主要的，獲得較好動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性；積分作用是輔助的，消除靜差。1)K---比例放大倍數(shù)2)Ti—K/S0(積分時(shí)間)積分比例圖1-3-5比例控制和積分控制的比較(1)積分時(shí)間的物理意義輸入一個(gè)階躍偏差后積分輸出等于比例輸出所需的時(shí)間就是積分時(shí)間(2)Ti越小，積分輸出達(dá)到比例輸出的時(shí)間越短，積分作用越強(qiáng)(3)如Ti值不能準(zhǔn)確地整定，寧大勿小，范圍在3s~20min之間。圖1-3-6比例積分調(diào)節(jié)器輸出特性四．比例微分作用規(guī)律1.微分作用規(guī)律：調(diào)節(jié)閥的開度與偏差的變化速度成比例。Sd是比例系數(shù)2.微分作用－－能預(yù)示控制對象受擾動(dòng)的猛烈程度，能在偏差出現(xiàn)之前，提前改變調(diào)節(jié)閥的開度。2.實(shí)際微分使用：不單獨(dú)使用圖1-3-7實(shí)際微分作用的輸出特性3.比例微分作用－－在比例作用的基礎(chǔ)上，加微分作用用；比例作用主要，決定調(diào)節(jié)閥的開度的變化量；微分作用輔助，起超前控制作用。式中K——比例放大倍數(shù)

Td——微分作用的時(shí)間4.微分作用時(shí)間的大小是衡量微分作用強(qiáng)弱的參數(shù)。5.比例微分調(diào)節(jié)器與比例調(diào)節(jié)器一樣，不能消除靜態(tài)偏差?？刂茖ο髴T性大的調(diào)節(jié)器才加微分調(diào)節(jié)。6.比例微分輸出特性圖1-3-8比例