《柴油机自动化》课件第一章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章 自动化基础知识,轮机自动化,指,船舶机舱动力装置及设备系统的,控制,、,监,测和管理自动化,。,轮机自动化包括,：反馈控制系统,、,远距离操作系统,、,集中监视与报警系统,、,自动开关与切换系统,、,安全保护系统。,第一节 反馈控制系统的概念,反馈控制系统的作用,：把机舱中各种运行参数如温度,、,压力,、,液位,、,粘度等控制在所希望的最佳值上。,一,、,反馈控制,的概念,控制对象测量单元调节单元,执行机构,1.,系统的组成及基本概念,1,控制对象：指所要控制的机器设备和装置,测量单元：检测被控量的实际值并把它转换成标准的统一信号该信号叫被控量的测量值,）,气动控制标准气压信号为0.020.1,pa,）,电动控制标准电流信号010,m,或420,m,调节单元：具有各种调节作用规律的调节器 给定值,r,测量值,z,偏差值,e,r,z,调节器的类型：位式调节器,、,比例调节器,、,比例积分调节器,、,比例微分调节器,、,比例积分微分调节器,执行机构：执行机构的输入量是调节单元的控制信号，其输出量是调节阀的开度,在气动控制中,执行机构是气动薄膜调节阀或气动活塞式调节阀。,在电动控制中,执行机构是可逆转伺服电机或三相交流伺服电机,2,反馈控制系统传递方框图（）环节：,在传递方框图中，代表实际单元的每个小方框称为一个环节。,满足条件：）必定有输入量和输出量 ）输出量的变化均取决于输入量的变化及该环节的特性,（）,扰动：,要把控制对象看做一个环节，它的输出量是被控量。引起被控量变化的一节因素统称为扰动或扰动量。,扰动量分类：,1,）外部扰动轮机员无法控制,2,）基本扰动轮机员可以控制（,3,）,.,闭环系统：控制系统形成一个封闭控制回路的系统 反馈控制系统必定是闭环控制系统 开环系统：逻辑控制系统 闭环系统：反馈控制系统,（,）,反馈：,被控量的变化经测量单元又反送到调节器的输入端，这个过程叫反馈。,正反馈：经反馈能加强闭环系统输入效应，即使偏差,e,增大 负反馈：经反馈能减弱闭环系统输入效应，即使偏差,e,减小,二,反馈控制系统的分类,按所用能源分类,）气动控制系统,）电动控制系统,按仪表的结构形式分类,）单元组合仪表,）基地仪表,按给定值的变化规律分类,）定值控制系统,）程序控制系统,）随动控制系统,三,反馈控制系统的品质指标,反馈控制系统的动态过程,）稳态,:,一个系统在运行过程中，若输出量不随时间变化而是稳定在给定值上或给定值附近，系统的这种状态叫稳态。,）动态过程,:,系统从受到扰动开始到被控量稳定在新稳态值，系统达到新的平衡状态的过程（扰动量的变化规律），叫动态过程。,）特点：是一个衰减振荡过程,评定控制系统动态过程品质的指标,1,）,改变外部扰动： 最大动态偏差 衰减率, ,过渡过程时间 振荡次数（一般要求震荡,2-3,次就稳定下来） 静态偏差,（静态精度）,是衡量系统稳定性指标，要求,=0.75-0.9,当,=0.75,时，,A,是,B,的,4,倍，称为衰减比,4,：,1. ,不能小于,0.75,2,）,改变给定值： 上升时间,峰值时间 超调量（,30%),第二节 控制对象的特性,控制对象也称被控对象。,控制对象有静态特性和动态特性。,控制对象动态特性是指,控制对象在基本扰动下被控量随时间的特性变化规律。,控制对象静态特性是指,控制对象在基本扰动下被控量,达到新稳态值的,变化量。,所有的控制对象都有储存物质或能量的能力，物质或能量在流动过程中会受到阻力，物质或能量在流动过程中或信号在传递过程中，会存在着时间上的延迟。,一,单容控制对象的动态特性,定义：只有一个存储物质或能量容积的控制对象,1,容量系数,:,被控量变化一个单位其容量的变化量,V=,Fh,F,水柜的底面,h,被控量,2,阻力系数,出水量,Qo,、阻力系数,R,和水位,h,之间是线性关系。,3,单容控制对象的阶跃响应,单容控制对象的阶跃响应是按指数规律变化的，被控量不能突变。,4,放大系数：控制对象受到阶跃扰动后，被控量从初始平衡状态达到新稳态值的变化量，把扰动量所放大的倍数。,5,时间常数,T,：,1),反映控制对象惯性大小的一个重要的动态参数,2),物理意义,1,：从对控制对象施加阶跃扰动的瞬间开始，被控量以最大的变化速度变化到新稳态值所需要时间,3),物理意义,2,：控制对象受到阶跃扰动后，被控量变化到新稳态值的,63.2,，所需要的时间,4),控制对象受到阶跃扰动后，被控量变化到新稳态所需要的时间,t=4T,6,纯迟延,:,1),纯迟延：由于执行机构距控制对象有一定的距离，物质或能量经执行机构流到控制对象需要一定的时间，该时间称纯迟延，又叫传输延迟。,2),容积迟延,(,多容控制对象,),3),迟延对控制系统不利,4),迟延是不可能消除的，只能在控制系统的布置上尽量减少迟延。,二,多容控制对象的动态特性,图,1-2-5,由两个单容水柜组成,的多容控制对象,图,1-2-6,多容控制对象的飞升曲线,1.,多容控制对象阶跃响应飞升曲线的特点,多容控制对象是指具有两个或两个以上储蓄容积的控制对象。在机舱中，多数控制对象是多容控制对象。,1)K,反映控制对象对扰动的敏感程度,2)T,反映控制对象惯性大小,3),反映被控量变化的延迟时间,2.,自平衡能力与自平衡率及反应速度,（,1,）自平衡率：被控量变化一个单位，其需要扰动量的变化量,1/K,（,2,）反映速度：控制对象受到阶跃扰动后，被控量的最大变化速度与扰动量之比,单容控制对象,K/T,第三节 调节器的作用规律,调节器作用规律：位式作用规律,、,比例作用规律,、,比例积分作用规律,、,比例微分作用规律,、,比例积分微分作用规律,一双,位式作用规律,辅锅炉浮子式水位双位控制系统,YT-1226,型压力调节器,P=,Pz-Px,=,0.07+(0.25-0.07)*X/10,图,1-3-3,1226,型压力调节器结构原理图,二,比例作用规律：调节器的输出量,P,与输入量,e,成比例变化。,比例作用的控制过程：,优点,控制及时,缺点,存在静差,图,1-3-4,浮子式水位比例控制系统,比例带,1),定义：调节器的相对输入量与相对输出量之比的百分数,2),公式,:PB(,)=R/K100%,，,单元组合式仪表,R=1,PB =1/K*100%,一般,PB,设定为,5%,300%,3),比例带的物理意义：,4),比例带越小，比例作用越强；比例带越大，比例作用越弱。,5),控制对象惯性大的系统要使比例带小一点；反之。,三,比例积分作用规律,积分作用规律：积分调节器输出的变化速度与偏差成比例。,1),优点：能使被控量能稳定在给定值上，消除静态偏差。,2),缺点：对被控量控制不及时；系统振荡大，稳定性差。,3),实际应用中很少单独使用而是采用比例积分作用规律。,比例积分作用规律：比例作用是主要的，获得较好动态稳定性；积分作用是辅助的，消除静差。,1)K-,比例放大倍数,2)TiK/S,0,(,积分时间,),积分,比例,图,1-3-5,比例控制和积分控制的比较,(1),积分时间的物理意义,输入一个阶跃偏差后积分输出等于比例输出所需的时间就是积分时间,(2)T,i,越小，积分输出达到比例输出的时间越短，积分作用越强,(3),如,T,i,值不能准确地整定，宁大勿小，范围在,3s20min,之间。,图,1-3-6,比例积分调节器输出特性,四,比例微分作用规律,1.,微分作用规律,：,调节阀的开度与偏差的变化速度成比例 。,S,d,是比例系数,2.,微分作用能预示控制对象受扰动的猛烈程度，能在偏差出现之前，提前改变调节阀的开度。,2.,实际微分使用：不单独使用,图,1-3-7,实际微分作用的输出特性,3.,比例微分作用在比例作用的基础上，加微分作用用；比例作用主要，决定调节阀的开度的变化量；微分作用辅助，起超前控制作用。,式中,K,比例放大倍数,T,d,微分作用的时间,4.,微分作用时间的大小是衡量微分作用强弱的参数。,5.,比例微分调节器与比例调节器一样，不能消除静态偏差。控制对象惯性大的调节器才加微分调节。,6.,比例微分输出特性,图,1-3-8,比例微分调节器输出特性,五比例积分微分作用规律（,PID,）,1.PID,调节器是控制系统中最理想的调节单元。,比例作用为主，积分作用消除静态偏差，微分作用实现超前控制。,2.,参数：,PB,比例带,Ti,积分时间,Td,微分时间,T,i,（,45,）,T,d,3.,输出特性：,图,1-3-9 PID,调节器输出特性,