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1、轮机自动化 主 讲： 陈 新 梅 单 位： 动力工程学院 动装教研室 联系方式： 13476108074 QQ： 17073555 课程简介 本课程是船舶自动化系统极其重要的组成 部分，现代船舶自动化程度越来越高，轮机自 动化课程越来越重要。 通过本课程的学习，掌握轮机自动控制技 术以及船舶机舱各系统的自动控制原理。能进 行管理及维护。 课程考核 n期末考试60%，开卷考试； n课堂互动10%； n作业、测验10%； n考勤20%。 学习方法及要求 希望大家能够做到如下几点： 不迟到早退，有事先请假。 上课认真听讲； 做好笔记（可做在教材上）； 借助网络、书籍等了解与本课程有关的新技术 、新动
2、态。 课题一课题一 轮机自动化基础知识轮机自动化基础知识 主讲人主讲人： 陈新梅陈新梅 武汉船舶职业技术学院武汉船舶职业技术学院 动力工程系动力工程系 绪论绪论 n n 一、轮机自动化发展简史：一、轮机自动化发展简史： n n （1 1）5050年代末以前年代末以前：单项自动化单项自动化。 n n （2 2）5050年代末至年代末至6060年代初：年代初：出现机舱集中监控出现机舱集中监控 与主机遥控。与主机遥控。 n n （3 3）6060年代中期：年代中期：发展发展“ “无人机舱无人机舱” ”。 n n （4 4）6060年代末期：年代末期：出现了用电子计算机实现自出现了用电子计算机实现自
3、动化的所谓超自动化船舶。集中控制和分动化的所谓超自动化船舶。集中控制和分 散控制。散控制。 n n （5 5）7070年代末期：年代末期：出现了采用多台微型计算机出现了采用多台微型计算机 组成的集中组成的集中分散式控制系统。分散式控制系统。 n n （6 6）8080年代之后：年代之后：发展轮机高级监控技术。发展轮机高级监控技术。 n n 广泛采用集中广泛采用集中分散式控制系统，下位机分散式控制系统，下位机 已采用单片机或可编程控制器。已采用单片机或可编程控制器。 n n （7 7）“ “末来船舶末来船舶” ”： 一方面一方面用计算机实现船舶动力装置的最佳用计算机实现船舶动力装置的最佳 控制、
4、自适应控制；控制、自适应控制； 另一方面另一方面用计算机对机舱进行全面技术的用计算机对机舱进行全面技术的 管理。管理。 n n 我国从我国从5050年代开始研制，直到年代开始研制，直到7070年代才取年代才取 得成绩。得成绩。 n n “ “鲁班鲁班” ”、“ “张衡张衡” ” n n “ “海皇海皇 碧玉碧玉” ” n n “ “奥斯科奥斯科 倍龙娜倍龙娜” ” n n 轮机自动化轮机自动化指用各种自动化仪表及控制元指用各种自动化仪表及控制元 件和逻辑元件包括计算机在内所组成的各种控件和逻辑元件包括计算机在内所组成的各种控 制和监视系统。制和监视系统。 n n 轮机自动化包括轮机自动化包括
5、n n 反馈控制系统反馈控制系统、 n n 远距离操作系统远距离操作系统、 n n 集中监视与报警系统集中监视与报警系统、 n n 自动开关与切换系统自动开关与切换系统、 n n 安全保护系统。安全保护系统。 第一第一讲讲 轮机自动化基础知识轮机自动化基础知识 一一 反馈控制系统的基本概念反馈控制系统的基本概念 n n 反馈控制系统的作用：反馈控制系统的作用：把机舱中各种运行参数如温把机舱中各种运行参数如温 度度、压力压力、液位液位、粘度等控制在所希望的最佳值上粘度等控制在所希望的最佳值上 。 n n 一一、反馈控制系统的组成反馈控制系统的组成 n n 控制对象测量单元调节单元控制对象测量单元
6、调节单元执行机构执行机构 n n 常用术语常用术语：给定值、测量值、反馈通道、给定值、测量值、反馈通道、 前向通道、正偏差、负偏差、前向通道、正偏差、负偏差、 正反馈、负反馈、开环系统、正反馈、负反馈、开环系统、 闭环系统。闭环系统。 1 1控制对象：控制对象：指所要控制的机器、设备和装置。 把所要控制的运行参数叫做被控制量。 测量单元：测量单元：检测被控量的实际值并把它转换成标准的检测被控量的实际值并把它转换成标准的 统一信号统一信号，该信号叫被控量的测量值该信号叫被控量的测量值。 ）气动控制标准气压信号为气动控制标准气压信号为0.020.020.10.1papa ）电动控制标准电流信号电动
7、控制标准电流信号0 01010mm或或4 42020mm 调节单元：调节单元：具有各种调节作用规律的调节器具有各种调节作用规律的调节器 给定值给定值r r 测量值测量值z z 偏差值偏差值e er rz z 调节器的类型：位式调节器调节器的类型：位式调节器、比例调节器比例调节器、比比 例积分调节器例积分调节器、比例微分调节器比例微分调节器、比例积分微分调比例积分微分调 节器节器 执行机构：执行机构：执行机构的输入量是调节单元输出执行机构的输入量是调节单元输出 的控制信号，执行机构的输出量是调节阀的开度。的控制信号，执行机构的输出量是调节阀的开度。 实际的执行机构：气动薄膜调节器，三相伺服电实际
8、的执行机构：气动薄膜调节器，三相伺服电 机机 二二反馈控制系统传递方框图反馈控制系统传递方框图 环节环节 满足条件：）必定有输入量和输出量满足条件：）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）输出量的变化均取决于输入量的变化及该环 节的特性节的特性 扰动扰动 扰动量分类：）外部扰动轮机员无法控制扰动量分类：）外部扰动轮机员无法控制 ）基本扰动轮机）基本扰动轮机 员可以控制员可以控制 3.3.闭环系统：闭环系统：控制系统形成一个封闭控制回路的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反馈控制系统必定是闭环控制系统 开环系统：开环系统：逻辑控制系统
9、逻辑控制系统 如主机遥控系统如主机遥控系统 闭环系统：反馈控制系统闭环系统：反馈控制系统 反馈反馈 正反馈：经反馈能加强闭环系统输入效应，即使正反馈：经反馈能加强闭环系统输入效应，即使 偏差偏差e e增大增大 负反馈：经反馈能减弱闭环系统输入效应，即使负反馈：经反馈能减弱闭环系统输入效应，即使 偏差偏差e e减小减小 n n 三、自动控制系统的分类三、自动控制系统的分类: : n n 1 1按被控参数的名称分类：按被控参数的名称分类： 温度、压力、水位等自动控制系统。温度、压力、水位等自动控制系统。 n n 2 2按仪表的能源分类：按仪表的能源分类： 电、气、液动式自动控制系统。电、气、液动式
10、自动控制系统。 n n 3 3按被控参数给定值的特点分类：按被控参数给定值的特点分类： n n 定值控制系统定值控制系统 n n 程序控制系统程序控制系统 n n 随动控制系统随动控制系统 n n 4 4根据系统元件特性是否线性根据系统元件特性是否线性： 可分为线性系统和非线性系统。可分为线性系统和非线性系统。 n n 1 1、稳定状态（静态）稳定状态（静态）：被控参数不随被控参数不随 时间而变化的平衡状态。时间而变化的平衡状态。 n n 2 2、过渡过程（动态过程）过渡过程（动态过程）：被控参数被控参数 随时间而变化的不平衡状态。随时间而变化的不平衡状态。 n n 扰动作用扰动作用 调节作用
11、调节作用 n n 稳态稳态 动态过程动态过程 稳定（平衡）稳定（平衡） 平衡破坏平衡破坏 （排除扰动）（排除扰动） 四四. .自动控制系统的过渡过程自动控制系统的过渡过程 评定控制系统动态过程品质的指标评定控制系统动态过程品质的指标 ）四种扰动形式：四种扰动形式： n n 阶跃形式阶跃形式、 n n 线性形式线性形式、 n n 脉冲形式脉冲形式、 n n 正弦形式正弦形式 2 2）控制系统的扰动分两种情况：）控制系统的扰动分两种情况： 外部扰动不变，改变扰动值。外部扰动不变，改变扰动值。被控量绕新的给定被控量绕新的给定 值振荡，最终稳定在新的给定值或给定值附近。值振荡，最终稳定在新的给定值或给
12、定值附近。 给定值不变，改变外部扰动。给定值不变，改变外部扰动。被控量绕原给定值被控量绕原给定值 振荡且最终稳定下来。振荡且最终稳定下来。 n n 五、自动控制系统的品质指标五、自动控制系统的品质指标: : n n 1 1、最大偏差最大偏差：是指过渡过程中，被控参是指过渡过程中，被控参 数偏离给定值的最大值。在衰减振荡过程数偏离给定值的最大值。在衰减振荡过程 中，最大偏差就是第一个波的峰值，以中，最大偏差就是第一个波的峰值，以 e e maxmax表示。 表示。 n n 2 2、衰减率衰减率：设设A A、B B为衰减振荡过程中同为衰减振荡过程中同 相第一、第二两个波峰的幅度。相第一、第二两个波
13、峰的幅度。 =（A-BA-B）/A/A n n =0 =0 等幅振荡等幅振荡 n n =1 =1 非周期衰减过程非周期衰减过程 n n 0 衰减振荡衰减振荡 n n 一般希望一般希望=0.75=0.75（即衰减比（即衰减比4141） n n 3 3、静态偏差静态偏差（稳态误差）：（稳态误差）：过渡过程结束过渡过程结束 后被控参数所达到的新稳态值与给定值后被控参数所达到的新稳态值与给定值 之间的偏差。用之间的偏差。用表示。表示。 n n 4 4、过渡过程时间过渡过程时间：从干扰作用发生起，直从干扰作用发生起，直 到被控参数进入新稳态值的到被控参数进入新稳态值的2%2%或或5%5% 的范围内，且不
14、再越出时所经历的时间。的范围内，且不再越出时所经历的时间。 用用tsts表示。表示。 n n 5 5、振荡次数振荡次数：过渡过程中被控参数振荡的过渡过程中被控参数振荡的 次数。次数。 n n 稳定性稳定性（由衰减率来恒量）（由衰减率来恒量） n n 主要品质指标主要品质指标 准确性准确性（静态偏差来恒量）（静态偏差来恒量） n n 快速性快速性（过渡过程时间恒（过渡过程时间恒 量）量） n n 自动控制系统其他品质指标自动控制系统其他品质指标 n n （）上升时间（）上升时间 n n （）峰值时间（）峰值时间 n n （）超调量（）超调量( (小于小于2020) ) n n （）振荡次数（）振荡次数 课堂训练课堂训练 1.1.气动控制系统中，仪表之间的统一标准气压信号是气动控制系统中，仪表之间的统一标准气压信号是
