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1、 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 2013-09-09 1 热 工 过 程 自 动 化 华中科技大学本科生专业课程华中科技大学本科生专业课程 第一章第一章 自动调节的基本概念自动调节的基本概念 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 2013-09-09 2 第1章 自动调节的基本概念 1.1 自动调节的系统组成和实现方法 1.2 自动调节的常用术语 1.3
2、 系统方框图 1.4 自动调节系统的分类 1.5 自动调节系统的性能 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 2013-09-09 3 例：水箱水位控制 人工控制过程 眼眼 脑脑 操作操作 检测变送检测变送 控制器控制器 操作装置操作装置 自动控制过程 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 1.2 自动调节的基本概念 调节 调节对象 被调量 给定值 扰动 2013
3、-09-09 4 为了达到一定的目的，对和生产 过程有关系的设备进行操作。 指被调节的生产过程或设备。 通过调节所要维持的物理量 。 根据生产要求，被调量所应该具有的值。 能引起被调量变化的各种原因.它分 为内扰和外扰两种。 内扰 是指发生在调节通道内的扰动。 外扰 是指发生在调节通道外的扰动。 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 1.2 自动调节的基本概念 （续） 2013-09-09 5 调节作用量 调节机构 变送部件 运算部件 执行机构 在调节作用下，控制被调量变化的物
4、理量。 指在生产设备上用来改变调节变量的装 置。 用来测量被调量，把物理参数转换成某 种便于远距离传送，并与被调量成比例 的测量信号。 接受变送器来的被调量信号，并把它与 给定值比较。 按照调节器发出的调节信号使调节 机构动作，改变调节作用， 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 人工调节 2013-09-09 6 眼 脑 手 执行机构 操作开关 H H0 W 给水 调节阀 省煤器 汽包 过热器 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Ener
5、gy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 2013-09-09 7 汽包锅炉给水自动调节示意图 眼 脑 手 执行器 定值器 变 送 器 H H0 比 较 运 算 自动 调节装置 W 给水 调节阀 省煤器 汽包 过热器 调节对象调节对象 被调量被调量 给定值给定值 扰动扰动 调节作用量调节作用量 调节机构调节机构 变送部件变送部件 运算部件运算部件 执行机构执行机构 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 2013-09-09 8 1.2.2 控制系
6、统的图示方法方框图 用方框表示系统中的各个元部件（硬件）； 用箭头表示系统中有关的物理量（信号）； 用进入方框的箭头表示各元部件的输入量； 用离开方框的箭头表示各元部件的输出量。 例如：水箱水位自动控制系统可表示为： 比 较 部 件 放 大 部 件 运算部件 (校正、补偿) 被 控 对 象 执 行 部 件 给 定 部 件 测量、变送部件 输 入 量 偏 差 被控量 + - 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 2013-09-09 9 1.2.3 反馈控制系统的基本组成 测量部
7、件用来检测被控制的物理量。 给定部件给出被控量希望达到的目标值。 比较部件将测量元件检测到被控量实际值与给定元件 输出的希望值比较，形成它们的偏差信号。 运算部件又称校正部件或补偿部件，用来设置控制规 律、调整系统结构与参数、改善系统工作性 能。 放大部件将运算部件输出的控制指令进行功率放大， 以便驱动执行部件动作。 执行部件用来驱动被控对象、改变进入（或流出）对 象的物质或能量、使被控量发生变化。 按组成系统的元部件功能分类，有： 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 201
8、3-09-09 10 1.2.4 反馈控制的有关概念 控制对象： 被控制的机器、设备或生产过程。 控制器(装置):对控制对象施加控制作用的设备总体。 被控变量： 需加以控制的、被控对象输出的物理量。y(t) 给 定 值： 希望被控变量达到（人为设定）的值。r(t) 反馈变量： 输出变量(被控变量)的一部分或全部回馈. f(t) 偏差变量： 为反馈变量与给定值的差值。e(t) 控制变量： 控制器施加于控制对象的量。 u(t) 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 2013-09-
9、09 11 扰 动：破坏系统正常运行规律的输入信号。 d(t) 内 扰：由反馈系统内部产生的自发性扰动。 外 扰：由反馈系统外部引入的扰动。 前向通道：从输入端到输出端的信号传递路径。r(t) y(t) 反馈通道：从输出端到输入端的信号传递路径。y(t) f(t) 负 反 馈: 反馈信号与输入信号相减(符号相异，削弱输入 信号)，使偏差愈来愈小，称负反馈。 正 反 馈: 反馈信号与输入信号相加(符号相同，加强输入 信号)，使偏差愈来愈大，称正反馈。 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生
10、专业课程 1.3自动调节系统方框图 2013-09-09 12 R1 R2 u1 u2 u1 u2 x y x y a b 电阻分压器电阻分压器 杠杆系统杠杆系统 我们重视的是我们重视的是环节环节的特性，即环节输入量和输出量的因果关的特性，即环节输入量和输出量的因果关 系（数学关系），具有相同因果关系的环节称为系（数学关系），具有相同因果关系的环节称为同类环节同类环节 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 自动调节系统方框图 关键词：关键词： 1.相加点相加点 2.分支点分支点
11、 3.环节环节 2013-09-09 13 变送器 x Y 调节器 调节对象 4.信号线信号线 5.输入量和输出量输入量和输出量 6.流入量和流出量流入量和流出量 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 自动调节系统方框图(续) 2013-09-09 14 1、方框图中的每一方框表示一个、方框图中的每一方框表示一个环节环节，该方框并不是代表一个设备或，该方框并不是代表一个设备或 部件的部件的 结构，而是反映作用于这个环节上的输入、输出信号间的内在因结构，而是反映作用于这个环节上的
12、输入、输出信号间的内在因 果关系。果关系。 2、方框图表示的是调节系统动态过程中、方框图表示的是调节系统动态过程中信号信号传递与转换关系，而不是传递与转换关系，而不是 生产流程，箭头方向不是物质的流动方向。生产流程，箭头方向不是物质的流动方向。 3、对于每一个环节，信号的作用方向是不可逆的，具有、对于每一个环节，信号的作用方向是不可逆的，具有单向单向传递性。传递性。 4、对同一个系统，方框图的形式、对同一个系统，方框图的形式不是唯一不是唯一的。的。 5、“、“ ”称为”称为比较点比较点，相当于加法器。输入量加、减用“”、，相当于加法器。输入量加、减用“”、 “”表示。输出量是输入量的代数和。“
13、”表示。输出量是输入量的代数和。 6、“、“”称为”称为引出点引出点，从该点引出的所有输出信号支路的信号均相等。，从该点引出的所有输出信号支路的信号均相等。 7、 反馈反馈：从系统的输出量：从系统的输出量c到调节器的输入，引了一个信号，该信号到调节器的输入，引了一个信号，该信号 就称作反馈。如果它消弱了调节器的输入信号就称作反馈。如果它消弱了调节器的输入信号(r-c)，故为负反馈。，故为负反馈。 8、 闭环闭环调节系统：该系统的信号流向构成一个闭合回路。调节系统：该系统的信号流向构成一个闭合回路。 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Po
14、wer Engineering 华中科技大学本科生专业课程 一.按给定值信号的特点分类 1.恒值调节系统 2.程序调节系统 3.随机（动）调节系统 二.按调节系统的结构分类 1.闭环（反馈)调节系统 2.前馈调节系统 3.复合调节系统 2013-09-09 15 1.4 自动调节系统的分类 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 1.4 自动调节系统的分类（续） 三.按调节系统闭环回路的数目分类 1.单回路调节系统 2.双回路调节系统 3.多回路调节系统 四.按被调量数目分类 1.单输入单输出(SISO)调节系统 2.多输入多输出(MIMO)调节系统 2013-09-09 16 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power Engineering 华中科技大学本科生专业课程 1.4 自动调节系统的分类（续） 五.按调节作用的形式分类 1.连续调节系统 2.离散调节系统 六.按系统的特性分类 1.线性调节系统 2.非线性调节系统 2013-09-09 17 热工过 程自动化 能 源 与 动 力 工 程 学 院 School of Energy & Power E
