2011制冷空调自控1

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1、制 冷 空 调 自 控（1）北京工业大学 环能学院制冷与低温工程系 孙晗 E-Mail: 2011.9.17用经典的自动控制理论，对制冷空调系统中常见的热工参数(温度、湿度、压力、液位等)实现自动控制1本课程需回答的问题 怎样分析自动控制系统的控制质量？ 如何获得调节对象的特性？ 怎样根据调节对象的特性，设计自控系统？ 掌握双位控制及PID控制的主要特点 如何进行PID参数的工程整定 熟悉典型的制冷空调自控系统2 学时: 40 期末考试:最后一次课随堂闭卷考试 教材：陈芝久主编，制冷装置自动化，机械工业出版社，1997.5 参考书：朱瑞琪编著，制冷装置自动化（第2版），西安交通大学出版社，2

2、009.23第一章 绪论1 自控技术在制冷空调系统中的作用2 自控技术和制冷空调系统的关系3 国内外制冷空调自控技术的发展4 自动调节系统的组成5 自动调节系统的分类41.1自控技术在制冷空调系统中的作用1、负荷及外部条件变化，保证温控指标制冷系统：控制温度 、压力在给定值附近 ，进行制冷剂流量调 节、压缩机的能量调 节等2、保证系统安全运行制冷系统：压力保护、压差保 护、温度保护，设油压差控制 器、高低压控制器、安全阀、 止回阀等3、提高系统运行的经济性变频调速等实现系统节能运行51.2 自控技术和制冷空调系统的关系制冷空调系统 冰箱 空调器 冷库 全空气空调系统 风机盘管系统 自控技术 双

3、位控制 常规仪表PID控制 计算机控制 PLC控制 模糊控制 自适应控制 变频技术需要促进应用促进61.3 国内外制冷空调自控技术的发展常规仪表的双位控制、常规仪表的双位控制、PIDPID控制控制计算机控制PLCPLC控制控制电机的变频调速技术模糊控制自适应控制71.4制冷空调自控系统的初步认识控制要求: 使冷藏室温度 维持在5 15Tto图2 冷藏室温度变化曲线压缩机1）感温（发信器）2）设定温度给定值（调节器）3）根据温差发出压缩机电路的开合信号（调节器 ）L N开关图1 冰箱冷藏温度控制系统示意图控制方法：例1: 冰箱的冷藏温度控制温控器高于6 ， 压缩机运行 低于4 ， 压缩机停机控制

4、过程：冷藏室温度给定值上限 温控器发出信号使压缩机电路接通压缩机运行,使冷藏室温度下降 给定值下限冷藏室温度给定值上限 冷藏室温度=设定值下限 温控器发出信号使压缩机电路断开冷藏室温度升高,温度=给定值上限(感受到偏差) (自控系统对偏差做出反应, 压缩机通断改变)(系统回复到期望的给定温度) 64被控参数?调节作用是怎样发出的?被控参数稳定时,进入冷藏室的热量=流出冷藏室的热量干扰出现时,进入冷藏室的热量流出冷藏室的热量，被控参数偏离给定值调节对象?81.4制冷空调自控系统的初步认识 例2：房间温度控制系统控制要求：房间温度保持在 241控制方法： 房间温度24， 关小控制阀门 房间温度 2

5、4， 开大控制阀门发信器调节器执行器调节对象被控参数？调节作用如何施加的？被控参数处于稳态时， 进入房间的热量 =流出房间的热量调节对象受到干扰， 进入房间的热量 流出房间的热量， 被控参数偏离给定值9被调参数写传递函数框图各组成环节间相互影响和信号联系 每个框一个具体作用的环节 框之间箭头信号联系及其传递方向 框内写环节名称给定值r偏差e+-调节器调节器 输出p 执行器调节 作用 q 调节对象干扰作用 f发信器测量值z自动调节系统框图输入端输出端1.5 自动调节系统的组成101 发信器(sensor)：热电阻(温度 电阻)检测被调参数把被调参数成比例地转变为其他物理信号（如电阻、电压、电流及

6、位移等）的元件或仪表。自控系统的关键部件112 调节器：将发信器送来的信号与给定值进行比较 ，根据偏差大小，按照调节器预定的调节规律输 出调节信号。冰箱温控器PID调节器双位调节器 比例调节器 比例积分调节器（PI） 比例微分调节器（PD） 比例积分微分调节器（PID）典型的双位调节器（P）123 执行器：由执行机构和调节机关组成。根据调节 器发出的调节信号驱动执行机构，执行机构带动 调节机关，使被调参数保持在给定值附近。典型的执行器执行机构调节机关134 反馈：通过发信器把输出信号引回调节系统输入 端的比较元件。这种方式称为反馈。自动调节系统中通常都采用负反馈。X1(s) W1 (s)W2

7、(s)+X2(s) W1 (s)W2 (s)+-X2(s)正反馈负反馈正反馈：反馈信号使被调参数与给定值间的偏差增大。 （+） 负反馈：反馈信号使被调参数与给定值间的偏差减小。 （+-）X1(s)145 反馈调节系统：调节系统带反馈后，信号传递形 成闭合回路。这种闭环系统称为反馈调节系统。 反馈调节是按偏差进行控制的。产生偏差是反馈调节系统进行自动调节的必要 条件。W1 (s)W2 (s)+-X2(s)X1(s)反馈调节系统156 开环系统：没有反馈回路的系统。W2（s）E（s）W1（s）X（s）开环系统Wn（s）167 自动调节系统定义定义一： 无人直接参与 能使被调参数达到给定值或按希望的

8、规律变化的系统 一般由发信器、调节器、执行器和调节对象组成闭环 系统，通常是负反馈系统定义二（Honeywell）：自动控制系统是这样一个系统，它对一种变化或不 平衡做出反应，通过调整其它参数，使系统回复到所 期望的平衡状态。171.6 调节系统的分类一、按给定值的变化规律划分： 定值调节系统 随动调节系统 程序控制 181 定值调节系统：给定值为一确定的数值。制冷空调自动调节系统中定值调节系统应用 普遍如：空调室内设计温度为250.5，给定值 为一确定的数值25。Tot192 随动调节系统：给定值不确定，取决于系统以 外某一进行着的过程，并要求系统的输出量跟着 给定值变化。如：雷达导引，火炮

9、控制等。203 程序控制系统：控制系统的给定值是按预定规律随时间变化的 函数，要求被控量迅速、准确地加以复现。机加工的数控机床21二、按控制方式 开环控制 反馈控制 复合控制22三、按系统功用： 温度控制系统 压力控制系统 位置控制系统 23四、按系统性能 线性和非线性系统 连续和离散系统 定常和时变系统 确定性和不确定性系统24第二章 调节系统质量指标分析课程目标： 需掌握 1 干扰作用问题 2 过渡过程及系统的静态特性 3 稳定性和衰减率 4 衰减比 5 动态偏差 6 静态偏差 7 最大偏差 8 振荡周期 9 调节过程时间 10 峰值时间 11 上升时间252.1 干扰作用问题一、典型干扰

10、形式 ： 1 阶跃干扰2 脉冲3 等速变化4 周期性波动f(t)OtAt(t)tf(t)OOtO 26二、阶跃干扰干扰f时间tot0单位阶跃干扰：f(t)=1， tt0 0， tt0272.2 过渡过程及系统的静态特性过渡过程曲线 28系统的静态特性o负荷被调参数y给定值无静差系统有静差系统292.3 稳定性和衰减率 调节系统的调节质量要求 稳、准、快 0 稳定=0.75 理想=0 等幅振荡 0 增幅振荡稳 衰减率： 302.4 衰减比 衰减比n：被调参数在过渡过程中第一个波峰值与 第二个波峰值之比。n=4, 理想312.5 动态偏差 动态偏差（最大超调量）Mp被调参数在过渡过程中，第一个最大

11、峰值超出新 稳态值y()的量, 称为最大超调量Mp，常称为动 态偏差。Mp大，品质差322.6 静态偏差 静态偏差y（）也称残余偏差或稳态偏差，它表示调节系统受 干扰后，达到新的平衡时，被调参数的新稳定值 与给定值之差。如：某空调室的设 计温度为 250.5 给定值为25 ， 静态偏差y（） 0.5 332.7 最大偏差 最大偏差ymax342.8 振荡周期振荡周期Tp调节系统过渡过程中，相邻两个波峰所经历的时间 ，或振荡一周所需的时间，叫做振荡周期Tp352.9 调节过程时间 ts:也称为过渡过程时间，是指调节系统受到干扰 作用，被调参数开始波动到进入新稳态值上下5% （或2%）范围内所需的

12、时间。ts越短越好 通常期望值 ts=3Tp有差系统： y5%y()无差系统： y2%给定值36 峰值时间tp过渡过程达到第一峰值所需的时间。 反映初始响应速度2.10 峰值时间37 上升时间tr过渡过程曲线从新稳态值的10%上升到 90%所用的时间，反映初始响应速度。2.11 上升时间38调节系统对调节指标的要求: 必须满足稳定性指标。(稳) 一般希望Mp，y（）及ts小（准、快） 制冷空调对象属慢速热工对象，对Mp，及ts要 求不严，对稳定性及静态偏差y（）要求严格 。39重点回顾1给定值r 偏差e+-调节器调节器 输出p执行器调节 作用 q调节对象干扰作用 f发信器测量值z自动调节系统框

13、图输入端输出端40重点回顾241练习1）自动调节系统是指在无人直接参与下，能使被调参数稳定到给定值附近或按预先给定的规律变化的系统。一般是由（_、_、_、_）组成的闭环负反馈系统。 422）被调参数是调节系统的输出信号，通过发信器把此输出信号引回调节系统输入端的比较元件，这种方式称为(_)。如果反馈信号使被调参数与给定值的偏差减小，称为(_)。如果反馈信号使被调参数与给定值的偏差增大，称为(_)。在自动调节系统中通常采用(_)反馈。 433）反馈调节系统按(_)变化规律的不同，可以分为定值调节系统、随动系统、程序控制系统等。 444）过渡过程是指调节系统在（_）干扰信号作用下，被调参数从一个稳

14、态过渡到另一个稳态随（_）变化的过程。 455）系统的静态特性是指平衡状态下(_)与(_)的关系。 46 调节器的稳、准、快如何用调节质量指标来衡量？47 下列字母分别表示何种调节质量指标？、n、Mp、y（）、ymax、tp、Tp、ts、tr48 ymax与Mp和y（）的关系？49 在下列的过渡过程曲线上标出ymax、tr、Mp 、Mp、y（）、ts、Tp、tpy0t50 调节过程稳定性分析oyt51 调节过程稳定性分析oyt52 调节过程稳定性分析oyt53作业 1）请画出典型的自动调节系统的框图，并根据框 图说明自动调节系统的调节过程。 2）请画出过渡过程曲线，并在图上标出静态偏差 、动态偏差、最大偏差、原稳态值、新稳态值、 上升时间、峰值时间、调节过程时间、振荡周期 。 3）调节过程的质量指标有哪些，请写出定义。一 般控制系统希望哪些指标值越小越好? 制冷空调 对象对哪些指标要求严格？ 4）什么叫反馈？什么叫正反馈？什么叫负反馈？ 5）反馈调节系统是根据偏差大小进行控制的还是 根据干扰大小控制的？54