《制冷装置自动化 第2版 教学课件 ppt 作者 陈芝久 吴静怡 主编 第二章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制冷装置自动化 第2版 教学课件 ppt 作者 陈芝久 吴静怡 主编 第二章（114页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章,第一节 概 述 第二节 双位调节器及其调节过程 第三节 比例调节器及其调节过程 第四节 积分调节器及微分调节器 第五节 比例积分调节器及其调节过程 第六节 串级调节和补偿调节的概念及在制冷装置中的应用 第七节 计算机PID控制技术 第八节 调节器参数的工程整定 第九节 调节系统的微分方程与传递函数,第一节 概 述,一、调节器的功用 二、调节器的分类 三、调节器元件,一、调节器的功用,在调节系统中，除调节对象外，将调节器、发信器和执行器等总称为调节设备。一般热工调节器的功用是：将发信器测得的被调参数的输出实际值与要求的值进行比较，确定它们之间的相对误差，并产生一个使误差为零或为微小值的控
2、制信号。使被调参数回复到要求的值或在要求的偏差范围内波动。调节器这种能够产生控制信号的作用就叫做控制作用。,二、调节器的分类,调节器按其调节规律或控制作用特性分类，主要有如下几种：双位或继电器调节器； 比例调节器；积分调节器；比例积分调节器(重定或再调调节器)；比例微分调节器；比例积分微分调节器。 在多数热工系统中，调节器一般是应用自身物理量的变化，以电或加压流体(如油和空气等)作为能源的。因此，调节器也可以按照在工作时的动力的种类分类，如：直接作用式调节器，气动调节器，液动调节器和电动调节器。在制冷空调中，调节器以直接作用式、气动和电动的为最多。,三、调节器元件,图2-1 带测量元件的调节仪
3、表的框图,三、调节器元件,图2-2 直接作用式调节器,第二节 双位调节器及其调节过程,一、双位调节器的工作原理 二、双位调节器的调节过程 三、对象特性和双位调节器特性对调节过程的影响,一、双位调节器的工作原理,一、双位调节器的工作原理,图2-3 双位调节器框图 a)理想情况 b)有差动范围情况,一、双位调节器的工作原理,图2- 4 典型温包式温度双位调节器 1波纹管室 2幅差旋钮 3幅差标尺 4杠杆 5主调弹簧 6活动螺母 7导杆 8主调螺杆 9、12静触头 10进线孔 11动触头 13接线柱 14拨臂 15刀口支点 16止动螺钉 17指针 18温度标尺 19跳簧片 20温包 21弹簧座 22
4、差动弹簧 23波纹管 24毛细管 25螺钉,一、双位调节器的工作原理,图2-5 温包式温度双位调节器力分析图,一、双位调节器的工作原理,2-6.TIF,一、双位调节器的工作原理,图2-7 输出信号与被调参数、差动范围之间的关系 a)单边差动 b)双边差动,二、双位调节器的调节过程,图2-8 双位调节器控制冷库温度原理图,二、双位调节器的调节过程,图2-9 双位调节器调节过程曲线图 a)实际上(0)双位调节器的调节过程 b)理论上(0)双位调节器的调节过程,三、对象特性和双位调节器特性对调节过程的影响,1)结构简单。 2)输出信号迅速突变，它只能停留在“全开”和“全关”或“最大”和“最小”两个位
5、置上，不能连续停留在中间位置，属于非线性调节器。 3)调节器都有一定的差动范围，改变差动范围可以调节被调参数的波动范围。 4)调节过程是周期性的、不衰减的脉动过程，被调参数在其波动范围内，按对象本身的飞升曲线规律变化。 5)调节对象的时间常数T越小，迟延越大，则特性比/T越大，被调参数的波动范围y波动也越大。,第三节 比例调节器及其调节过程,一、比例调节器的工作原理 二、比例系数和比例带的定义及物理意义 三、比例调节器的调节过程和它的静态偏差 四、比例调节器的结构及其特点,第三节 比例调节器及其调节过程,图2-10 比例调节器的框图,一、比例调节器的工作原理,图2-11 浮子式液位调节系统示意
6、图,三、比例调节器的调节过程和它的静态偏差,图2-12 浮子式液位比例调节器的调节过程,三、比例调节器的调节过程和它的静态偏差,图2-13 比例带选择对调节过程的影响,四、比例调节器的结构及其特点,1.气动比例调节器 2.电动比例调节器,1.气动比例调节器,图2-14 气动调节器的喷嘴挡板机构动作原理图,1.气动比例调节器,图2-15 喷嘴挡板放大机构的静特性,2.电动比例调节器,图2-16 平衡电桥式电动调节器结构原理图 1传压毛细管 2温包 3标尺 4螺母导杆 5指针 6活动螺母 7调节螺钉 8螺钉 9电位器座 10电位器 11滑针 12拉伸弹簧 13支架与刀 14杠杆 15顶杆 16波纹
7、管,2.电动比例调节器,图2-17 温度调节器和电动执行机构的工作原理图,第四节 积分调节器及微分调节器,一、积分调节器 二、微分调节器,一、积分调节器,一、积分调节器,图2-18 积分调节器原理图,一、积分调节器,图2-19 用于空调风管中的积分调节器 a)积分调节应用流程图 b)系统被调量变化的一个周期,一、积分调节器,图2-20 积分调节器的阶跃响应曲线,一、积分调节器,图2-21 淋水室露点温度控制原理图 1测温发信器 2三位式温度调节器 3通断仪 4电动执行机构及三通调节阀 5水泵,一、积分调节器,图2-22 三位式调节器+通断仪+电动执行机构组成积分调节器,二、微分调节器,图2-2
8、3 理想微分调节器的飞升特性曲线,第五节 比例积分调节器及其调节过程,一、气动比例积分调节器的工作原理和它的传递函数 二、电动比例积分调节器和它的传递函数 三、积分时间常数概念和它的测定方法 四、比例积分调节器的特性及其调节过程 五、比例积分微分调节器(PID调节器),第五节 比例积分调节器及其调节过程,第五节 比例积分调节器及其调节过程,2m24.TIF,第五节 比例积分调节器及其调节过程,图2-25 比例积分调节器的阶跃响应曲线,一、气动比例积分调节器的工作原理和它的传递函数,图2-26 气动比例积分调节器工作原理图 、波纹管,一、气动比例积分调节器的工作原理和它的传递函数,图2-27 气
9、动比例积分调节器的传递函数和框图,一、气动比例积分调节器的工作原理和它的传递函数,一、气动比例积分调节器的工作原理和它的传递函数,二、电动比例积分调节器和它的传递函数,图2-28 电动比例积分调节原理图 a)eo(s)ei(s)=1+1TiS b)eo(s)ei(s)=Kc1+1Tis,Kc=R1R2 =1+ =,=,二、电动比例积分调节器和它的传递函数,二、电动比例积分调节器和它的传递函数,二、电动比例积分调节器和它的传递函数,二、电动比例积分调节器和它的传递函数,三、积分时间常数概念和它的测定方法,三、积分时间常数概念和它的测定方法,图2-29 比例积分调节器积分 时间常数的测定,四、比例
10、积分调节器的特性及其调节过程,图2-30 比例调节器的工作原理图,四、比例积分调节器的特性及其调节过程,图2-31 积分时间常数对调节过程的影响曲线,五、比例积分微分调节器(PID调节器),图2-32 PID调节器的框图与传递函数,五、比例积分微分调节器(PID调节器),五、比例积分微分调节器(PID调节器),图2-33 PID调节器的阶跃响应曲线,五、比例积分微分调节器(PID调节器),图2-34 气动比例积分微分调节器的结构原理图 气源压力 输出压力,第六节 串级调节和补偿调节的概念及在制冷装置中的应用,一、串级调节的工作原理 二、串级调节系统的特点和应用范围 三、补偿调节的概念和应用,一
11、、串级调节的工作原理,图2-35 直接蒸发式冷风机冷库库温调节系统 a)单回路调节系统 b)附加中间变量的调节系统,一、串级调节的工作原理,图2-36 串级调节系统 a)串级调节方案 b)串级调节系统框图,一、串级调节的工作原理,图2-37 冷库串级调节图 a)冷库串级调节所用仪表图 b)冷库串级调节框图,二、串级调节系统的特点和应用范围,1)对象的滞后比较大，用单回路调节系统时，过渡过程时间长，超调量大，被调参数恢复慢，因此调节质量不能满足要求，这时可以采用串级调节。 2)调节对象纯迟延时间长，用单回路调节系统不能满足调节质量要求时，可以采用串级调节系统。 3)系统内存在变化激烈和幅值很大的
12、干扰作用时，调节质量往往比较差。,二、串级调节系统的特点和应用范围,二、串级调节系统的特点和应用范围,图2-38 串级调节系统框图,二、串级调节系统的特点和应用范围,三、补偿调节的概念和应用,图2-39 某仓室舒适空调采暖工况室外新风温度补偿调节原理图,三、补偿调节的概念和应用,图2- 40 前馈调节系统框图,三、补偿调节的概念和应用,图2- 41 前馈调节系统的结构图,三、补偿调节的概念和应用,三、补偿调节的概念和应用,图2- 42 复合调节系统框图,三、补偿调节的概念和应用,三、补偿调节的概念和应用,第七节 计算机PID控制技术,一、数字PID控制算法 二、数字PID控制算法的改进,一、数
13、字PID控制算法,1.实际微分PID控制算式之一 2.实际微分PID控制算式之二 3.实际微分PID控制算式之三,一、数字PID控制算法,一、数字PID控制算法,一、数字PID控制算法,一、数字PID控制算法,图2- 45 PID数字控制器的阶跃响应 a)理想微分PID b)实际微分PID,1.实际微分PID控制算式之一,1.实际微分PID控制算式之一,图2- 46 算式之一的框图,2.实际微分PID控制算式之二,图2- 47 算式之二的框图,2.实际微分PID控制算式之二,3.实际微分PID控制算式之三,1)理想微分PID数字控制器的控制品质较差，其原因是微分作用仅限于第一个采样周期有一个大
14、幅度的输出。 2)实际微分PID数字控制器的控制品质较好，其原因是微分作用能缓慢地持续多个采样周期，使得一般的工业用执行机构，能比较好地跟踪微分作用输出。,3.实际微分PID控制算式之三,3.实际微分PID控制算式之三,二、数字PID控制算法的改进,1.积分分离 2.抗积分饱和 3.梯形积分 4.消除积分不灵敏区,1.积分分离,图2- 48 积分分离曲线图,1.积分分离,2.抗积分饱和,由于长期存在偏差或偏差较大，计算出的控制量有可能溢出，或小于零。所谓溢出就是计算机运算出的控制量u(n)超出D/A所能表示的数值范围。例如，8bitD/A的数值范围为00H至FFH(H表示十六进制)。一般执行机
15、构有两个极限位置，如调节阀全开或全关。u(n)为FFH时，调节阀全开；反之，u(n)为00H时，调节阀全关。为了提高运算精度，通常采用双字节甚至三字节的定点数或浮点数计算PID差分方程式。当执行机构已到极限位置仍然不能消除偏差时，由于积分作用，尽管计算PID差分方程式所得的运算结果继续增大或减小，而执行机构已无相应的动作，这就称为积分饱和。当出现积分饱和时，势必使超调量增加，控制品质变坏。,3.梯形积分,3.梯形积分,图2- 49 两种积分形式 a)矩形积分 b)梯形积分,4.消除积分不灵敏区,1)增加AD转换位数，加长运算字长，这样可提高运算精度。 2)当积分项ui(n)连续出现小于输出精度
16、的情况时，不要把它们作为“零”舍掉，而是把它们一次次累加起来，即 (1) 偏差平均 (2) 测量值微分 测量值微分也称微分先行，当控制系统的给定值r(n)发生阶跃变化时，微分动作将导致控制量u(n)的大幅度变化。,4.消除积分不灵敏区,图2-50 消除积分不灵敏区程序流程,第八节 调节器参数的工程整定,一、反应曲线法 二、稳定边界法 三、衰减曲线法 四、三种整定方法的比较 五、现场调试原则,一、反应曲线法,图2-51 调节系统 a)广义对象阶跃反应曲线图 b)蒸汽热水加热器调节系统图,一、反应曲线法,一、反应曲线法,一、反应曲线法,二、稳定边界法,表2-1 PID整定参数、的求取,三、衰减曲线法,表2-2 调节规律的整定参数,四、三种整定方法的比较,表2-3 调节器的初步预定参数,五、现场调试原则,上述几种参数整定方法，在调试时总的原则是：凡比例带过小，或积分时间常数过小，或微分时间常数过大，都会引起振荡过程。如果振荡衰减
