船舶自動控制第四章第一節(jié)柴油機(jī)冷卻水溫度自動控制5

1、第四章輔機(jī)控制系統(tǒng)第一節(jié) 柴油機(jī)缸套冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)一、 SYSTEM ARRANGEMENT DIAGRAM上圖為一柴油機(jī)系統(tǒng)中之溫度控制系統(tǒng)，可控制下列三種系統(tǒng)之溫度： 主機(jī)冷卻水溫度、滑油溫度、燃油溫度， 控制之對象雖不同但控制基本原理皆一樣. 唯控制靈敏度依需求條件不同而選擇不同的控制方式. 上圖中燃油溫度控制屬於比例控制 ( Proportional action 簡稱 P. action ), 滑油溫度控制屬於比例+積分控制 ( Proportional Integration action 簡稱 P. I. action), 缸套冷卻水溫度控制屬於比例+積分+微分控制 (

2、Proportional Integration Differentiation action 簡稱 P.I.D. action). 控制之準(zhǔn)確度、靈敏度、可信度屬以比例+積分+微分控制最高，比例+積分控制次之，比例控制則最差。比例控制是一種最簡單且直觀的控制方式，隨則負(fù)載之變化而產(chǎn)生偏移(Offset)效果是比例控制特性；若欲降低偏移量可增加增益，然而增加控制器的增益，也就增加系統(tǒng)不穩(wěn)定性的可能率(Probability of Instability)。當(dāng)僅有比例控制時，系統(tǒng)輸出會存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)，且無法完全消除外界所加入的固定擾動。積分控制主要目的在於消

3、除穩(wěn)態(tài)誤差。在一個自動控制系統(tǒng)中，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入"積分項"，將系統(tǒng)的誤差量對時間做積分累加，隨著時間的增加，積分量會增加。基於這個理由，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，超過某一個門檻值(Threshold value)即推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等於零。但是暫態(tài)反應(yīng)(Transient response)會較差。在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差訊號的微分，亦即與誤差的變化率成正比關(guān)係。在自動控制系統(tǒng)，克服誤差接近目標(biāo)值的過程中，受控制系統(tǒng)可能會出現(xiàn)來回振盪無法穩(wěn)定，甚至發(fā)散失穩(wěn)。其原因是在於，系統(tǒng)中存在有較大慣性的

4、元件或是有某元件的物理特性其行為總是滯後(delay)於命令值，使得力圖克服誤差的過程中，總是落後於誤差的變化。解決的辦法是使克服誤差的作用的變化要"超前"於誤差變化，亦即在誤差接近零時，克服誤差的作用就應(yīng)該是零。微分控制隱含有預(yù)測之意。將誤差量對時間微分，能預(yù)測誤差變化的趨勢。因此，PD控制器，就能夠提前預(yù)測行為並反應(yīng)，使克服誤差的控制作用等於零，甚至為負(fù)值，避免被控制的對象嚴(yán)重地超越目標(biāo)值(Overshoot)。 所以對有較大慣性被控制系統(tǒng)， PD控制能改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。PID控制包含三個部分：比例增益、積分增益、微分增益三個部分，實際應(yīng)用中，也有PI與PD控制器。PI

5、D控制器就系根據(jù)於系統(tǒng)的誤差，利用比例增益、積分增益與微分增益計算出控制量。二.CONTROL FLOW DIAGRAM (PRACTICAL EXAMPLE)流程說明:位於三向閥出口端之溫度計檢測出主機(jī)缸套冷卻水入口端之溫度, 當(dāng)冷卻水溫度超出設(shè)定溫度時 T.C.經(jīng)過比對、效正誤差值之大小後輸出控制指令(輸出減壓後之作動空氣至膜片), 促使 THREE-WAY DIAGRAM REGULATING VALVE 作動, 開大冷卻器(Cooler)端之閥，使來自泵端(From pump)缸套冷卻水進(jìn)入冷卻器的量增加，並關(guān)小從泵端來之高溫(Hot)缸套冷卻水，使THREE-WAY DIAGRAM

6、REGULATING VALVE出口端之缸套冷卻水溫度降低, 當(dāng)冷卻水溫度低於設(shè)定溫度時促使THREE-WAY DIAGRAM REGULATING VALVE 關(guān)小 COLD端之閥, 開大 HOT水端之閥, 使進(jìn)入主機(jī)冷卻水之溫度提高並控制於設(shè)定範(fàn)圍內(nèi)。三.系統(tǒng)組件(SYSTEM COMPONENT)1. 溫度控制器T.C. (AUTOMATIC TEMPERATURE CONTROLLER) 為一溫度控制器，必須發(fā)出命令驅(qū)動受控制系統(tǒng) (TEMPERATURE CONTROLLING THREE-WAY MIXING VALVE)，以改變受控制系統(tǒng)的行為，使受控制系統(tǒng)的輸出值，達(dá)到所要的命

7、令值。溫度控制系統(tǒng)通常為一個溫度敏感的裝置或是系統(tǒng)，需要將其溫度的變化量控制在特定範(fàn)圍之內(nèi)。感測器則通常是利用熱電耦(Thermocouple)的裝置量測溫度的變化，透過信號放大、類比信號轉(zhuǎn)數(shù)位信號的方式將量測資料傳送至電腦內(nèi)處理，電腦內(nèi)則放置PID控制的演算法，將誤差值適當(dāng)?shù)某松媳壤?、差分或是積分增益值(Gain)，藉由輸出裝置，即時的對被控制系統(tǒng)產(chǎn)生作用，使其在合理的控制範(fàn)圍之內(nèi)。2. 控制空氣調(diào)節(jié)器(AIR FILTER REGULATOR)將 SUPPLY AIR (約 3-10 kg/cm2) 做適當(dāng)?shù)倪^濾及減壓(2.0 kg/cm2)供應(yīng)至 T.C .和THREE-WAY DIAGRAM REGULATING VALVE作為驅(qū)動媒介. 太高的空氣壓力將會造成 CONTROLLER 內(nèi)部膜片損壞, 太低則無法驅(qū)動元件。3. 三向溫控閥(TEMPERATURE CONTROLLING THREE-WAY MIXINGVALVE)自動: 當(dāng)T.C. 檢測出進(jìn)入主機(jī)缸套冷卻水溫度過高後輸出降溫指令至 TEMPERATURE CONTROLLING THREE-WAY MIXING VALVE, 閥桿之作動改變 COLD & HOT 端閥之開度, 當(dāng) COLD端開大, HOT 端