熱工培訓(xùn)班講座-自控基礎(chǔ)

一、自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)二、火電機(jī)組主要控制系統(tǒng)㈠協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)內(nèi)容㈡模擬量控制系統(tǒng)

㈡主要模擬量控制系統(tǒng)(MCS)鍋爐燃燒過(guò)程控制（燃料、送風(fēng)、引風(fēng)控制）、給水控制、汽溫控制、制粉系統(tǒng)控制12/7/20221第一頁(yè)，共二十九頁(yè)。1基本概念①控制--某個(gè)主體使某個(gè)客體按照一定的目的、通過(guò)一定的規(guī)律來(lái)動(dòng)作自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-基本概念

執(zhí)行器傳感器控制器目標(biāo)值/給定值目標(biāo)：維持水位手段：調(diào)整給水量②人工控制--主體是人12/7/20222第二頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-基本概念1基本概念③自動(dòng)控制--主體是儀器/機(jī)器

汽包水位自動(dòng)控制主體：控制系統(tǒng)客體：被控過(guò)程（從控制器的輸出到輸入）目的：維持汽包水位穩(wěn)定12/7/20223第三頁(yè)，共二十九頁(yè)。③反饋（閉環(huán)）控制-被控量參與控制1基本概念被控量控制量/指令控制器(PID)執(zhí)行器被控對(duì)象檢測(cè)/反饋—設(shè)定值自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-基本概念需要加以控制的參數(shù)-被控量12/7/20224第四頁(yè)，共二十九頁(yè)。③前饋（開環(huán)）控制-擾動(dòng)量參與控制1基本概念自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-基本概念

汽包水位自動(dòng)控制蒸汽流量（負(fù)荷）變化--干擾能引起被控量變化的量--擾動(dòng)量或者控制量12/7/20225第五頁(yè)，共二十九頁(yè)。被控量執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象擾動(dòng)通道+前饋控制器擾動(dòng)量前饋（開環(huán)）控制-擾動(dòng)量參與控制自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-基本概念12/7/20226第六頁(yè)，共二十九頁(yè)。④前饋-反饋復(fù)合控制-被控量、擾動(dòng)量都參與控制自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-基本概念蒸汽流量（負(fù)荷）變化--干擾12/7/20227第七頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-性能指標(biāo)2性能指標(biāo)ty(t)aty(t)bty(t)cty(t)d衰減振蕩過(guò)程單調(diào)變化過(guò)程等幅振蕩過(guò)程發(fā)散振蕩過(guò)程典型動(dòng)態(tài)過(guò)程12/7/20228第八頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-性能指標(biāo)2性能指標(biāo)衡量控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)主要包括動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和穩(wěn)態(tài)誤差。用系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)表征，見圖4所示。

衡量控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)主要包括動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和穩(wěn)態(tài)誤差。用系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)表征，見圖所示。t±5%或±2%△tstptrMpy(t)1M312/7/20229第九頁(yè)，共二十九頁(yè)。常用的時(shí)域性能指標(biāo)自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-性能指標(biāo)2性能指標(biāo)①上升時(shí)間trt±5%或±2%△tstptrMpy(t)1M3a.響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%到90%（常用于不發(fā)生振蕩的場(chǎng)合，如一階慣性環(huán)節(jié)）b.響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的5%到95%（也用于不發(fā)生振蕩的場(chǎng)合）c.響應(yīng)曲線從零上升到第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間（常用于有振蕩的場(chǎng)合，如二階振蕩環(huán)節(jié)等）。12/7/202210第十頁(yè)，共二十九頁(yè)。②峰值時(shí)間tp2性能指標(biāo)t±5%或±2%△tstptrMpy(t)1M3響應(yīng)曲線到達(dá)過(guò)調(diào)量的第一個(gè)峰值所需時(shí)間。又稱為過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，是指響應(yīng)曲線開始全部進(jìn)入接近穩(wěn)態(tài)值的±5%（或±2%）區(qū)域內(nèi)（即全部進(jìn)入誤差帶內(nèi)），所需要的時(shí)間。③調(diào)節(jié)時(shí)間ts自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-性能指標(biāo)12/7/202211第十一頁(yè)，共二十九頁(yè)。④最大超調(diào)量σp自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-性能指標(biāo)2性能指標(biāo)t±5%或±2%△tstptrMpy(t)1M3響應(yīng)曲線偏離穩(wěn)態(tài)值的最大偏差值。12/7/202212第十二頁(yè)，共二十九頁(yè)。⑤衰減率Ψ自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-性能指標(biāo)2性能指標(biāo)t±5%或±2%△tstptrMpy(t)1M3響應(yīng)曲線經(jīng)過(guò)一個(gè)衰減周期后，振幅的相對(duì)減小量。即第一、二次正向振幅衰減了的比率。12/7/202213第十三頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-性能指標(biāo)2性能指標(biāo)t±5%或±2%△tstptrMpy(t)1M3穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)穩(wěn)態(tài)誤差：穩(wěn)定系統(tǒng)誤差的終值，即響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差。它是衡量系統(tǒng)最終控制精度（準(zhǔn)確性）的重要性能指標(biāo)。12/7/202214第十四頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-控制規(guī)律3控制規(guī)律⑴三種基本控制作用微分方程：傳遞函數(shù)：特點(diǎn)：反應(yīng)迅速（只要偏差量不為零，就會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生控制作用），但存在穩(wěn)態(tài)誤差。δ越大（Kp越?。刂谱饔迷饺?，穩(wěn)態(tài)誤差越大，但振蕩減少，對(duì)穩(wěn)定性有利；反之，控制作用越強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差越小，但振蕩加劇，不利于穩(wěn)定。①比例作用（P-Proportional）比例作用的影響12/7/202215第十五頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-控制規(guī)律3控制規(guī)律⑴三種基本控制作用②積分作用（I-Integral）微分方程：傳遞函數(shù)：特點(diǎn)：能消除穩(wěn)態(tài)誤差（只要偏差存在，控制作用就不斷增強(qiáng)，直到偏差量等于零為止）；積分動(dòng)作緩慢，要與比例作用配合使用。積分作用的影響12/7/202216第十六頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-控制規(guī)律3控制規(guī)律⑴三種基本控制作用③微分作用（D-Derivative）微分方程：傳遞函數(shù)：特點(diǎn)：控制作用與偏差的變化量成正比，而與偏差的大小無(wú)關(guān)；與比例作用配合使用。微分作用的影響只要微分作用選擇得當(dāng)，能有效減小系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差，但存在穩(wěn)態(tài)誤差12/7/202217第十七頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-控制規(guī)律3控制規(guī)律⑴三種基本控制作用③微分作用（D-Derivative）實(shí)際微分環(huán)節(jié)rxtKdrytTd12/7/202218第十八頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-控制規(guī)律3控制規(guī)律⑵常用PID控制器及其動(dòng)態(tài)特性①比例控制器（P）動(dòng)作迅速，控制作用的大小與偏差量成正比，但存在穩(wěn)態(tài)誤差。②比例積分控制器（PI）特點(diǎn)：消除穩(wěn)態(tài)誤差(I作用)，且動(dòng)作迅速(P作用)。適用廣泛。12/7/202219第十九頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-控制規(guī)律3控制規(guī)律⑵常用PID控制器及其動(dòng)態(tài)特性③比例微分控制器（PD）特點(diǎn)：控制的最終結(jié)果存在穩(wěn)態(tài)誤差，但是微分作用能使控制動(dòng)作超前。只要微分作用選擇得當(dāng)，能有效減小系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差，但存在穩(wěn)態(tài)誤差。適用于要求控制過(guò)程較快結(jié)束、超調(diào)量盡量小，但對(duì)控制精度要求不高的場(chǎng)合。實(shí)際12/7/202220第二十頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-控制規(guī)律3控制規(guī)律⑵常用PID控制器及其動(dòng)態(tài)特性④比例積分微分控制器（PID）PID控制兼有PI和PD控制的優(yōu)點(diǎn)，即能達(dá)到無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差，又保證了動(dòng)作的快速性。如果δ、Ti、Td三個(gè)參數(shù)配合好，就可以取得較好的調(diào)節(jié)效果。但是PID規(guī)律實(shí)現(xiàn)起來(lái)較復(fù)雜。12/7/202221第二十一頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-熱工被控對(duì)象4熱工被控對(duì)象⑴結(jié)構(gòu)參數(shù)與物理特性①慣性時(shí)間T--容積②純遲延時(shí)間τ--傳遞距離③增益K—傳遞阻力，即有無(wú)自平衡能力。⑵動(dòng)態(tài)特性①有一定的慣性和遲延②不振蕩③最終可能平衡，也可能不平衡12/7/202222第二十二頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-熱工被控對(duì)象4熱工被控對(duì)象⑶對(duì)象特性參數(shù)對(duì)控制過(guò)程的影響①慣性時(shí)間T控制通道慣性時(shí)間常數(shù)T小，控制及時(shí)，對(duì)控制有利。干擾通道慣性時(shí)間常數(shù)T大，對(duì)干擾信號(hào)濾波有好處，利于克服干擾。②純遲延時(shí)間τ控制通道τ大，對(duì)控制不利。干擾通道τ大，對(duì)控制有利。

③增益K控制通道增益K大，控制作用得到加強(qiáng)，但同時(shí)易引起系統(tǒng)振蕩，可通過(guò)比例系數(shù)Kp修正。干擾通道增益K大，系統(tǒng)動(dòng)差和靜差增大，對(duì)控制不利，希望小些。

12/7/202223第二十三頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-熱工控制結(jié)構(gòu)5熱工控制系統(tǒng)常見結(jié)構(gòu)⑴單反饋回路12/7/202224第二十四頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-熱工控制結(jié)構(gòu)5熱工控制系統(tǒng)常見結(jié)構(gòu)⑵串級(jí)反饋回路優(yōu)點(diǎn)：①克服內(nèi)擾能力強(qiáng)②改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性

12/7/202225第二十五頁(yè)，共二十九頁(yè)。自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)-熱工控制結(jié)構(gòu)5熱工控制系統(tǒng)常見結(jié)構(gòu)⑶前饋-反饋復(fù)合控制反饋回路決定著系統(tǒng)的穩(wěn)定性12/7/202226第二十六頁(yè)，共二十九頁(yè)?；痣姍C(jī)組主要控制系統(tǒng)12/7/202227第二十七頁(yè)，共二十九頁(yè)。12/7/202228第二十八頁(yè)，共二十九頁(yè)。內(nèi)容梗概一、自動(dòng)控制基礎(chǔ)知識(shí)。鍋爐燃燒過(guò)程控制（燃料、送風(fēng)、引風(fēng)控制）、給水控制、汽溫控制、制粉系統(tǒng)控制。11/22/2022。③前饋（開環(huán)）控制-擾動(dòng)量參與控制。能引起被控量變化的量--擾動(dòng)量或者控制量。前饋（開環(huán)）控制-擾動(dòng)量參與控制。④前饋-反饋復(fù)合控制-被控量、擾動(dòng)量都參與控制。衡量控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的性能指標(biāo)主要包括動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和穩(wěn)態(tài)誤差。±5%或±2%△。a.響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%到90%（常用于不發(fā)生振蕩的場(chǎng)合，如一階慣性環(huán)節(jié)）。b.響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的5%到95%（也用于不發(fā)生振蕩的場(chǎng)合）。c.響應(yīng)曲線從零上升到第一次到達(dá)穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間（常用于有振蕩的場(chǎng)合，如。±5%（或±2%）區(qū)域內(nèi)（即全部進(jìn)入誤差帶內(nèi)），所需要的時(shí)間。響應(yīng)曲線偏離穩(wěn)態(tài)值的最大偏差值。穩(wěn)態(tài)誤差：穩(wěn)定系統(tǒng)誤差的終值，即響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值