3调速与动力系统自动化分析.ppt

输出扭矩是喷油量和曲轴角速度的函数，而喷油量与喷油泵齿条位置有关，故输出扭矩是齿条位置和曲轴角速度的函数，即： 将其泰勒展开，并线性化，得到： 一般情况下，阻力矩可以写成角速度和其负载特性的函数，类似地，也可展开成： 根据小扰动线性化： 结合前面推导可得： 令： 公式变化为： 根据前面的推导： 与额定工况进行比较，令： 得到： 针对额定工况，统一除以额定扭矩 根据 设定参数： 柴油机加速时间常数，指空载条件下，喷油泵齿条在额定供油量位置，柴油机从速度为零到达额定转速需要的时间。 柴油机自稳定系数，指没有调速器时，柴油机自动维持转速稳定的能力。 发动机特性系数，表示发动机喷油泵齿杆单位行程引起的输出转矩变化大小。 阻力矩系数，表示发动机阻力矩变化的大小 得到公式： 对于公式： 简化处理认为 ， 是柴油机负载变化量相对于标定工况即额定工况下负载的比值，其值范围为0~1。 将式进行拉氏变换，得到： 至此，我们可以得到柴油机转速与齿条位移及负载变化率（可以视为扰动）的关系。 柴油机是周期性工作的，从喷油泵齿条位移改变到柴油机发出相应地扭矩必然有延迟时间。因此，还需在上式加入一个延时环节，假定为纯滞后环节；此外，柴油机的输出转速与喷油泵齿条位移之间应有一个放大环节，设放大倍数为K，则上式变为： 公式中几个参数的确定 延迟时间τ： 喷油开始于发火上止点之前，而柴油机在发火上止点之后开始做功，最大扭矩发生在上止点之后约90°曲轴转角处，这会造成时间滞后;此外，当齿条位移变化时，若某缸恰好喷油完毕，则此时其工作扭矩与齿条位移无关，这段延迟时间取决于柴油机的转速、气缸数以及冲程数。可用下式估算： 自平衡系数Tg： 理想化地，使柴油机自平衡系数为1 加速时间常数Ta: 由下式计算： 柴油机大范围变动下的动态分析 根据达兰贝尔原理： 柴油机扭矩的速度特性 扭矩与速度的关系比较复杂，为简单起见，近似为线性 动力系统控制原理 动力系统模型与分析 动力系统控制原理 控制系统基本概念 控制系统数学表达的方式 控制系统时频分析 动力系统模型描述 控制系统基本概念 系统结构和性能指标 开环控制系统 控制系统的输出对系统的控制作用没有影响。 按给定值进行控制 按扰动补偿进行控制 闭环控制系统 控制系统的输出对系统的控制作用有影响，即控制器的输出作用于控制对象，控制对象的输出（系统的输出）将送回到控制器，控制器根据偏差进行控制。因此，又称为反馈控制。 复合控制 在一个控制系统中同时采用开环控制和闭环控制。 开环控制——粗调 闭环控制——细调 自动控制系统的基本形式 反馈控制系统的组成 控制对象：被控制的设备或过程（冷却器）。系统的输出就是指被控对象的输出（或称被控量）。 控制器（或称调节器）：根据偏差按一定规律输出控制量，送至执行机构。它有两个输入，即设定值输入和测量值输入。偏差=设定值－测量值 执行器（执行机构）：接受控制器送来的控制信号，驱动调节机构，作用于被控对象。 测量变送器（测量单元）：将被控对象的物理输出量，即 被控量转换为标准信号输出（也称测量输出），送到调节器，作为反馈信号。 柴油机气缸冷却水温度手动控制过程 冷却器 三通阀 淡水泵 主机 眼 脑 手 海水入口 海水出口 柴油机气缸冷却水温度自动控制过程 冷却器 三通阀 淡水泵 主机 手 海水入口 海水出口 温度变送器 调节器 执行机构 反馈控制系统的结构框图 特点： 信号传递的单向性； 闭合回路（闭环系统）； 负反馈：反馈通道的信号与前向通道的信号相减。反之，则为正反馈。 控制单元根据偏差进行控制，因此又称偏差驱动。 若控制单元、测量单元和执行单元合为一体，则称为基地式控制仪表；若三者分开，则称为组合式控制仪表。 自控系统结构框图 e(t)——偏差信号 e(t)=r(t)-b(t) y(t)——被控量 p(t)——控制量 f(t)——扰动量 控制 单元 执行 单元 控制 对象 测量 单元 p(t) q(t) y(t) b(t) r(t) e(t) + - f(t) 复合控制方框图 控制 装置 执行 机构 控制 对象 反馈 装置 被控量 给定信号 + - 前馈 装置 扰动 补偿 外部 扰动 反馈控制系统的分类 按给定值的形式：定值控制、程序控制、随动控制 按动作方式：连续控制、断续控制 按控制精度：有差调节、无差调节 按变量数：单变量控制、多变量控制 按系统性质：线性控制系统、非线性控制系统 按应用理论： 基于经典理论的控制 基于现代控制理论的控制（最优控制、自适应控制） 智能控制（模糊、神经、专家、自学习控制） 自动控制系统的状态 自动控制系统的稳态和动态 稳态——被控量不随时间而变化的平衡状态（静态）