热工自动调节系统的分析与整定.ppt

热工自动调节系统的分析与整定 单回路控制系统结构图 被控值Y(t) U(t) 偏差值 E(t) 给定值R(t) 测量值Z(t) 控制器 检测与变送仪表 执行机构 被控过程 Q(t) 被控变量 - these are the variables which quantify the performance or quality of the final product, which are also called output variables. 调节变量 - these input variables are adjusted dynamically to keep the controlled variables at their set-points. Control Terminology 注意：千万别说控制变量 容易搞混 Mathematical Model (Eykhoff, 1974)(艾克霍夫) System Identification：Parameter and State Estimation “a representation of the essential aspects of an existing system (or a system to be constructed) which represents knowledge of that system in a usable form” Everything should be made as simple as possible, but no simpler. -- Albert Einstein 尽量简洁，然过犹不及 建 模 的 基 本 原 则 模型方程是真实过程最好的近似. Adage: “All models are wrong, but some are useful.” 建模过程需要折中： 一方面要兼顾模型精确性和复杂性的矛盾 一方面要考虑建模的代价和模型最终产生的效益 Process modeling is both an art and a science. Creativity is required to make simplifying assumptions that result in an appropriate model. 先验知识 OK: Use it! 试验设计 数据 模 型 形 式 精 度 要 求 模型计算 模型验证 Not OK Revise 建模要素 热工对象的动态特性及调节系统性能指标 热工对象动态特性的特点 （1）热工设备作为一个调节对象，它必须是一个不振荡环节。 （2）一般用解析的方法很难得到动态特性的精确表达式，常用阶跃响应曲线（飞升曲线）来获得对象的动态特性。 （3）一般是多输入对象，施加的扰动不同，飞升曲线也不同。因此，一般需做最主要的扰动即内部扰动下的动态特性。 （4）典型的热工对象的飞升曲线有两种：一是有自平衡能力的对象，二是无有自平衡能力的对象。 有自平衡能力的对象 延迟时间τ 自平衡系数ρ=1/K=x0/y∞ 时间常数T 传递函数: 无自平衡能力的对象 延迟时间τ 响应时间Ta 传递函数: 建立热工过程属性模型的方法 机理法建模 根据生产过程中实际发生的变化过程，写出各种有关的平衡方程。如能量平衡方程，热平衡方程…… 测试法建模 只用于建立输入输出模型。它是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。它的主要特点是把被研究的对象视为黑匣子，完全从外部特性上测试和描述它的动态特性，不需要深入掌握其内部机理。 PID控制器 当今的自动控制技术都是基于反馈的概念。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关心的变量，与期望值相比较，用这个偏差纠正调节控制系统的响应。 PID控制器的原理就是根据偏差和偏差的变化率来计算控制率的。 process Differential Integral Proportional SP CV MV + - E PID 优点 原理简单，使用方便 适应性强 鲁棒性强 控制品质对被控对象的特性变化不大敏感 比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。根据设备有所不同，比例带一般为2～10％(温度控制)。但是，仅仅是P控制的话，会产生下面将提到的off set (稳态误差)，所以一般加上积分控制(I)，以消除稳态误差