《热工被控对象》课件 .pptVIP

热工被控对象概述热工被控对象是工业自动化和控制系统中的核心组成部分，主要涉及温度、压力、流量和液位等热能参数的控制过程。这些对象在火电厂、化工厂、冶金行业和暖通空调系统等领域有广泛应用。本课程将深入探讨热工被控对象的基本特性、数学建模、动态分析和控制策略，帮助学生建立系统的理论框架，并通过实际工程案例加深对热工控制系统的理解。通过学习，您将掌握热工被控对象的基本特性、数学模型、动态特性分析与控制系统设计方法，为今后从事热工自动化领域的工作奠定坚实基础。

课程目标和内容理论基础掌握热工被控对象的基本概念、分类、特性及其数学描述方法，理解热工过程的动态和静态特性，培养系统分析能力。建模技能熟悉热工被控对象的理论建模和实验建模方法，能够应用阶跃响应法、频率响应法等技术对实际系统进行建模，培养工程应用能力。控制设计学习不同类型热工被控对象的控制策略选择和参数整定方法，掌握复杂热工系统的控制方案设计，提高工程实践能力。实际应用通过分析火电厂、化工、冶金等行业的实际案例，培养学生将理论知识应用于实际工程问题的能力，增强工程意识和创新思维。

什么是热工被控对象？定义热工被控对象是指在工业生产过程中，需要对其热能参数（如温度、压力、流量、液位等）进行控制的设备或系统。它是热工自动化控制系统中被控制的对象，包括锅炉、热交换器、蒸汽管网、反应釜等。基本概念热工被控对象通常表现出特定的动态特性，如惯性、滞后、自平衡性等。这些特性决定了对象的响应速度、稳定性和控制难度。理解这些特性是设计有效控制系统的基础。系统地位在自动控制系统中，热工被控对象是整个闭环控制的核心。控制器根据被控对象的特性进行设计，执行器作用于被控对象，而检测装置则测量被控对象的输出参数，形成完整的控制回路。

热工被控对象的重要性工业过程应用广泛热工被控对象在电力、化工、冶金、建筑、食品加工等众多行业中扮演关键角色。火电厂的锅炉系统、化工厂的反应釜、钢铁厂的高炉以及民用建筑的空调系统都是典型的热工被控对象，其正常运行直接影响产品质量和生产效率。影响能源利用效率热工被控对象的控制质量直接关系到能源利用效率。精确的控制可以减少能源浪费，降低生产成本，减少环境污染，促进可持续发展。例如，锅炉燃烧系统的优化控制可以显著提高热效率，降低煤耗。决定控制系统设计热工被控对象的特性决定了控制系统的设计方案。不同的热工对象可能具有不同的动态特性，如大惯性、大滞后或非线性等，这就要求针对其特点选择合适的控制策略和参数整定方法。

热工被控对象的基本特征123惯性特性热工被控对象通常表现出明显的惯性特性，表现为系统对输入变化不能立即做出完全响应，而是需要一段时间才能达到稳定状态。这种特性通常可以用一阶或高阶惯性环节来描述，时间常数反映了系统响应的快慢。迟延特性许多热工对象存在纯滞后现象，即系统在接收到输入信号后，经过一段时间才开始响应。这种滞后通常由物料传输、热传导过程或测量环节引起，对系统的控制难度增加显著。自平衡能力自平衡特性指系统在受到干扰后能否自动恢复到原来的平衡状态。自平衡系统在接收到阶跃输入后，输出最终会稳定在新的平衡点；而不自平衡系统（如积分型系统）则会持续变化，不会自行稳定。

热工被控对象的分类按物理特性分类温度类对象：如加热炉、热交换器等，主要控制温度参数压力类对象：如锅炉蒸汽压力、压缩空气系统等流量类对象：如给水系统、燃料供应系统等液位类对象：如锅炉汽包水位、储液罐液位等按控制目标分类稳定控制型：维持被控参数在设定值附近程序控制型：按预定程序改变被控参数优化控制型：使某个性能指标达到最优安全控制型：防止系统超出安全范围按动态特性分类一阶惯性系统：如简单的热容系统二阶惯性系统：如带二次延迟的热交换器高阶惯性系统：如多级热交换复杂系统纯滞后系统：如长管道传输系统

热工被控对象的数学描述1传递函数描述传递函数是描述热工被控对象输入与输出关系的重要工具，它将时域中的微分方程转换为s域中的代数方程，便于系统分析与控制器设计。一阶惯性系统的传递函数为G(s)=K/(Ts+1)，其中K为增益，T为时间常数。2微分方程描述微分方程直接描述系统状态变量随时间的变化关系，能够反映系统的内部状态和动态过程。例如，一阶温度系统可表示为C(dθ/dt)+Kθ=Q，其中C为热容，θ为温度，K为散热系数，Q为热源功率。3状态空间模型状态空间模型使用一组一阶微分方程描述系统，更适合表达多输入多输出系统和计算机仿真。标准形式为dx/dt=Ax+Bu，y=Cx+Du，其中x为状态向量，u为输入，y为输出，A、B、C、D为系数矩阵。

线性化和小偏差原理非线性系统的普遍性实际的热工被控对象通常是非线性的，如温度与热流密度的关系、压力与流量的关系等都呈现非线性特性。这些非线性使得系统分析和控制器设计变得复杂，需要采用线性化方法进