热工自动控制系统的投运和优化.doc

热工自动控制系统的投运和优化
热控专业分类
一、自控基础知识
二、控制参数对控制过程的影响
三、热工对象特性对控制过程的影响
四、控制方案的设计
五、控制系统的投运及注意事项
六、调节品质的优化
一、自控基础知识

以电厂汽包炉的水位控制为例,控制的任务是保持汽包水位在正常值,使机组能安全运行。为了维持汽包水位在正常值,就需要经常调整给水量的大小。水位控制的任务可以用如下两种方法实现。
汽包水位自动控制
汽包水位人工控制

按信号的结构特点,控制系统可以分为反馈控制系统、前馈控制系统和前馈—反馈复合控制系统。
反馈控制系统反馈控制系统是根据被控量和给定值的偏差进行控制,最终使偏差为零,达到被控量等于给定值的目的。因为反馈控制系统是将被控量反馈到控制器的输入端,形成了闭合回路,所以反馈控制系统也一定是闭环控制系统。一个复杂的控制系统,可能由多个反馈信号组成多个闭合回路,称为多回路反馈控制系统。
前馈控制系统前馈控制系统是根据可测量的扰动信号直接进行控制,扰动量是控制的依据。由于它没有被控量的反馈信号,不形成闭合回路,所以这是一种开环控制系统,不能保证被控量的控制精度。在实际生产过程的自动控制中,前馈控制系统通常不单独使用。
前馈与反馈的差别:1)调节的依据不同 2)调节的效果不同 3)系统的结构不同 4)实现的可能性及经济性不同。
前馈-反馈复合控制系统在反馈控制系统的基础上,增加了对于主要扰动的前馈控制,构成了前馈-反馈复合控制系统。当扰动发生后,前馈控制器能及时消除外部扰动对被控量的影响。另外,反馈控制器能保证被控量较精确地等于给定值,改善了被控量的控制精度。


单调过程被控量单调变化,缓慢地到达新的稳态值(即新的平衡状态)。这是一种稳定的控制系统。
衰减振荡过程被控量的动态过程是一个振荡过程,但是振荡的幅度不断在衰减。到过渡过程结束时,被控量能达到新的稳态值。该系统也是一种稳定的控制系统。
不衰减振荡过程被控量持续振荡,始终不能达到新的稳态值。称系统处于临界稳定状态。如果振荡的幅度非常小,在生产过程允许的范围内,则认为是稳定的系统;如果振荡的幅度较大,生产过程不允许,则认为是一种不稳定的系统。
t
t
t
t
y(t)
y(t)
y(t)
y(t)
a
b
c
d
渐扩振荡过程被控量不但是一个振荡过程而且振幅越来越大,这是一种典型的不稳定过程。设计完毕的自动控制系统要绝对避免出现这种情况。
一般说来,设计出来的较为合理的自动控制系统,其动态特性多属于前两种情况。

衡量控制系统动态响应的性能指标主要包括动态性能指标和稳态误差。用系统单位阶跃响应的各项指标来表征。
动态性能指标
①上升时间tr
有如下三种定义:
%到90%(常用于不发生振荡的场合,如一阶惯性环节);
%到95%(也用于不发生振荡的场合);
(常用于有振荡的场合,如
二阶振荡环节等)。
t
±5%或±2%△
ts
tp
tr
Mp
y(t)
1
M3
②峰值时间tp
是指响应曲线到达过调量的第一个峰值所需时间。
③调节时间ts
又称为过渡过程时间,是指响应曲线开始全部进入接近稳态值的±5%(或±2%)区域内(即全部进入误差带内),所需要的时间。
④最大超调量σp:响应曲线偏离稳态值的最大偏差值。
⑤衰减率Ψ
指响应曲线经过一个衰减周期后,振幅的相对减小量。即第一、二次正向振幅衰减了的比率。
⑥振荡次数指响应曲线在0~ts时间内,穿越稳态值次数的一半。
稳态误差:稳定系统误差的终值,即响应的稳态值与给定值之间的偏差。它是衡量系统最终控制精度(准确性)的重要性能指标。
对于定值控制系统,稳态误差等于给定值减去稳态值。

为了满足生产过程的要求,我们希望控制系统的动态过程不仅是稳定的,并且希望过渡过程的调节时间越短越好,振荡幅度越小越好,衰减得越快越好。
因此,对于一个自动控制系统的性能要求可以概括为以下三个方面:稳定性、快速性和准确性。
稳定性:对于自动控制系统地最基本的要求是系统必须是稳定的,不稳定的系统是不能进行工作的。
快速性:在系统稳定的前提下,我们希望控制过程能尽快结束。但也要注意保证动态偏差(超调量)也不能过大。
准确性:要求系统的动态偏差和稳态误差都越小越好。当与快速性发生矛盾时,应兼顾两方面的要求。


比例作用(Proportional)
微分