第三章 控制对象的动态特性 轮机自动化基础 (武汉理工大学轮机PPT课件
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武汉理工大学轮机自动化船舶主机遥控系统PPT课件
一、主车钟发讯原理 1、气动遥控车钟
凸轮
精密调压阀
图9-3-2 气动遥控车钟原理
第三节 车钟系统及操纵部位的转换
二、主车钟发讯原理 1、气动遥控车钟
两位三通阀
精密调压阀
两位三通阀
图9-3-2 气动遥控车钟原理及 逻辑符号图
第三节 车钟系统及操纵部位的转换
2、电动遥控车钟
（a）
（b）
图9-3-3 指令发送器结构原理和输出特性曲线
第三节 车钟系统及操纵部位的转换
二、车钟系统组成及操纵部位的转换
Joystick
INC AH S T O P
INC AS
Port Wing
Engine telegraph System
Remote Control System
Bridge Room
Joystick
INC AH S T O P
INC AS
1）停油条件
控制主机停油有以下几种情况： 车令与凸轮轴位置不一致，换向停油YRL； 车令与主机转向不一致，制动停油YBL； 停车指令，包括正常停车、应急停车和故障停车,IST； 模拟试验时的停油指令,ST。
所以，停油逻辑表达式可以写成：？
第四节 主机遥控系统的逻辑控制
一、换向控制逻辑
换向控制的逻辑包括：换向鉴别逻辑和换向控制条件
起动 停车
正车换 向
倒车换 向
传令指
操纵系统阀箱
电磁阀/电开 关
气动阀件 液压元件
液压 调速器
主机手动遥控系统结构图
燃油泵齿 条机构 主起动阀 停油装置 换向装置
应急手柄
3．驾驶台遥控：自动遥控
驾驶员操车，操纵人员只需操动一次车钟手柄，自动化设备就会根据主 机当时的运行状态，自动依照主机的操纵规律，实现主机工况的自动控 制与变换，直到主机运行状态同车钟指令完全一致为止。
凸轮
精密调压阀
图9-3-2 气动遥控车钟原理
第三节 车钟系统及操纵部位的转换
二、主车钟发讯原理 1、气动遥控车钟
两位三通阀
精密调压阀
两位三通阀
图9-3-2 气动遥控车钟原理及 逻辑符号图
第三节 车钟系统及操纵部位的转换
2、电动遥控车钟
（a）
（b）
图9-3-3 指令发送器结构原理和输出特性曲线
第三节 车钟系统及操纵部位的转换
二、车钟系统组成及操纵部位的转换
Joystick
INC AH S T O P
INC AS
Port Wing
Engine telegraph System
Remote Control System
Bridge Room
Joystick
INC AH S T O P
INC AS
1）停油条件
控制主机停油有以下几种情况： 车令与凸轮轴位置不一致，换向停油YRL； 车令与主机转向不一致，制动停油YBL； 停车指令，包括正常停车、应急停车和故障停车,IST； 模拟试验时的停油指令,ST。
所以，停油逻辑表达式可以写成：？
第四节 主机遥控系统的逻辑控制
一、换向控制逻辑
换向控制的逻辑包括：换向鉴别逻辑和换向控制条件
起动 停车
正车换 向
倒车换 向
传令指
操纵系统阀箱
电磁阀/电开 关
气动阀件 液压元件
液压 调速器
主机手动遥控系统结构图
燃油泵齿 条机构 主起动阀 停油装置 换向装置
应急手柄
3．驾驶台遥控：自动遥控
驾驶员操车，操纵人员只需操动一次车钟手柄，自动化设备就会根据主 机当时的运行状态，自动依照主机的操纵规律，实现主机工况的自动控 制与变换，直到主机运行状态同车钟指令完全一致为止。
轮机自动化复习资料.ppt
Pmax-Pmin—调节器输出最大变化范围，即仪表的工作范围。
比例带PB
被控量相对其满量程的变化量 调节器输出量相对其满量程的变化量
例如PB=100%，说明被控量变化全量程的100%，即变化全量程， 调节器使调节阀开度变化全行程。
若PB=50%，说明பைடு நூலகம்控量变化全量程的一半，调节器就使调节阀开度 变化全行程。
A、0.55MPa C、0.65MPa
B、0.60MPa D、0.74MPa
调节器基本作用规律
比例 PB
PB e /( X max X min ) 100% P /( Pmax Pmin )
2024/10/10
例：一比例电动温度调节器，其量程是100-2000C，调 节器输出电流为0-10mA，当指示值从1400C变化到 1600C时，相应调节器输出电流从3 mA变化到8 mA， 则：
dh dt
|t 0
K
T
单容控制对象受到相同的阶跃扰动之后，知其飞升曲
线，通过比较可得其参数
h
K、F、T、R关系
例题
1 2
t
3.双位控制系统中，用YT-1226压力调节器
2024/10/10
P
PZ
PX
0.07 (0.25 0.07) x 10
例：在双位控制系统中，用YT-1226压力调节器检测压力 信号，若压力下限调在0.45MPa，幅差旋钮调在7格上， 则压力上限值是( )，其中幅差范围0.07~0.25MPa。
3%时，调节器输出立即从0.08MPa减小到0.068MPa，
8min后调节器输出降至0.044MPa，则该调节器的PB和
Ti分别是
A、PB=500%，Ti=8min
(武汉理工,轮机工程,船舶柴油机,主动力推进装置)lecture 3优秀课件
24
活塞运行过程的变形
变形的原因 1）气体力作用； 2）侧推力作用； 3）裙部金属堆积（活塞销座）
21.11.2020
25
筒形活塞裙部形状
变形情况： 设计方法 (1)短轴在活塞销中心线上
(2)销座周围的裙部表面内凹
21.11.2020
26
2.2.2 活塞组
活塞组的工作条件 活塞本体的常用材料 筒状活塞组 十字头式柴油机活塞组
10
活塞组的工作条件
受气体力、往复惯性力以及侧推力的周期性作用；
高温燃气体周期加热，使活塞材料的强度降低， 同时触火面产生热变形和很大的热应力；
和气缸之间不可能建立液体动力润滑。筒状活塞 式柴油机的侧推力使活塞不断撞击气缸套，引起 活塞变形和气缸套振动。在中、高速柴油机中往 复惯性力，使得振动加剧。
主要固定件 主要运动件 配气机构及换气系统 燃油系统 润滑系统 冷却系统 起动及控制系统
3
主要运动件
主要运动件
中小型柴油机
活塞 连杆组成
曲轴
作用：将往复运动变为曲轴 的回转运动，使燃气推动活 塞的动力通过曲轴以回转的
方式向外输出。
大型低速柴油机
十字头组件
21.11.1.2020
21.11.2020
11
活塞组件的要求
活塞组件的要求 活塞强度高刚度大，尽可能减轻重量 气密可靠 冷却效果好 摩擦损失小 耐磨损，较少的润滑油消耗量 良好的润滑、较小的磨损
21.11.2020
12
活塞本体材料
1. 合金铸铁（铸钢）：较高的机械强度、较小 的热膨胀系数以及良好的耐磨和耐腐蚀性能， 价格低廉，工艺性好，但密度大，吸热性和 导热性差
(表面足够硬度，内部较高韧性)
轮机自动化课件
一自动控制基础知识一、选择题1 不可作为气动或电动控制系统标准信号的有___B___。
A．0.02～0．1MPa B．0.02～0．1Pa C. 0～10mA D．4～20mA 2 一个环节的输出量变化取决于____A____。
A．输入量的变化 B．反馈量 C．环节特性 D．A+C3 在定值控制系统中为确保其精度，常采用____C____。
A．开环控制系统 B．闭环正反馈控制系统C．闭环负反馈控制系统 D．手动控制系统4 反馈控制系统中，若测量单元发生故障而无信号输出，这时被控量将____D___。
A．保持不变 B．达到最大值 C．达到最小值 D.不能自动控制5 对于自动控制系统，最不利的扰动形式是____A____。
A．阶跃输入 B．速度输入 C．加速度输入 D．脉冲输入6 在反馈控制系统中，调节单元根据____B____的大小和方向，输出一个控制信号。
A．给定位 B．偏差 C．测量值 D．扰动量7 按偏差控制运行参数的控制系统是____B____系统。
A．正反馈 B．负反馈 C．逻辑控制 D．随动控制8 一个控制系统比较理想的动态过程应该是____A____。
A．衰减振荡 B．等幅振荡 C．发散振荡 D．非周期过程9 在反馈控制系统中，为了达到消除静态偏差的目的，必须选用____B____。
A．正反馈 B. 负反馈C．在偏差大时用正反馈 D．在偏差值小时用负反馈10 在反馈控制系统中，执行机构的输入是____B____。
A．被控参数的实际信号 B. 调节器的输出信号C．被控参数的偏差信号 D．被控参数的给定信号11 反馈控制系统中，为使控制对象正常运行而要加以控制的工况参数是____B____。
A.给定值B.被控量C.扰动量D.反馈量12 气动控制系统中，仪表之间的统一标准气压信号是____A____A．0.02~0.1MPa B．0.2~1．0MPa C．0．02~0．14MPa D．0.2~1．4MPa 13 在柴油机冷却水温度控制系统中，其控制对象是____C____。
轮机自动化基础讲义
开环控制系统精度不高和适应性不强的主要原因是缺少从系统输出到输入的 反馈回路。若要提高控制精度，必须把输出量的信息反馈到输入端，通过比较输入 值与输出值，产生偏差信号，该偏差信号以一定的控制规律产生控制作用，逐步减 小以至消除这一偏差，从而实现所要求的控制性能。 控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程，既控制系统的 输出量对系统的控制作用有影响，即反馈(feedback)。因此，又称为反馈控制。 以液箱水位控制系统为例：
（4）脉冲输入：
1 r (t ) h 0
(0 t h ) (t 0, t h)
r (t ) A sin t （5）正弦输入： 其中，阶跃输入对系统的工作最为不利。 4．自动控制系统过渡过程的性能要求
方法：给系统施加阶跃输入，得到系统过渡过程曲线，分析系统过渡过程的各 项性能指标。 采用阶跃输入的原因： （1）信号的阶跃变化在实际中比较常见（近似的阶跃变化） ； （2）阶跃信号的数学处理比较简单； （3）阶跃输入对系统的工作最为不利。 一般说来，对系统品质指标的基本要求可以归纳为三个字：稳、准、快。评定 系统过渡过程性能指标的三个方面： （1）稳定性； （2）准确性； （3）快速性。 （1）稳定性：系统受到扰动之后能够恢复到稳定状态的能力。实际控制系统，至少 要求是率减过程或非周期过程，以率减为佳。 评定指标：衰减率 φ，衰减比N （a）定值控制系统：给定值不变，外部扰动发生阶跃变化； （b）随动控制系统：假定外部扰动不变，给定值阶跃变化。 （2）准确性：被控量偏离给定值的程度 评定指标： （a）定值控制系统：最大动态偏差emax；静态偏差Δys （b）随动控制系统：最大动态偏差emax；超调量δ；静态偏差Δys 。 （3）快速性： 评定指标：过渡过程时间 ts——从扰动发生到被控量又重新趋于稳定达到新的 平衡态所需的时间。
第三章 控制对象的动态特性
t = t 0 时刻控制阀 Ｖ１ 的开度突然增大 ∆µ 0 ，流入水量在同一 µ 时刻也有相应的增量 ∆Q1 ，如果没有传递时延，将直接流入 水箱，这时水箱水位在 t 0 时刻即开始变化，其过渡过程曲线
如图 ３－４ 上曲线 １ 所示。 但由于在进水阀与水箱之间存在着管路， ∆Q1 必需经
∆µ 0
0
t0 t
1 2
过一段时间才能进入水箱，所以水位 h 将延迟到 t1 时刻才开 始变化，如图 ３－４ 上曲线 ２ 所示，其中τ 是传递时延时间。 为了便于分析，往往把传递时延作为整个控制对象的一 h 个独立环节，如图 ３－５ 所示。 传递时延可以发生在水箱的流入侧（控制侧） ，也可以 0 发生在流出侧（负载侧） ，或者两侧都有。若时延出现在控 制侧，控制作用不能及时引起被控量的变化，容易产生过调。 若时延出现在负载侧，则负载变化产生的被控量的偏差信号 不能及时使控制器动作，也容易造成被控量变化过大。所以 时延对控制过程是一种不利因素。在设计控制系统或采用主 要设备时，应尽量减少控制对象的传递时延。 ４．单客控制对象的数学模型
第三章
控制对象的动态特性
控制对象又称调节对象，为了分析自动控制系统，首先要了解控制对象的静态特性与动态 特性。 在轮机自动控制系统中有很多不同形式的控制对象，如柴油机、锅炉、发电机、液箱等。 对不同控制对象有不同的要求，需配备适当的控制器（又称调节器） ，以获得良好的控制效果。 尽管控制对象的类型很多，但一般可分为简单对象与复杂对象。所谓简单对象指只有一个储能 元件，其动态特性可用一阶微分方程式表达。以液箱这类在轮机自动化系统中最常见的控制对 象而言，可以用单容液箱来比拟，所以有时简单控制对象称为单容对象。而复杂控制对象具有 两个以上的储能元件，故其动态特性需以二阶或二阶以上微分方程来表述。对液箱这种控制对 象，相当于存在二个或二个以上容器的情况，故复杂控制对象又称为多容对象。
《轮机自动化》考试大纲
4.1.1直接作用式冷却水温度控制系统
4.1.1.1 WALTON恒温阀结构、组成及对气缸冷却水温度进行控制的原理
√
4.1.1.2 WALTON恒温阀管理和维护要点及对常见故障的分析和排除方法
√
4.1.2气动比例调节器控制的冷却水温度控制系统
4.1.2.1 TQWQ型温度三通调节阀控制系统组成、工作原理、调整给定值和整定比例带的方法
5.5.1主起动逻辑控制：主起动逻辑回路的起动逻辑条件，包括起动的准备逻辑条件和起动的鉴别逻辑
√
√
5.5.2重复起动程序控制：重复起动的概念，起动失败的种类，重复起动的实现方案，电、气动重复起动逻辑回路实例
√
√
5.5.3重起动逻辑控制：重起动逻辑条件，了解重起动的实现方法
√
√
5.5.4慢转起动逻辑控制：慢转的概念和作用，慢转起动的逻辑条件，慢转起动的实现方案及其实例
√
√
３.4.4 PID调节器参数的工程整定方法
√
√
３.4.5比例带、积分时间和微分时间对控制系统动态过程的影响
√
√
３.5气动执行机构
３.5.1气动薄膜调节阀的组成、工作原理
√
√
３.5.2气动薄膜调节阀的作用形式（气开式、气关式调节阀，正作用、反作用）
√
√
４.船舶机舱自动控制系统实例
４.１主机冷却水温度控制系统
√
６.集中监视与报警系统
6.1集中监视与报警系统的基本概念、功能与分类
√
√
6.2常用传感器
6.2.1船舶机舱常见温度传感器的测温原理、转换电路及其补偿措施
√
√
6.2.2船舶机舱常见压力传感器的结构及其压力检测原理
4.1.1.1 WALTON恒温阀结构、组成及对气缸冷却水温度进行控制的原理
√
4.1.1.2 WALTON恒温阀管理和维护要点及对常见故障的分析和排除方法
√
4.1.2气动比例调节器控制的冷却水温度控制系统
4.1.2.1 TQWQ型温度三通调节阀控制系统组成、工作原理、调整给定值和整定比例带的方法
5.5.1主起动逻辑控制：主起动逻辑回路的起动逻辑条件，包括起动的准备逻辑条件和起动的鉴别逻辑
√
√
5.5.2重复起动程序控制：重复起动的概念，起动失败的种类，重复起动的实现方案，电、气动重复起动逻辑回路实例
√
√
5.5.3重起动逻辑控制：重起动逻辑条件，了解重起动的实现方法
√
√
5.5.4慢转起动逻辑控制：慢转的概念和作用，慢转起动的逻辑条件，慢转起动的实现方案及其实例
√
√
３.4.4 PID调节器参数的工程整定方法
√
√
３.4.5比例带、积分时间和微分时间对控制系统动态过程的影响
√
√
３.5气动执行机构
３.5.1气动薄膜调节阀的组成、工作原理
√
√
３.5.2气动薄膜调节阀的作用形式（气开式、气关式调节阀，正作用、反作用）
√
√
４.船舶机舱自动控制系统实例
４.１主机冷却水温度控制系统
√
６.集中监视与报警系统
6.1集中监视与报警系统的基本概念、功能与分类
√
√
6.2常用传感器
6.2.1船舶机舱常见温度传感器的测温原理、转换电路及其补偿措施
√
√
6.2.2船舶机舱常见压力传感器的结构及其压力检测原理
第一章(新) 轮机自动化基础 课件(武汉理工大学轮机工程)
ST
§1-2
1. 开环控制系统
自动控制的基本方式
Fig.1-1◎
控制系统的输出对系统的控制作用没有影响。 (1)按给定值进行控制 (2)按扰动补偿进行控制 2．闭环控制系统 Fig.1-2◎
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 反 馈控制。 馈控制
ST
y
t 平衡状态 平衡 状态 过渡过程
fig.1-8 自动控制系统过渡过程曲线
ST
(a)
(b)
(c)
fig.1-14 过程曲线基本类型
(d)
ST
§1-4
自动控制的性能指标
3．自动控制系统的典型输入信号 为便于系统分析，定义几种常见的系统输入信号： （1）阶跃输入： （2）速度输入 ： Fig.1-9◎ Fig.1-10◎
机舱控 制室
主机组全气 遥控系统
§1-1
引言
所谓自动控制，是指在没有人参与的情况下利用控制器 使被控对象（即生产设备或生产过程）自动地按预定的规 律运行。包括参数控制和程序控制 例如： （1）锅炉水位和压力保持在规定的范围或设定值上； （2）船舶的舵角按发出的舵令变化； （3）柴油主机的起动按规定的操作规程进行； （4）分油机的排渣过程按预定的程序进行。
ST
V2
Q2
H F
V1 Q1
图1-1 液位控制系统示意图
ST
V2
+E
Q2
浮子
H 电动机 控制器 +E F
V1 Q1
图1-2 液位控制闭环系统示意图
ST
§1-2
3．复合控制
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热阻： R dt dq
返回本节
1.容量系数与阻力系数
1.容量系数与阻力系数
2.单容量控制对象的数学模型
2.单容量控制对象的数学模型
2.单容量控制对象的数学模型
2.单容量控制对象的数学模型
2.单容量控制对象的数学模型
2.单容量控制对象的数学模型
2.单容量控制对象的数学模型
2.单容量控制对象的数学模型
1 容量系数与阻力系数
现象1：
1 Q1
1 Q1
Fh
2
Fh
Q2
不同大小的水柜容纳水的能力不同。
2 Q2
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1.容量系数与阻力系数
1 容量系数与阻力系数
现象2：
1 Q1+ΔQ
Δh
Fh
给水量Q1增大导致液位h上升 的原因：存在阻力。
2 Q2 +ΔQ
液位h上升又将克服阻力，使 Q2增大ΔQ ，直至Q2 =Q1 。
22
谢谢大家
荣幸这一路，与你同行
It'S An Honor To Walk With You All The Way
演讲人：XXXXXX
时 间：XX年XX月XX日
23
3.自平衡率
4.纯时延
4.纯时延
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
第三章 控制对象的动态特性
ST
3-1.单容控制对象
• 船舶机舱中：压力水柜、燃油柜、空气瓶、 加热炉；
• 为方便起见，以单容水柜为例展开讨论， 所的结论同样适用于其他物理类型的控制 对象；如热容、气容和电容等。
1 Q1
h
F
2
Q2 Fig. 3-1 单容控制对象（水柜）示意图
返回最近
3-1.单容控制对象
为使流量增大ΔQ ，阻力越大， 所需增加的Δh也越大。
QhR h
R
Q
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1 物质或能量运动的动力与因此而产生
的物质或能量的流量之比。
液阻： R dh h dQ2 Q
对应不同的高度，阻力 系数不同。此即阻力系 数的非线性。
电阻： R du di
气阻： R dp dq