《热工过程自动控制技术》章节件三章节
《热工过程自动控制技术》课件第五章
5.快速减负荷和机组快速甩负荷：P216
• (1)快速减负荷RB： • (2)机组快速甩负荷FCB：
①FCB甩负荷至10%MCR： ②发电机冷却水失去时的FCB：
6.主燃料跳闸：P218
重庆电力高等专科学校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE 2013-9-10
热工过程自动控制技术
FSSS的组成
显示操作盘 检测仪表 执行机构 逻辑系统
重庆电力高等专科学校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE 2013-9-10
热工过程自动控制技术
炉膛爆炸的原因及防止
(一)炉膛爆燃(外爆)： P204
• • • • 1.锅炉爆燃的条件： 2.锅炉爆燃的原因： 3.可燃混合物的积存： 4.防止炉膛爆测 (3)故障检测
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热工过程自动控制技术
光电转换
重庆电力高等专科学校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE 2013-9-10
热工过程自动控制技术
处 理 机 架
重庆电力高等专科学校 CHONGQING ELECTRIC POWER COLLEGE 2013-9-10
热工过程自动控制技术
FSSS的主要功能
1. 炉膛吹扫：P213 2.燃油系统控制：P214 3.给粉机控制： P216 4.运行工况监视：P216
热工过程自动控制技术2015530重庆电力高等专科学校chongqingelectricpowercollege火焰检测装置3故障检测热工过程自动控制技术2015530重庆电力高等专科学校chongqingelectricpowercollege光电转换热工过程自动控制技术2015530重庆电力高等专科学校chongqingelectricpowercollege热工过程自动控制技术2015530重庆电力高等专科学校chongqingelectricpowercollegefsss的主要功能4
《热工过程自动控制》课程教学大纲(本科)
热工过程自动控制Automatic Control of Thermal Process课程代码：02410069学分：3学时：48 （其中：课堂教学学时：44实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：能源与动力工程控制基础适用专业：能源与动力工程教材：《热工过程自动控制》（自编讲义）一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热工过程自动控制》是能源与动力工程专业教学计划中重要的专业技术基础课，它是在自动化技术、计算机技术、通讯技术、电子技术、传感技术、测量技术、先进制造技术、管理学等课程知识的基础上，将自动控制原理应用到热工过程的一门应用科学。
通过本课程的学习，使学生掌握热工过程自动控制的基本原理以及必要的理论知识和工程实践能力，为学生毕业后从事本专业以及相关专业方面的工作打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析热工过程自动控制中的复杂工程问题。
课程目标2：能够针对热工过程自动控制中的复杂工程问题，选择恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，提出热工过程自动控制的解决方案、预期的实现目标以及控制质量的综合评定，并能够理解其局限性。
课程目标3：能够就热工过程自动控制中的复杂工程问题与业界同行进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达和解释。
（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业专业必修课程填写）1.毕业要求3：系统掌握本专业领域宽广的、必需的技术理论基础，主要包括机械和力学理论（机械原理、机械设计、理论力学、材料力学）、能源动力工程理论、热流体理论（热力学、流体力学、传热学）、电工电子和自动控制理论以及必要的计算机知识。
2.毕业要求4：掌握本专业领域方向所必需的专业知识和基本技能，了解学科前沿及发展趋势，并对其它相关专业方向的有关知识有一定了解。
3.毕业要求5：具有设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析。
热工过程自动控制前三章教案 -经典教材
特点：以传递函数为数学工具，采用频率域法，研究“单输入—单输出”线性定常控制系统 的分析和设计，而对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力。 2. 现代控制理论时期（20 世纪 50 年代末-60 年代初） 研究多变量的系统，如，汽车看成是一个具有两个输入（驾驶盘和加速踏板）和两个 输出（方向和速度）的控制系统。空间技术的发展提出了许多复杂的控制问题，用于导弹、 人造卫星和宇宙飞船上，对自动控制的精密性和经济性指标提出了极严格的要求。并推动 了控制理论的发展。 Kalman 的能控性观测性和最优滤波理论; 庞特里亚金的极大值原理； 贝尔曼的动态规划。 特点：采用状态空间法（时域法） ，研究“对输入-多输出”、时变、非线性系统等高精度 和高复杂度的控制问题。 3. 大系统控制时期（1970s-） 各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂。 大系统控制理论是一种过程控制与信息处理相结合的动态系统工程理论，研究的对象 具有规模庞大、结构复杂、功能综合、目标多样、因素众多等特点。它是一个多输入、多 输出、多干扰、多变量的系统。 如：人体，我们就可以看作为一个大系统，其中有体温的控制、情感的控制、人体血 液中各种成分的控制等等。 4. 智能控制时期 这是近年来新发展起来的一种控制技术，是人工智能在控制上的应用。它的指导思想是依 据人的思维方式和处理问题的技巧，解决那些目前需要人的智能才能解决的复杂的控制问 题。 特点：人工智能、神经网络等的普遍研究和应用到自动控制之中。
1-4 控制系统的质量评定
为了实现自动控制的基本任务，必须对系统在控制过程中表现出来的行为提出要求。 对于控制系统的基本要求，通常通过系统对特定输入信号的响应来描述。 1. 稳定性——首要条件 对于定值控制系统：被控量要准确恢复到给定值。 对于随动控制系统：被控量要准确跟踪到给定值。 动态过程——系统在动态阶段，被控量不断变化，这一随时间变化的过程成为动态过程， 也称为过渡过程、瞬态响应过程或控制过程。 不能稳定的系统称为不稳定系统。 对于系统稳定性的要求是系统能够正常工作的首要条件。 2．快速性 调节时间 ts: 从被控量受到扰动,过程开始变化直到结束所需要的时间. 3. 准确性 1）动态偏差是指整个调节过程中被调量偏离给定值的最大偏差值. 2）静态偏差 e∞是指调节过程结束后,被调量与给定值之间的偏差. 1.闭环控制系统和开环控制系统有哪些本质上的区别？ 【课后作业】 ： 2.基本的自动调节系统除被调对象外，还有哪几个主要部件？它们各自 的职能是什么？
热工过程自动控制
特点：1、积分调节作用与偏差的大小没有直接的关系，故一般不单独使用
2、积分调节作用反映了偏差的累计情况，调节作用随时间而逐渐增强，因此能有效地小炒股系统的静态偏差
3、改善静态品质的同时恶化了动态品质，使过渡过程的振荡加剧，甚至造成系统不稳定
★★★4、调节系统的动态偏差
动态偏差：指系统在过渡过程中e（t）的最大值，记为em，
em=x（t）-y（tp） tp—系统第一次达到最大值的时间
（1） 调节系统的动态偏差em决定于调节器的调节作用，调节作用越强，em值越小
（2） 在稳定性相同的条件下，是PI调节器动态偏差最大，使用PD调节器，动态偏差最小
反馈：系统的输出又通过某个环节作用到输入；
在自动控制系统中，主要运用负反馈，性质有
1如果前向传递函数具有足够大的放大系数，则闭环传递函数等于反馈回路传递函数的倒数，而与前向传递函数无关；
2在负反馈闭合回路中，不论输入输出取什么信号，其传递函数的分母一样，所不同的只是传递函数的分子
信号线：指标是信号的传递关系和传递方向，而不代表物质的流动
采用P调节器的系统，七阶跃响应只有一个主要振荡成分，而采用PI和PD调节器的系统，其阶跃响应除了有一个主要的振荡成分以外，还有一个主要的非周期成分。采用PI调节器的系统中的非周期成分，反映了积分作用消除静态偏差的过程，而采用PD调节器的系统中的非周期成分，反映了微分作用抑制动态偏差的过程。
（2） 有自平衡
飞升速度E
延迟时间t
自平衡能力系数P
时间常数Tc
描写有自平衡能力对象动态特性的特征参数有三种组合：①（E,P,t） ②（E，Tc，t） ③（Tc，P，t）
热工过程自动控制
热工过程自动控制1. 什么是热工过程自动控制热工过程自动控制是指利用自动控制系统来监测和调整热工过程中的参数，以达到预定的目标。
这些参数可能包括温度、压力、流量等。
通过自动控制，可以提高热工过程的效率、稳定性和安全性。
2. 热工过程自动控制的原理是什么热工过程自动控制的原理基于控制系统的闭环反馈原理。
首先，通过传感器获取热工过程中的参数信息，如温度传感器可以测量温度值。
然后，将这些参数信息与预定的目标值进行比较，得到误差。
接下来，根据误差，控制器会采取相应的控制策略，如调整阀门开度或启动/停止加热器等，来实现热工过程的控制。
最后，通过执行器将控制信号转换为实际的操作，如控制阀门的开闭或调节加热器的功率。
3. 热工过程自动控制的优势是什么热工过程自动控制具有以下优势：- 提高效率：通过自动控制热工过程中的参数，可以优化操作条件，提高能源利用效率。
例如，根据实时需求调整加热器功率，避免能源的浪费。
- 提高稳定性：自动控制系统能够实时监测和调整热工过程中的参数，使其保持在预定的范围内。
这有助于防止过程变量的偏离和不稳定，提高过程的稳定性。
- 提高安全性：自动控制系统可以及时响应异常情况，并采取相应的措施来保护设备和人员的安全。
例如，在温度超过设定范围时，自动控制系统可以自动关闭加热器或启动冷却装置。
- 提高生产质量：通过自动控制热工过程，可以减少人为操作的误差，提高产品的一致性和质量。
4. 热工过程自动控制中常用的控制策略有哪些在热工过程自动控制中，常用的控制策略包括：- 比例控制：根据误差的大小，按比例调整控制信号。
这种控制策略适用于线性响应的系统，但可能会导致超调和稳定性问题。
- 积分控制：根据误差的累积值，进行控制信号的调整。
积分控制可以消除稳态误差，但可能导致系统的迟滞和震荡。
- 微分控制：根据误差的变化率，调整控制信号。
微分控制可以提高系统的响应速度，但对测量噪声敏感，可能引入噪声放大问题。
热工过程控制系统-第三章
qv1 200
10 1200 0.81 1变为0.2MPa时
qv2 200
10 200 0.81 10 3
314 .3(m3 h )
60
3.4 调节阀的流量特性
• 指介质流过阀门的相对流量与相对开度之
间的关系
qv f l
q v m ax
L
– qv /qvmax——相对流量，即调节阀某一开度的流 量与全开流量之比；
• 执行器用于控制流入或流出被控过程的物料或能 量，从而实现对过程参数的自动控制。
f(t)
r(t) e(t)
u(t)
q(t)
y(t)
控制器
执行器
被控过程
z(t)
测量变送
8
执行器
• 过程控制领域，使用最多的执行器是调节 阀。在一些地方开始采用变频器取代调节 阀，变频器具有明显的节能效果。
• 安装在生产现场，直接与介质接触。通常 在高温、高压、高粘度、强腐蚀、易结晶、 易燃易爆、剧毒等场合下工作；
d qv d
qv max l
L
Kv
• Kv 为调节阀放大系数 • 积分得
qv qv m ax
Kv
l L
c
C 为积分常数
边界条件：l 时0 ， qv ；qv当min qv qvmax
带入边界条件，得
l 时L，
Kv
1
1 R
,c
1 ;其中R R
11
薄膜式
活塞式
12
3.1 调节阀（调节机构）结构
调节阀是一个局部阻力可以改变的节流元件。 由于阀芯在阀体内移动，改变了阀芯与阀座之间 的流通面积，即改变了阀的阻力系数，被调介质 的流量也就相应地改变，从而达到调节工艺参数 的目的。
热工过程自动控制简述
比例带物理意义:比例 带就是使控制器变化 全范围时，输入偏差 对应满量程的百分数。
刘玉长
三、比例积分(PI)控制规律
(一) 积分(Integrate)控制作用 积分控制作用是指控制器的输出变化量∆y 与输入偏差e的积分成正比：
∆y = K I ∫ edt 或 1 ∆y = ∫ edt TI
e t ∆y t 积分作用动态特性
因为采样周期T相对于信号变化周期来说很 小，故可用和式(矩形计算法)代替积分，以增量 (差分)代替微分，可得离散的PID表达式为
T u ( k ) = K P e( k ) + TI TD ∑ e(i) + T [e(k ) − e(k − 1)] i =1
k
k
= K P e( k ) + K I ∑ e(i ) + K D [e(k ) − e(k − 1)]
刘玉长
常用控制规律特点及适用场合 P PI PD PID
结合P、I、 D的优点， 同时兼顾动 态与静态 高性能控制 系统与温度 控制系统等 (1)速度快 (1)存在滞 (1)超前控 特 (2)有静差 后，控制 制，减小 动态偏差 不及时 点 (2)无静差 (2)有静差 适 压力、流 流量、压 温度、液 用 量、液位 力及高性 位控制等 场 等的控制 能液位控 (对象存在 合 (要求低) 制系统 大惯性) 刘玉长
刘玉长
第二节 基本控制规律与控制器
控制器是自动控制系统的核心，它接受变 送器或转换器送来的标准信号，按预定的规律 (称控制作用或控制规律)输出标准信号，推动执 行器消除偏差，使被控参数保持在给定值附近或 按预定规律变化，实现对生产过程的自动控制。 控制器的输出信号y与输入偏差信号e(=PVSP)之间随时间变化的规律y=f(e)叫做控制器的控 制规律，也称之为控制器的特性。 不同的控制规律适应不同的生产要求。要 选用合适的控制规律，首先必须了解控制规律的 特点与适用条件，根据工艺指标的要求，结合具 体对象特性，才能做出正确的选择。 刘玉长
热工过程自动控制 课件 自动控制原理部分总结
复平面内
变量：实数变为复数
函数：原函数变为象函数
CH2 自动控制系统的数学描述
拉氏反变换:已知x(t)的拉氏变换X(s)求x(t),通常用 L1[] 表示,计算式为:
x(t) L-1[ X ( s)] 1 j st X ( s ) e ds j 2j 其中, x(t) 叫做原函数 , X(s)叫做像函数
B(s) B( s) X (s) A(s) ( s s1 )(s s2 ) ( s sn ) A1 A2 An ( s s1 ) ( s s2 ) ( s sn )
Ai X (s)( s s i ) s si
CH2 自动控制系统的数学描述
2.2 系统的动态特性
输入：x
系统
输出：y
物理模型
？
y=f（x）
数学模型 稳态时,该关系为系统的稳定特性,是一个代数函数. 动态时,该关系为系统的动态特性,是一个微分方程.
CH2 自动控制系统的数学描述
2.2 系统的动态特性-微分方程vs传递函数 2.2.1 数学模型的建立
已知：如右图所示的 RC 电路，已知电阻阻 值为 R，电容为C. 当输 入信号为 ur （ t ），输 出信号为 uc （ t ）时， 试写出系统的动态特 性方程。
L[ x(t - )] e- s X (s)
L[e-at x(t)] X (s a)
t L[ x( )] aX ( as ) a
④时标变换定理
CH2 自动控制系统的数学描述 ⑤微分定理 如果是在零初始条件下，则
n阶导数的拉氏变换
L[ x (t )] s X (s)
n n
热工过程经常讨论的是在零初始条件下的情况