制冷装置自动化-陈之久编 第五章
制冷装置自动化
制冷装置⾃动化
⼀、填空题
1、⼀个能稳定⼯作的⾃动调节系统，都是在⽆⼈直接参与下，能使被调参数达到给定值或预先给定的规律变化的系统。它⼀
般是由调节对象，发信器，调节器和执⾏器组成的闭环系统。
2、调节对象是调节系统中最基本环节，⼀切调节设备都服务于它，并根据调节对象特性来设计和调整调节系统。调节对象动
态特性⼀定程度上决定了调节过程和调节质量。调节对象特性包括静态特性和动态特性两部分，常⽤迟延时间τ，时间常数T
和放⼤系数（传递系数）K来综合表⽰对象特性。对象的动态特性取决于对象的结构，即对象所组成环节的性质、环节的数⽬
以及连接⽅式等。
3、⽓动执⾏机构有⽓动薄膜执⾏机构和⽓动活塞执⾏机构两种基本形式。它具有结构简单、动作迅速⽽平滑、输出推⼒⼤、
性能稳定可靠、维修⽅便、价廉、防⽕防爆等优点，它不仅能与⽓动调节仪表、⽓动单元组合仪表配合使⽤，⽽且通过电-⽓
转换器或电-⽓阀门定位器还能与电动调节仪表、电动单元组合仪表配⽤。因此，⽓动执⾏器被⼴泛⽤于化⼯、⽯油、冶⾦和
电站等⼯业部门中，在空调⾃动调节系统中也普遍使⽤。
4、在制冷空调系统中，对于所采⽤的调节器的要求是：①结构简单；②运⾏性能稳定和良好，耐⽤可靠；③维修⽅便；④价
廉。因此，对于⼀般空调，常采⽤结构简单⽽价廉的双位调节器和⽐例调节器，当调节质量要求⾼时，则采⽤⽐例积分调节
器。
5、制冷剂流量调节的⽬的是控制进⼊蒸发器的制冷剂液体流量与蒸发器负荷相匹配，即按照蒸发器中实际可能汽化的液体量
调节送⼊蒸发器的液量，习惯上⼜叫蒸发器供液量调节。⽤节流机构实现调节。传统的节流机构主要有⽑细管、热⼒膨胀阀和
浮球阀。
6、压缩机能量调节的⽅法很多，应根据装置的具体⼯作要求和压缩机配置情况⽽适当选择。归纳起来，有以下能量调节⽅
法：①压缩机间歇运⾏；②吸⽓节流；③热⽓旁通；④压缩机变速；⑤压缩机⽓缸卸载；⑥压缩机运⾏台数控制；⑦数码涡
旋。
7、位式能量调节的实施⽅法有：①⽤压⼒控制器控制压缩机启停；②⽤压⼒控制器和电磁滑阀控制⽓缸卸载；③⽤油压⽐例
制冷装置自动化复习重点
制冷装置自动化
第一章 调节系统基本原理与调节对象特性
1．自动调节系统定义：一个能够稳定工作的自动调节系统，都是在无人直接参与下，能使被调参数达到给定值或按照预先规定的规律变化的系统。自动调节系统的任务：以预定的精度，确保被控量等于给定值，或与给定值保持确定的函数关系。
2、自动调节系统组成：调节对象、发信器、调节器和执行器组成的闭环系统。（发信器、调节器和执行器的总和又可以称为自动调节设备。自动调节系统是由调节对象和自动调节设备组成。）
3、调节对象（被控对象）：是指要求实现自动控制的装置，设备或生产过程。例如，冰箱、冷库，冷凝器，融霜过程，冰淇淋的生产过程等。被调参数（被控量）：是指调节对象中要求保持规定数值或按给定规律变化的物理量。
如库温、压力、液位等。被调参数总是选择表征调节对象工作状态的主要参数。
4、自动调节：利用电磁阀代替手动调节阀。冷藏间和自动化装置（自动调节设备）一起的全部设备就构成了一个自动调节系统.
5、自动化装置由三部分组成。第一部分是发信器，即敏感元件或称一次仪表，又叫测量元件，它是用来感受调节参数并发出信号的元件。如果敏感元件所发出的信号与后面仪器所要求的信号不一致时，则需增加一个将敏感元件发出的信号转变成后面仪器所要求信号的装置，这个装置叫变送器。第二部分是调节器：调节器接受敏感元件发出的信号与工艺上要求的参数加以比较，然后将比较结果用一特定的信号(气压、电流等)发送出去。第三部分是执行调节机构：根据调节器送出的信号能自动地控制阀门开启度的部件。当温度高于上限位数值时能自动开大阀门供液量增大，使冷藏间内温度降低；当温度低于下限位数值时自动关闭电磁阀停止供液，防止温度继续下降。
6、自动调节控制原理：温度发信器将测得的库房温度送到调节器，在调节器中与给定值进行比较，根据偏差大小，调节器发出信号，指挥执行器动作，控制制冷剂流量。当温度达到上限值时，自动开启电磁阀，使制冷剂进入蒸发器，冷间温度随之下降；当温度达到下限值时，自动关闭电磁阀，停止向蒸发器供液，防止库房温度继续下降。这样就可以起到自动调节冷藏间温度的作用。
制冷装置及自动化
《制冷装置自动化》
本课程主要讲述制冷装置（含空调系统）自动化的基本原理与调节，调节器和调节系统的调节过程，各型号制冷装置的自动调节，空调系统的原理、构造和系统设计计算以及调整方法。在内容选材上，兼顾了自控原理的基础理论，考虑了近年自控理论在现代控制理论上的最新发展，特别注意联生活费制冷空调自动化的工业实际，并论及了其发展方向。通过学习改课程，可以帮助我们更多的了解制冷、制冷装置、空调、采暖及通风等专业方向，为今后的事业发展奠定基础。
其中，第一、二章以自动调节经典理论为基础，顾及现代控制论与制冷装置自动化发展有关部分，结合制冷空调特点，介绍了调节对象。调节器及调节系统的动态特性、微分方程、传递函数、频率特性和状态空间表达式的列写，分析了各种调节系统的组成，介绍了串接控制，补偿调节及自适应控制，模糊控制的概念及其在制冷装置上的应用，叙述了调节系统设计和调节器参数的整定方法，以及调节系统与执行机构。调节阀的计算方法。第三、四章详细的介绍了各种制冷装置与空调系统的自控基本回路与自控元件，并分析了实现制冷、空调系统自动调节的基本方法及典型实例。主要内容如下：
课程内容：
一、 调节系统的基本原理与调节对象特性
通过第一章的学习，我们了解调节系统的基本概念，知道了调节系统里面的调节对象、发信器、调节器、执行器等概念，以及对于特定调节系统，各个概念所对应的元器件是什么。并且在该模块内，也介绍了调节系统的分类方法，还有干扰作用问题，过渡过程等内容，这些内容都增强了我们对控制系统的理解。本章紧接着给我们介绍了系统的过程与质量指标，以及调节对象的特性。通过学习我们了解到要评价一个系统的性能，要考虑稳定性和衰减率，衰减比，动态偏差和静态偏差，最大偏差等性能指标，同时我们也不能忽略诸如振荡周期和调节过程时间、峰值时间的影响。对这些概念的理解与掌握对我们接下来的学习，以及对控制调节的实际应用有着重要的意义。然而，我们要考虑一个调节系统调节过程的好坏，是离不开调节对象的本身特性的。所以，我们不得不考虑调节对象的特性。本课程在提出调节系统的质量指标之后，给我们介绍了调节对象的特性，有容量与容量系数、放大系数、自平衡等等的概念。在这里我们也接触到了反应曲线以及时间常数，而一般系统必然存在的迟延也在这里出现。以上这些概念都对我们如何提高调节质量，怎么应用调节器，有着指导性的作用。当然，在有了一些基本知识之后，我们学习到了调节系统动态特性的实验测定方法。在做出一个调节系统后，我们必须要知道系统性能的好坏，要得到以上所提及的众多参数，肯定要知道实验的测定方法，在这里我们正好可以学到这些方法。这就为我们测定调节系统提供了理论基础。
制冷装置自动化 教学大纲
第 1 页/ 共 2 页 制冷装置自动化
一、课程说明
课程编号：100130Z10
课程名称：制冷装置自动化/Automation of Refrigerating Machine 课程类别：专业任选课学时/学分：32/2
先修课程：制冷原理与设备、制冷压缩机、能源与动力过程控制工程适用专业：能源与动力工程专业
教材、教学参考书：
[1] 陈芝久等主编. 制冷装置自动化. 北京：机械工业出版社. 2010.
[2] 朱瑞琪等主编. 制冷装置自动化. 西安：西安交通大学. 2009.
[3] 姜周曙等主编. 制冷空调自动化. 西安：西安电子科技大学. 2009.
二、课程设置的目的意义
本课程是能源与动力工程专业本科生的专业选修课程，主要任务是紧密联系制冷空调工业实际，由浅入深地分析、介绍制冷空调自动控制典型系统的原理与设计方法，并对制冷装置自动化的发展方向进行讨论。学生经过本课程的学习后，可全面掌握制冷装置自动化的相关知识，初步具有定量分析、设计制冷空调自动控制系统的能力，为以后从事制冷、空调等相关工作奠定扎实的基础。
三、课程的基本要求
知识：熟练掌握制冷空调自动控制典型系统的原理与设计方法，熟悉各种典型制冷装置自动化系统的构成和各种调节设备，并了解制冷装置自动化最新技术；能力：掌握基本制冷装置知识，解决生活及工程中基本制冷方面问题的能力；全面掌握制冷装置自动化的相关知识，初步具有定量分析、设计制冷空调自动控制系统的能力；素质:通过课程的学习建立制冷装置自动化体系，提升工程应用素质。通过课程中的分析讨论辩论培养分析沟通交流素质。通过课外导学的模式，提升自主学习和终身学习的意识，形成不断学习和适应发展素质。
四、教学内容、重点难点及教学设计
章节 教学内容 总学时 学时分配
教学重点 教学难点 教学方案设计（含教学方法、教学手段） 讲课
(含研讨) 实践
制冷装置自动化 大题部分
制冷装置自动化——By
LiMiNg_TAN
1 大题一、
1、例如，一只电动比例温度调节器，温度刻度范围是50～100℃，电动调节器输出是0～10mA，当指示指针从70℃移到80℃时，调节相应的输出电流从3mA变化到8mA，其比例带为
一、当温度变化全量程的40%时，调节器的输出从0mA变化到10mA，在这个范围内，温度的变化e和调节器的输出变化ΔP是成比例的。二、当温度变化超过全量程的40%时，（在上例中，即温度变化超过20℃时），调节器的输出就不能再跟着变化了，因为调节器的输出最多只能变化100%。
2、图略。可以看出，比例带越大，使输出变化全范围时所需输入偏差变化区间也就越大，而比例放大作用就越弱，反之。
大题二、
——微分调节器不能单独使用。
①因为只要被调参数的导数为零，调节器就不再输出调节作用。此时即使被调参数有很大的偏差，微分调节器也不产生调节作用，结果被调参数可以停留在任何一个数值上，这就不符合调节系统正常运行的要求。
②同时，又因微分调节器存在不灵敏区，如果对象的流入量和流出量之间只稍有不相等，则被调参数的导数老是保持小于不灵敏区的数值，永远不能引起调节器动作。而这样很小的不平衡却会使被调参数逐渐变化，只要时间长了，就会使被调参数的偏差量超过安全许可的范围。
由于这些原因，微分调节器不能单独使用，而常和比例或比例积分调节器联合使用。
大题三、
——串联管道中，阀门特性如何变化。
①制冷空调系统一般采用串联管道。串联管道系统的阻力与通过管道的介质流量成平方关系。当系统总压差为一定时，调节阀一旦动作，随着流量的增大，串联设备和管道的阻力亦增大，这就使调节阀上压差减小，结果引起流量特性的改变，理想流量特性变为工作流量特性。
②有串联设备阻力条件下，阀全开的流量为q100；阀全开时，阀上压差与系统总压差之比值，称为阀门能力S；
显然，随着串联阻力的增大，S值减小，则q100会减小，这时阀的实际流量特性偏离理想流量特性也就越严重。
制冷装置自动化实验-new
《制冷装置自动化》
实验指导书
南京工程学院能源与动力工程学院
二零一四年四月
实验一 典型环节动态特性试验
一、实验目的和要求
1．熟悉MATLAB软件的SIMULINK工具箱。
2．通过观察不同特性调节对象在单位阶跃信号作用下的响应曲线，熟悉其动态特性。
3．了解各典型环节中参数变化对其动态特性的影响。
二、实验内容
1．双击桌面上的MATLAB图标，启动MATLAB，进入开发环境，点击工具栏的Simulink图标弹出图形库浏览器画面。从该画面“File”下拉式菜单中选择“New | Model”，或点击图标,得到图形仿真操作画面。
2．根据实验需要设计仿真系统框图，并确定仿真所用的参数。提取所需仿真模块，组成仿真系统：从图形库浏览器画面中用鼠标点击打开所需子图形库，用鼠标选中所需功能模块，将其拖曳到图形仿真操作画面的空白位置，重复上述拖曳过程，直到将所需的全部功能模块拖曳到仿真操作画面中。用鼠标点击并移动所需功能模块到合适的位置，将鼠标移到有关功能模块的输出端，选中该输出端并移动鼠标到另—个功能模块的输入端，移动时出现虚线．到达所需输入端时，释放鼠标左键，相应的连接线出现，表示该连接已完成。重复上述连接过程，直到完成全部连接，组成仿真系统。
3．功能模块参数设置：不同功能模块的参数是不相同的，用鼠标双击该功能模块会自动弹出相应的参数设置对话框。根据仿真实验的具体要求进行参数设置。
4．在仿真操作前，应设置仿真操作的参数。包括仿真器参数和示波器参数的设置。(1)
仿真器参数设置：点击图形仿真操作画面“Simulation”下拉式菜单“Simulation Parameters…”选项，弹出仿真参数设置画面，在其中合理设置仿真时间等参数。(2) 示波器参数设置：当采用示波器显示仿真曲线时，需对示波器参数进行设置。点击已存在的示波器会弹出单踪示波器显示画面，点击画面的图标，会弹出示波器属性对话框，分2个页面。用于设置显示坐标窗口数、显示时间范围、标记和显示频率或采样时间等。时间范围应与仿真器终止时间一致，以便最大限度显示仿真操作数据。直接点击图标，可在响应曲线显示后自动调整纵坐标范围；从弹出的菜单选择“Save current axes settings”，或直接点击图标，可将当前坐标轴范围的设置数据存储。此外，还有打印和对X、Y或同时放大或恢复等操作。 5．仿真系统连接完成且仿真所用的参数均正确设置后，可进行仿真操作，点击图形仿真操作画面“Simulation”下拉式菜单“start”选项和“stop”选项可分别控制仿真过程的启动与停止。仿真过程结束后，点击示波器可显示出仿真曲线。
制冷装置仿真与优化
《制冷空调系统仿真与优化》讲义（提纲）
授课时间：年周二 周次：7~15周 周二5，6，7，8节
地点：动力楼 对象：空调
参考书目：[1]陈之久 制冷系统热动力学 机械工业出版社 1998年
[2]丁国良 制冷空调装置智能仿真 科学出版社 2002年
[3]刘忠宝 空调制冷装置与系统仿真 机械工业出版社 2010年11月
[4]丁国良 制冷空调装置仿真与优化 科学出版社 2001年 授课计划内容：第一讲 制冷空调系统热仿真与优化研究的内容 1.1 制冷系统组成及工作过程
结合[1]P15讲授
以系统观点认识制冷系统，突出系统高低压两侧特性和四大件的
自适应调节和耦合特性。
1.2 制冷系统的稳态（静态）工况及稳态设计方法
稳态工况：[1]（P22）制冷系统部件静态（稳态）特性匹配图 制冷量 蒸发器Q0（kW） 压缩机 2 B 1.8 B’ 热力膨胀阀负荷增大后的蒸发器特性 θ0（℃） 蒸发温度（出口温度） 可用特性曲线分析各部件间的参数关系，如：[1]（P23）制冷系统部件的特性曲线图 压缩机 机组 Q0 Q01 θk 40℃ 冷凝器 30℃ θk 30 40℃蒸发温度θ0（℃）
稳态设计方法：基于集中参数分析。如：本科所学制冷系统设计方
法，等。
稳态设计方法包括以下步骤：（1）确定装置的类型和结构；（2）
确定设计工况和负荷；（3）制冷系统各部件设计计算；（4）非设计工
况下的性能校核----即为计算机仿真。 1.3 静态分析法的优缺点
缺点：不考虑系统中参数的时变性，系统非稳态效应及参数分布特
点。只研究了制冷系统中实际过程集中的一个子集。不能完整反映制冷
系统内部的传热，传质变化过程，无法定量了解系统中各参数间的内在
联系（藕合关系）（P2）。
优点：是制冷系统研究的基本方法。
1.4 动态分析研究方法
制冷系统中所进行的过程是一个融合传热、传质流动的复杂过程。
它是一个动态过程，每一时刻的参数（如温度、压力、焓等）都不同于