2022年自动温度控制系统.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用目前,船舶主机缸套冷却水温度的自动掌握大多使用的是模拟式调剂外表,由电子器件的 规律运算输出掌握信号来驱动继电器,从而对电动机进行转向掌握,实现对温度的掌握；从整体上看主要存在以下两个明显的缺点：一是采纳的元器件比较落后,导致电路较为复 杂,使用的规律元器件也较多,增加了备件治理和保护工作的难度；二是由于系统整体比 较复杂和模拟外表的实现功能的限制,这些温度掌握器都采纳了较简洁的掌握规律,不能 供应很好的掌握性能；综合这些不利因素,此类掌握系统已经无法满意日益提高的掌握性能需求,必须采用新的控制方式；鉴于此,打算用单片

2、机来掌握船舶主机缸套冷却水的温度；单片机具有高精确 度、高灵敏度、高响应速度,以及耗能少、机构小、可以连续测量、自动掌握、安全牢靠 等优点；同时,其规律掌握运算是由软件来进行的,可以简洁地实现各种掌握规章,甚至 是比较复杂的掌握算法,而且很少受外界工作环境的影响；因此,单片机可以安全牢靠地 运行,并且智能地掌握冷却水的温度稳固在某一给定值,或者给定值邻近,使得船舶柴油机冷却水1 温度测控满足现代远洋船舶的要求1；船舶主机缸套冷却水温度控制技术发展历程1.1 直接作用式控制方式在 20 世纪 50 岁月末期,船舶柴油机冷却水温度掌握是采纳直接作用方式；这是 一种早期的反馈式掌握方式；其特点是,不

3、需要外加能源,而是依据在冷却水管路中的测 量元件内充注的工作介质的压力随温度成比例变化而产生的力来驱动三通调剂阀,进而改 变 流 经 淡 水 冷 却 器 的 淡 水 流 量 和 旁 通 淡 水 流 量 , 从 而 实 现 温 度 调 节 ；这种掌握方式的缺点是显而易见的,测量元件内充注的工作介质对密封性要求很 高,假如测量元件内充注的工作介质泄漏,那么其本身的压力就不能随温度成比例进行变 化,因而使得温度掌握失去作用；同时,其掌握精度不高,冷却水温度变化较大,对船舶柴油机的稳1.2 定气运动行也会不利；式控制方式在 20 世纪 70 岁月末期,船舶柴油机冷却水温度掌握是采纳气动式作用方式；其

4、特点是,利用感温元件和温度变送器,把气缸冷却水温度的变化成比例地转变成气压信号 的变化送至调剂器,与调剂器的给定信号相比较,其偏差信号经调剂作用规律运算后,成为调节器输出的控制气压信号去调节温度；它也存在着一些问题,例如系统对气体的密封性和压力要求同样很高,对运输和 储存气体的管系的密闭性要求也很高,假如掌握气压信号有所缺失,就会使得掌握精度降低 , 效 果变 差 ；因 此 , 这种 控 制方 式 现 在 也 很 少采 用 了 ；1.3 电动式控制方式在 20 世纪 80 岁月中期,船舶柴油机冷却水温度掌握是采纳电动式作用方式；这 也是目前远洋船舶上主要采纳的温度掌握方式；它的作用方法是,利用

5、安装在船舶柴油机 气缸冷却水进口或者出口管路中的感温元件,通常为电阻数值与温度变化在肯定范畴内成 线性变化的热敏电阻,经分压器分压把冷却水温度成比例地转换为电压信号,这个测量信 号与由电位器整定的给定值电压信号相比较得到偏差信号,再经过比例微分作用,输出一 个掌握信号,并将此掌握信号送至脉冲宽度调制器,将连续的掌握信号变成断续的脉冲信号去调节冷却水温度2；尽管此类电动掌握系统的掌握精度和成效可以在肯定程度上满意船舶运行的需 求,但是并不说明这种掌握方式是完善无缺的；第一,这些掌握系统的调剂器采纳了较为1 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 -

6、 - - - - - - - - 简洁的掌握规律,比如比例微分个人资料整理仅限学习使用PD 控PD掌握规律或者比例积分PI掌握规律,如采纳制会显现静态误差,使系统长时间偏离正确工作点运行；如采纳PI 掌握,就对于冷却水温度这样具有较大惯性的被控对象,会由于缺乏超前的掌握作用而产生较大的超调量,使得 系统动态特性较差,而且调剂阀的开度转变以后,温度传感器不能立刻反映出调剂作用的 结果,存在滞后,难以得到中意的掌握成效；其次,这种掌握系统的测量和掌握部分,是 利用一些电子器件进行规律运算输出的,它的缺点就是一旦规律输出部分机械部件显现故 障,就整个测控系统的掌握才能和精度就会显现故障,其工作成效大

7、打折扣；而冷却成效 的变差,将会产生严峻的后果,例如,船舶主机气缸和活塞温度的上升、润滑油随温度的 升 高 使 粘 度 降 低 而 造 成 机 械 运 动 的 磨 损 , 缩 短 了 柴 油 机 的 使 用 寿 命 等 ；2 温度控制系的统构介绍2.1 系统成第一,介绍一下现代远洋船舶绝大多数所采纳的中心冷却系统的工作过程；利用 船舷外的海水泵输送海水进入中心冷却系统,来冷却低温淡水,被冷却后的低温淡水再去 冷却船舶主柴油机气缸套和气缸盖的高温淡水；因此,这种冷却系统中就有两个冷却水回 路：一个是低温回路,就是由舷外海水来冷却低温淡水的回路,由于海水的流入和流出不 是一个闭合的过程,因此又称为

8、开式冷却；另一个是高温回路,就是由低温淡水来冷却高 温淡水的回路,由于低温淡水和高温淡水的流淌是一个循环利用的过程,因此又称为闭式 冷却；在这种冷却系统中,由于舷外海水不再接触各种热交换器和船舶主柴油机的冷却空 间,因而防止了海水引起的腐蚀,提高了设备和系统的安全牢靠性以及设备使用寿命；此设 计 中 主 要 研 究 高 温 淡 水 循 环 ； 图2-1 为 船 舶 中 央 冷 却 系 统 简 化 框 图 ；图2-1 船舶中央冷却系统简化框图整个船舶主机冷却水温度掌握系统主要是由单片机测控平台、温度传感器组、执行机构,以及控制软件等部分组成的；其中,温度采集模块是由分布在柴油机冷却水系统各部分的

9、温度传感器组成的,采纳了具有良好性能的感温元件,用来测量冷却水的温度；单片机测控平台内置单片微处理器,由温度采集接口电路、键盘与显示电路、以及执行机构接口电路所组成,可以对柴2 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用油机冷却水的温度进行监控,对执行机构发出掌握指令,实现温度的检测与掌握 3 ；2.2 系统各组成部分功能说明下面分别对单片机测控平台、温度传感器组、执行机构和掌握软件等部分进行详细的1单说片机测明控平: 台单片机测控平台是整个温度掌握系统的重要组成部分,它要猎取温度传感器

10、组的 测量数据,并且与温度设定值进行比较,同时输出掌握信号到执行机构,实现温度的检测与控制；系统掌握过程是,当测量温度比设定温度高时,单片机断续输出掌握信号,经过 光电隔离和驱动放大后,输出给增大输出继电器,继电器掌握三相伺服沟通电动机断续运 转,使得连接在电机上的三通调剂阀转动,削减不经冷却器的旁通水量,增加经冷却器的 淡水量；如是测量温度比设定温度低时,单片机断续输出掌握信号,经过光电隔离和驱动 放大后,输出给减小输出继电器,继电器掌握三相伺服沟通电动机断续运转,使得连接在 电机上的三通调剂阀转动,增加不经冷却器的旁通水量,削减经冷却器的淡水量；经过此 自动掌握过程,使主机缸套冷却水温度稳

11、固在设定数值,或是设定数值邻近,从而达到自动控制温2度度的传目感的器；温组本系统采纳了具有良好性能的铂热电阻pt100,用来测量冷却水的温度；同时,为了保证测量的精确性,采纳了多点测量的方法,即在主机缸套冷却水的进口和出口,及缸套壁处都安装了温度传感器,分别测量这几点的温度,然后单片机掌握多路开关,分别采集这几点的温度数值；在某一时刻,单片机采集的是某个点的温度实际数值,然后与该点的设定数值相比较,再输出控制信号；3执行机构执行机构是指进行温度调剂的机械装置,即掌握继电器、三相伺服沟通电动机和三通调剂阀；由于水是一种大惯性的传热介质,当掌握系统对水温进行调剂时,由于冷却水的热容量大,温度响应速

12、度很慢,水温并不是立刻调整到指定数值,而是一个缓慢、渐进的变化过程,因此,就需要执行机构进行断续地掌握,以肯定量的推迟时间来确定水温的变化；利用继电器接受单片机发出的间断的掌握指令,掌握三相伺服沟通电动机断续运转,带动三通调剂阀的转动,转变三通调剂阀的开度,进而转变冷却水的温度；通过单片机掌握指令的转变,来转变挑选增大输出继电器和减小输出继电器,进而转变三相伺服交流电动机的转动方向,来掌握三通调剂阀的开度,最终起到自动掌握温度的作用；4控制软件单片机测控系统运行软件是烧录在单片机程序储备器中,掌握单片机运行的程序,它包括主程序、采样 测 温 范 围由于被控参数是水,其工作状态始终是液态,所以其

13、工作温度就是在 0-99.9之间；用三位 LED 数码管显示,其显示数值范畴是 000-999,代表温度范畴是 0-99.9；2 多 点 测 量分别在主机缸套冷却水的进口和出口、及缸套壁上安装了温度传感器,可以对任意一个测量点的温度进行监控和设置,方便调节；3 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3个人资料整理仅限学习使用度设定温用户可以自行设定任何一个测量点的温度数值,数字小键盘输入、三位 LED 数码管 显 示 , 其 显 示 数 值 范 围 是 000-999 , 代 表 温 度 范 围 是 0-99

14、.9 ；4 报 警 功 能当温度测量数值偏离设定数值5时,系统会自动报警,以提示轮机治理人员注意,及时查明故障原因和解决问题；2.3.2 系统的性能特点1系统整体造价低本系统由于选用了单片机作为掌握核心,使得系统整体的成本掌握在有限的范畴内；同时,外围掌握电路都选用了目前市场上常见的一些元器件,比如温度传感器、A/D转换元件,以及 LED 数码管等,其成本均不高,使得本掌握系统具有良好的性价比；2 控 制 精 度 高由于采纳了高精度的温度传感器和性能良好的信号调制电路,使得温度掌握的精度进一步提高,运用8 位 A/D 转换单元,使得系统掌握精度达到扩0.4,足以满意温度控；制的要求3可控点多,

15、展性能好本系统采纳了多点测温的方法,单片机可以利用多路开关来挑选测控点,从而可以 分 别 对 缸 套 冷 却 水 的 不 同 部 位 进 行 监 测 , 了 解 整 个 主 机 的 运 行 状 态 ；3 系 统 的 硬 件 设 计3.1 系 统 电 路 结 构 原 理 图温 度 控 制 系 统 的 硬 件 电 路 结 构 原 理 图 如 下 图 3-1 所 示 ；图 3-1 硬 件 电 路 结 构 原 理 图 和 电 路 图本测控系统采纳了AT89C51 作为微处理器,采纳铂电阻pt100 作为温度传感器,与运算放大器相结合构成精密测温电路,采纳了ADC0809 芯片作为精密测温电路与单片机的

16、转换通道；接触式编码器用来指示柴油机油门的位置；键盘矩阵采纳 2 行 3 列非编码方式,显示部分为 3 位 LED 数码管显示；系统输出环节通过单片机输出口传递输出掌握信号,经光电耦合 4N25 和模拟开关 CD4052 后去掌握继电器的通断,进而掌握三相伺服沟通步 进 电 机 的 旋 转；3.2 系 统 各 主 要 模 块 介 绍如图 3-1 所示,系统的硬件结构主要由温度检测电路、A/D 转换电路、键盘与显示电路、报警电路、驱动电路和输出掌握电路等部分组成；下面,分别对几个主要模块进行 详 细 介 绍；1 主 控 单 元主控单元采纳 ATMEL 公司的 AT89C51 掌握芯片； AT89

17、C51 是一种高性能、低电压、低功耗的 8 位 CMOS 微型处理器,具有 40 针脚,与 51 系列单片机的指令、管脚完全兼容；它具有 4K 字节的片内程序储备器,并且是 FLASH 工艺的,这种工艺的储备器用户可以用电的方式瞬时擦除、改写,同时,写入单片机内的程序仍可以进行加密,因而可以有效地储存数据信息；由于主要用于冷却水温度的测控,片内具有的 4K 字节己经能够满足系统设计需求；此外,AT89C51 仍具有 128 字节 RAM,32 条可编程 I/O 线, 2 个 16 位可编 程 定 时 / 计 数 器 , 6 个 中 断 源 , 1 个 串 行I/O 口 , 片 内 振 荡 器

18、和 时 钟 电 路 4 ；4 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用在掌握软件的支持下,CPU 对外围电路进行掌握、运算,将温度检测电路输入的温度测量数值进行处理,并扫描、显示,同时将运算得到的掌握结果输出给掌握电路对执行机构进行操作,完成整套控制过程；AT89C51 的接口电路有ADC0809 、 8279 、4N25 和 CD4052 等芯片；其中,ADC0809 作为温度测量电路的输入接口,8279 用于键盘、 LED 数码管显示电路的接口,4N25 和 CD4052 控 制

19、系 统 输 出 , 包 括 光 电 耦 合 和 模 拟 开 关 等 元 器 件 ；图 3-2 是 AT89C51 芯 片 管 脚 分 配 示 意 图；图 3-2 AT89C51 芯 片 管 脚 分 配 示 意 图2 温 度 检 测 电 路温度传感器采纳的是铂电阻pt100,带有不锈钢钢套,具有良好的精度指标和稳固性,在 0-150的范畴内,其电阻值与温度成线性变化,温度系数大约为 +0.4 /,性能优良,成本低；当铂丝温度上升时,其电阻阻值也随之增加；其温度0-100时 与阻值的关系如下3-1 表铂3-1所示5；表pt100电阻温度与阻值的关系温度）0 25 50 75 100 阻值）100

20、109.73 119.40 128.98 138.50 可见,其关系并不是严格线性的,不过由于温控系统对温度精度要求不高,可以按 照 线 性 关 系 处 理 ； 图3-3给 出 了 温 度 测 量 电 路 的 结 构 图 ；图1）2）中的 A、B 两端向左看进去,运用戴维南定理和叠加原理,可以将图中中1的电桥放大电路转化为等效的差动放大电；路,如图2所示由运算放大器的基本电路理论可得：3-1 其中,U+为电桥电压,Rt为铂热电阻为ptl00；电桥的输出：3-2 取 R1=R2, Rt=R4 ,且 R1 、 R2 远 大于 Rt 、 R4, ,就 有： R2/R4+RFRF ；R1/Rt +RF

21、 RF；所以,得到：U0 RF/R4 U,即 U0 U,电桥放大电路的增益为：3-3 根 据 测 温 要 求 , 当t=0 时 , U0=0V ； 当t=100 时 , U0=5 V ；取R1=R2=10k,R4=100：5 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 当 t=0 时 , Rt =100 , 故 电 桥 平 衡 , U0 =OV , U0 =OV ；当 t=100时, R=138. 50 查铂热电阻pt100 的温度阻值表 ,取 U+=5V , 由式子3-2得: ；因此,

22、当要求输出电压U0=5V 时,由式子3-3 可知,电压放大倍数应为：AF=U0/ U=5000mV/18.799mV=266故 应 选 择 RF 的 阻 值 为 ： RF=AF*R4=266 100=26600, 可 取 标 称 电 阻 为RF=27K；如上图 3-3 所示,测量电桥的输出端串接两个电阻和一个电位器是为了系统调零作用,由于电桥各臂的电阻并不肯定完全满意条件：R1R4=R2Rt ,即在 0时,电桥有一定 的输出,可以通过 调剂 电位器 RP 即可调 零； 图中, RP=47k , R5=R6=100k；3A/D 转 换 电 路A/D 转换电路中采纳了比较常用的 ADC0809 芯

23、片； ADC0809 是一种 8 位逐次逼近式 A/D 转换器,它由 8 通道模拟开关和 A/D 转换两部分组成,其转换时间大约为100 s,转换精度为 0.4；由于冷却水是大惯性的传热介质,ADC0809 的此项性能指标已经满意了温度掌握的时间和精度,因此,挑选ADC0809 作为模拟 /数字转换芯片,使系统成 本 较 低；图 3-4 给出了 ADC0809 与 AT89C51 接口图；在硬件连接时,IN0-IN7 为 8 路通道模 拟 开 关 , 只 需 要 其 中 IN0 一 路 用 以 转 换 电 路 , 故 其 他 各 路 直 接 接 地 6 ；温度传感器传来的检测信号经过模拟/数字

24、转换后,变成单片机可以识别的数字信号,从而可以对冷却水接温口度进行比较；图3-4 ADC0809电路示意图4接触式编码器接触式编码器是一种位置反馈和测量元件,具有结构简洁、牢靠性高、辨论率 高、精度高、体积小、重量轻等特点；将码盘与油门指针同轴连接,旋转时即输出一系列 脉冲,送到计数器即可推算出油门所转过的角度；其中码盘是转角的数字编码器,在绝缘材料圆盘上粘贴导电铜箔,利用电刷与铜箔接触与否代表规律“ 0”和“ l ”,铜箔的外形按二进制规律设计；四位二进制码盘分为导电区和绝缘区,全部导电部分连在一起接高电位,6 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页精选学

25、习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用四个相互独立的电刷沿同一径向放置,并分别与四个码道相接触,各电刷经电阻接地,四个电刷上输出四位二进制代码；当电刷与码盘的导电部分接触时,输出为高电平“ 1”；而与码盘的绝缘部分接触时,输出为低电平“ 0”；这样,当码盘与油门指针一起转动时,静止的电 刷 将 输 出 一 个 与 油 门 角 位 置 相 应 的 二 进 制 数 码 7；5 键 盘 与 显 示 电 路由于 CPU 管脚的数量有限,因此在键盘和显示电路的设计时,采纳了 8279 可编程的键盘显示专用扩展 I/O 接口芯片,它本身能够供应键盘、显示掌握所需的扫描信号,

26、因此可以代替单片机完成键盘、显示的掌握；其中,键盘矩阵采纳2 行 3 列非编码方式,采纳软件查询方法来设计,低电平有效；显示部分为 3 位 LED 数码管显示,显示的内容是温度数值的十位、个位和小数点后一位；键盘掌握的方式是采纳8279 扫描键盘,判定是否有 按 键 按 下,进 而 判 断 按 键 的 内 容,送 至 AT89C51 处 理；显示程序的执行过程是：第一 AT89C51 通过 P2.1 口选通 8279,低电平有效,然后把将要显示的数字,其相应的字型码送至 DB 口,接下来设置位选信号,利用 SL1、SL2分别设置 0 或者 1,分别挑选要显示的 LED 数码管 共阴极 , 82

27、79 将要显示的数字通过OUTB 和 OUTA 口显示在 LED 数码管上,同时把将要显示的数字转换成 7 段码形式,编写成数据表格的形式,储备在单片机内部储备空间里 8 ；图 3-5 给出了键盘与显示电路图；图 3-5 键 盘 与 显 示 电 路 图在小键盘上有六个按键,分别是“ 设置状态 ”按键、 “运行状态 ” 按键、 “数值增加 ”按键、 “数值削减 ” 按键、以及 “ 高温 ” 按键和 “ 低温 ” 按键；当系统开机运行时,其温度设定值由软件编制时事先设置好,当需要转变数值时,第一按下键盘的“ 设置状态 ” 按键,使显示部分切换到设定值的显示,然后由键盘的“高温 ” 或者 “ 低温

28、” 键切换到需要更换的温度显示,此时,三位 LED 数码管中的最低一位开头闪耀,再由“数值增加 ”或 “数值削减 ”按键输入所需设置的数值,可以转变设定数值；当设定好新的数值后,再次按下“ 运行状态 ” 按键 , 切 换 到 系 统 运 行 状 态 , 这 时 三 位 LED 数 码 管 所 显 示 的 就 是 测 量 温 度 数 值 ；6 声 光 报 警 电 路为了系统的安全运行,本系统对冷却水温度进行了上限或下限声光报警处理,如图3-63-6报所电路和示、下9报警判；图警上限断系统采纳了如下的判定报警方法：以冷却水温度设定值T 设为参考数值,就温度变化的上限是 T 上=T 设+5,下限是

29、T 下=T 设-5；当测量到的冷却水温度连续增加,高于上限 T 上,即 TT 上时,就上限报警状态值 THA=1 ；当测量到的冷却水温度连续减少,低 于 下 限 T 下,即 T 图 3-6 中左侧是实现超限声光报警的电路；采纳一片时基集成电路 NE555,将其接成振荡工作状态,同时将 被测参数在正常范畴内时,NE555 的复位端 “ 4”与 AT89C51 的 P2.5 引脚反相连接；当系统 AT89C51 的 P2.5 引脚输出端为高电平,经过反相后为低电平,这样, NE555 的复位端 “ 4”处于低电平 零电位 ,NE555 电路处于稳态,被迫停止振荡,就输出端 “ 3”恒为低电平,扬声

30、器SP无声 ,9014 三极管 NPN 极性 截止,报警灯不亮,使报警电路不工作；当系统被测温度显现高于上限或者低于下限的情形时,即上、下报警状态值THA,TLA 为 1, AT89C51 启动自身定时器,使其P2.5 引脚输出端输出连续脉冲波形或7 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用连续方波 ,这样, NE555 时基电路依据其复位端“ 4”的信号变化,在它的输出端“ 3”产生频率的输出,输出信号给继申器J动作信号,继电器常开开关闭合,推动扬声器闪执行机构AT89C51 依据采

31、样的温度数值对其进行相应规章的运算、处理、判定后,得出控制结果,从 AT89C51 的 P2 口输出相应的掌握信号,此掌握信号为 0,1低、高电平 连续脉冲信号,经过光电隔离器 4N25 和 CD4052 后,让掌握继电器动作,再经过继电器掌握三相伺服沟通步进电机,步进电机是以脉冲方式进行工作的,线圈中每输入一个脉冲,转子就旋转一个步距角,因此,可以由电机的正转或者反转来调剂三通调剂阀的开度,因而使冷却水温度得到控制；示3.3 系统电路图及各硬件的口地址系统电路图如图3-7；依据系统的电路图,可以得到各元件的地址,如表3-2 所；表3-2 I/O口地址表芯片型号位置地址ADC0809 IN0I

32、N7 0C00H0C07H 8279 输入端0D00H NE555 输入端2000H CD4052 输入端4000H/8000H 图3-7 系统电路图4 系 统 的 软 件 开 发4.1 温 度 算 法 的 确 定为 了 方 便 确 定 系 统 的 控 制 算 法 , 可 画 出 系 统 控 制 框 图 , 如 图 4-1 所 示；图 4-1 系 统 控 制 框 图4.1.1 前馈控制冷却水的扰动主要是热负荷的变化,而热负荷的变化可通过功率的变化来反映,因此针对其惯性较大,可以在 掌握,从而优化掌握性能；在前馈PID 反馈掌握的基础上,引入以功率作为热负荷信号的前馈-反馈掌握系统中,由于有反馈

33、掌握来保证被调量最终等于给定值,可以降低对前馈掌握的要求,使前馈调剂器可以选用比较简洁的动态特性和结 构形式；另一方面,由于有了前馈掌握来抵消某些主要扰动,使被调量不致显现过大的动态偏差,因此反馈控制可以较慢的进行1011；图 4-1 中, Gp1 是主对象, Gp2 是输入的扰动对象,Controller 是本系统的温度控制算法；当编码器采集到负荷增加较大时,比如增量超过 20%,前馈调剂器快速削减通过旁通阀的流量,让通过冷却通道的冷却水流量增加；当编码器采集到负荷降低较大时,前馈调剂器就快速增加通过旁通阀的流量,让通过冷却通道的冷却水流量削减；这样就可以进行提前调剂,在缸套温度明显上升前进

34、行预调；当然前馈掌握是“ 利用扰动补偿扰动” ,无法保证每个功况下进行无差补偿,即,只有前馈调剂不能对水温进行精确地掌握,所以8 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 前馈控制只能是一种粗调,个人资料整理仅限学习使用环节；必须引入反馈控制4.1.2 反馈控制前面已经分析过,船舶柴油机冷却水的温度掌握系统具有明显的纯滞后特性；因此,在确定冷却水温度掌握系统的传递函数时,必需要考虑到此纯滞后特性；一般来说,冷却水温度变化滞后于掌握作用的时间为 t,就 t 应当由以下的表达式给出,即 t=L/v ；其中, L 是冷

35、却水流经管路的长度,单位是 Mm , v 是冷却水流淌速度,单位是 M/ 秒m/s；滞后时间 t 的单位秒 s；在不同船舶的中心冷却系统中,系统的管路长度和水流速度 都 是 不 同 的 ,要 根 据 具 体 的 情 况 进 行 具 体 分 析 和 计 算 ；目前应用在远洋船舶上的大多数模拟式冷却水温度调剂器都是采纳的相对简洁的掌握规律；比如,MR- 型调剂器采纳了PD 调剂规律 比例微分调剂规律,由于此类调剂器的调剂作用中没有积分调剂作用,而积分环节的作用是排除静态误差,提高系统的无差度；因此,在系统中必定会产生静态误差,因而就会显现长时间使被控对象脱离正确工作点的情形,使得执行机构反复进行执

36、行动作,加速了执行机构的磨损等；而另一种常见的冷却水温度调剂器 TELEPERM 型,采纳的是 PI 调剂规律 比例积分调剂规律 ,没有微分作用,而微分环节的作用是能够反映偏差信号的变化趋势 或者变化速率 ,并且能够在偏差信号数值变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,削减了系统的调剂时间；因此,此类调剂器没有微分作用,而且冷却水温度是属于惯性环节较大的掌握对象,使系统超调会比较大,调剂时间长,极易变成积分饱和,使系统的动态特性变差,甚至出现长时间振荡；鉴于现有的此类掌握器的种种掌握规律存在的问题,本温度掌握系统中采纳了PID 掌握规律 比例积分微分作用,使得

37、系统没有静态误差,动态特性也得到良好改善；同时由于冷却水温度的这种纯滞后特性的影响,可用一阶惯性加纯滞后环节描述；因此,温度控制系统的传递函数可以表达为12：4-1 间其中, K 为掌握对象的静态增益；T1 为惯性环节时间常数； =t,为纯滞后时；带纯滞后时间对象的反馈系统,当频率高时是不稳固系统,纯滞后降低了系统的稳固性；当纯滞后时间比较小时,可以直接采纳 PID 掌握；但是,当 /T 0.5时,再采纳常规的 PID 掌握,就无法取得良好的掌握成效了,特殊是当纯滞后时间较大时会产生系统的连续振荡；在本系统中,纯滞后时间与惯性环节时间常数的比值,远远大于所要求的0.5；这就必需挑选另外一种掌握

38、算法；因此,系统挑选了基于 smith 预估器补偿的 PID 控制 算 法；下 面 分 别 介 绍 一 下 这 两 种 控 制 算 法 的 主 要 特 点 ；1PID 控 制 算 法PID 掌握算法即比例积分微分掌握,是目前应用最为广泛的一种掌握规律；PID掌握的基本算法是这样的：P1D 掌握器是一种线性掌握器,它是依据给定值 r t与实际输出 值 ct 构 成 了 控 制 偏 差,如 下 式：4-2 然后将偏差的比例P、积分 I 和微分 D 通过线性组合构成掌握量,对被控对象进行控制,其控制规律如下：4-3 9 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 将上式4-3改写个人资料整理仅限学习使用如下: 成传递函数形式4-4 式中：积KP比例系数；TI 微分时间常数；TD 分时间常数；在运算机掌握系统中,使用的是数字PID 掌握器,它只能依据采样时刻的偏差数值来运算掌握量,因此,在式子 4-4 中的积分项和微分项不能直接进行运算,必需进行数字离散化处理之后,才能被运算机应用；因此,把式子4-3 进行一系列转化：以一系列的采样时刻点kT 代表连续时间t,以求和的方式代替积分运算,以求增量值的方法来代替微