热工仪表与自动控制精品文稿.ppt
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1、热工仪表与自动控制第1页,本讲稿共26页例如,例如,当操作人员从温度计上观察到的数值低于要求值时,当操作人员从温度计上观察到的数值低于要求值时,则开大热水阀门,增大加热量,使时文加热倒要求得数值;则开大热水阀门,增大加热量,使时文加热倒要求得数值;归纳起来操作人员所进行的工作是归纳起来操作人员所进行的工作是:第2页,本讲稿共26页 观察温度计的指示值观察温度计的指示值;将室温指示值与室温要求值加以比较,并算出两者的差值,将室温指示值与室温要求值加以比较,并算出两者的差值,规定要求值减去指示值为差值规定要求值减去指示值为差值;当差值为正时,开大热水闸门,从而使偏差减当差值为正时,开大热水闸门,从
2、而使偏差减 小;小;当偏差为负时,则关小热水闸门,也是偏差减小当偏差为负时,则关小热水闸门,也是偏差减小。将上述三部工作不断重复下去,直到温度指示回到要将上述三部工作不断重复下去,直到温度指示回到要求的数值上。求的数值上。这种有人工来直接进行的控制称这种有人工来直接进行的控制称人工控制人工控制。第3页,本讲稿共26页 从上述可知,要进行人工控制,必须有测量仪表测量仪表和一一个由人工操作的器件个由人工操作的器件(如上图中的调节闸门如上图中的调节闸门)。由人来由人来判断偏差的大小与符号,然后根据这个偏差进行控制,是判断偏差的大小与符号,然后根据这个偏差进行控制,是偏差得以纠正。偏差得以纠正。人在控
3、制过程中就其到了观察,比较,判断和控制的作人在控制过程中就其到了观察,比较,判断和控制的作用。简单说就是用。简单说就是“检查偏差,就正偏差检查偏差,就正偏差”的过程。的过程。众所周知,众所周知,人工控制往往是比较紧张和范所得工作,而人工控制往往是比较紧张和范所得工作,而且容易出现差错且容易出现差错;另外,另外,由于人眼的观察和手的操作动作,受到人生理机能由于人眼的观察和手的操作动作,受到人生理机能的限制,所以无法达到高精度和节能控制的要求。的限制,所以无法达到高精度和节能控制的要求。假如假如由一个自动控制装置来完成上述人工操作,就可完成由一个自动控制装置来完成上述人工操作,就可完成室温的人工控
4、制。室温的人工控制。第4页,本讲稿共26页图11-2为室温自动控制系统示意图,室温自动控制系统示意图,控制器控制器将传感器反传感器反映的室温映的室温测量值与要求值测量值与要求值进行比较合运算,用以控制执行器,进行比较合运算,用以控制执行器,使流入室内的热量与流出到室外的热量相平衡,以实现室温使流入室内的热量与流出到室外的热量相平衡,以实现室温的自动控制。的自动控制。上述执行起由执行机构和调节机构闸门组成,称上述执行起由执行机构和调节机构闸门组成,称为电动调节阀。为电动调节阀。第5页,本讲稿共26页所谓所谓自动控制自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控
5、制装置使得被控制对象(如设备和生产过程等)自动的按照预装置使得被控制对象(如设备和生产过程等)自动的按照预定的规律运行后变化的手段(或操作)定的规律运行后变化的手段(或操作)。从上述人工控制从上述人工控制与与自动控制过程分析来看自动控制过程分析来看:传感器传感器 相当于人工控制中的温度计;控制器控制器代替人的眼睛和大脑,进行比较和运算;执行器中的电动机执行器中的电动机相当于人的双手。在在人工控制人工控制中,人是中,人是凭经验凭经验支配双手操作的。支配双手操作的。其效果其效果很大程度上取决于其经验的正确与否。很大程度上取决于其经验的正确与否。而在而在自动控制自动控制中,控制器是根据偏差信号,按一
6、定规律中,控制器是根据偏差信号,按一定规律取控制调节阀的,其效果很多大程度上取决于控制器的控取控制调节阀的,其效果很多大程度上取决于控制器的控制规律的选用是否恰当。制规律的选用是否恰当。第6页,本讲稿共26页二、二、自动控制系统的组成自动控制系统的组成 为了达到自动控制的目的,由相互制约的各个部件,按一定的规律组成的具有一定功能的整体称为称为自动控制系统。自动控制系统。由被控对象被控对象,传感器传感器(或变送器),控制器控制器和执行器执行器等组成。例例如如,图图112室温自动控制系统是有恒温器,温度传感器,室温自动控制系统是有恒温器,温度传感器,温度控制器和电动调节阀组成。温度控制器和电动调节
7、阀组成。为了能清楚地表示一个自动控制系统个组成部分(或称环节)为了能清楚地表示一个自动控制系统个组成部分(或称环节)之间的相互影响和信号联系,一般都用框图表示控制系统的之间的相互影响和信号联系,一般都用框图表示控制系统的组成。组成。例如例如,上例室温控制系统可以用图上例室温控制系统可以用图11113 3的框图表示。每一个框表示的框图表示。每一个框表示一个环节,用带箭头的线条表示各个环节之间的联系和信号传递方向,一个环节,用带箭头的线条表示各个环节之间的联系和信号传递方向,在线上用字母表示作用信号。在线上用字母表示作用信号。第7页,本讲稿共26页第8页,本讲稿共26页在上例中,室外温度的变化,室
8、内热源的变化,加热器前送风室外温度的变化,室内热源的变化,加热器前送风温度的变化及热水温度的变化温度的变化及热水温度的变化等,都使室温发生变化,使室都使室温发生变化,使室温的实际值于给定制之间产生差距温的实际值于给定制之间产生差距。这是引起室温变化的这是引起室温变化的外界因素,在自动系统中称为干扰(或称扰动),用外界因素,在自动系统中称为干扰(或称扰动),用f表示。表示。一般,控制系统受两种作用,即给定作用和干扰作用给定作用和干扰作用,它们称为系统的输入信号。系统的输入信号。系统的给定值系统的给定值决定系统被控制变量的变化规律。干扰作用干扰作用在实际系统中是难于避免的,而且它可以作用在系统中的
9、任意部位。通常所说的系统的输入信号通常所说的系统的输入信号是指给定制信号,在系统的输出信是指给定制信号,在系统的输出信号是指被控变量。号是指被控变量。设定给定值这一端称为系统的输出端。第9页,本讲稿共26页由图113的框图可以看出,从信号传输的角度来说,自动控制是一个闭合的回路,所以又称闭环系统闭环系统。应强调说应强调说明,这种闭环系统的输出信号明,这种闭环系统的输出信号被控变量进过传感器被控变量进过传感器(或变送器)有返回作用到系统的输入端。(或变送器)有返回作用到系统的输入端。这种把系统的输出信号又引到系统的输入端的措施称反馈反馈。自动控制系统中采用的反馈是负反馈负反馈。所谓负反馈负反馈就
10、是输入量与反馈量是相减的,由于采用负反馈控制,才能使被控制量与给定值之差消除或减小,即使被控量变化减小。自动控制中的常用术语自动控制中的常用术语被控对象被控对象 简称对象,指自动控制系统中要进行控制的设备或生产过程的一部分或全部。例如,空调房间,燃气工例如,空调房间,燃气工业炉,锅炉等。业炉,锅炉等。第10页,本讲稿共26页被控变量被控变量 被控对象中要求实现自动控制的物理量,例如,温度,被控对象中要求实现自动控制的物理量,例如,温度,湿度,压力等。湿度,压力等。给定值给定值 又称设定值,即通过控制作用,使被控变量达到要又称设定值,即通过控制作用,使被控变量达到要求的数值。求的数值。传感器传感
11、器 又称被控量(包括物理量,化学量,生物量等)按又称被控量(包括物理量,化学量,生物量等)按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量(一般为电量)的元件。例如,电阻,热电偶等。电量)的元件。例如,电阻,热电偶等。控制器控制器 它是将被控变量的实测值与给定值信号相比较,它是将被控变量的实测值与给定值信号相比较,检测偏差并对偏差进行运算,按照预定的规律发出控制检测偏差并对偏差进行运算,按照预定的规律发出控制指令的部件。因此,它一般据有给定、比较、指示、运指令的部件。因此,它一般据有给定、比较、指示、运算和操作功能。控制器又称调节器。算和操作功能。
12、控制器又称调节器。第11页,本讲稿共26页执行器执行器 他是将来自控制器的控制信号,转变为操作量的部件,他是将来自控制器的控制信号,转变为操作量的部件,它是由执行机构和调节机构组成。例如,电动调节阀是有电动它是由执行机构和调节机构组成。例如,电动调节阀是有电动执行机构和调节阀组成。执行机构和调节阀组成。操作量操作量 它是为使被控量受到干扰后,在恢复到新稳定它是为使被控量受到干扰后,在恢复到新稳定值而须要通过调节机构相对象输入(或对象输出)的物值而须要通过调节机构相对象输入(或对象输出)的物料量或能量。例如,图料量或能量。例如,图11112 2中的热水量。中的热水量。干扰干扰 引起被控量发生变化
13、的外部原因,例如,外界环境温度引起被控量发生变化的外部原因,例如,外界环境温度的变化引起的工业炉温的变化,环境温度变化称干扰。的变化引起的工业炉温的变化,环境温度变化称干扰。第12页,本讲稿共26页二二.自动控制系统的分类自动控制系统的分类(一)按给定值的形式可分为(一)按给定值的形式可分为1.定值控制系统定值控制系统 给定值保持不变(为一恒定值)的控制系统。给定值保持不变(为一恒定值)的控制系统。例如,例如,燃气压力恒定控制系统,恒温恒湿控制系统,锅炉气燃气压力恒定控制系统,恒温恒湿控制系统,锅炉气包水位控制系统等,均属定制控制系统。包水位控制系统等,均属定制控制系统。2.程序控制系统程序控
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