热工控制系统第二章(4)PPT课件

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热工控制系统第二章(3)PPT课件

C R((ss))G 1(s)G 2(s)G 3(s)G(s)
n
G(s) Gi (s) n为相串联的环节数 i1
结论：串联环节的等效传递函数
等于所有传递函数的乘积。
.
2
（2）并联连接
R(s)
G1(s) G2 (s)
C2 (s)
C1(s)
C(s)
G3(s)
CG(s)
（b）
（a）
③
1
sC1
-
R2
Uc(s)
I2(s)1④Uc(s)
A sC2
（c）方块图
.
12
2.3.4 闭环系统的传递函数
闭环控制系统（也称反馈控制系统）的典型结构图如
下图所示：
N (s)
R(s) E(s) G1(s)
-
+ G2(s) C (s)
H (s)
图中，R(s)，C (s) 为输入、输出信号，E(s) 为系统的偏差，N (s)
Uo(s)
将图（b）和(c)组合起来即得到图(d)，图(d)为该一阶 RC网络的方块图。
.
10
例2-9 画出下列R-C网络的方块图。
由图清楚地看到，后一级R2-C2网
络作为前级R1-C1网络的负载，对前
级R1-C1网络的输出电压 u c1 产生影响，这就是负载效应。
ur
R1 i1 C1
R2
i2 C2
串联：前一环节的输出作为后一环节的输入。并联：并联环节的输入量都相同，输出量的代数和为环
节组的输出量。反馈：反馈连接中信号形成一个回路。
.
1
（1）串联连接
R(s)
U1(s)
U2(s)
C(s)

热工控制基础知识PPT课件

第20页/共36页
（3）差压式液位计差压式液位是利用容器内的液位改变时，液柱产生的静压也相应变
化的原理而工作的。图为差压式液位计测量原理图。当差压计一端接液相，另一端接气相时，根据液体静力学原理，有：
Pb=Pa+ρgH 式中 H------液位高度
ρ------被测介质密度 g--------被测当地的重力加速度所以有：△P=Pb-Pa=ρgH 在一般情况下，被测介质的密度和重力加速度都是已知的，因此，差压计测得的差压与液位的高度H成正比，这样就把测量液位高度的问题变成了测量差压的问题。
根据能量守恒定律及流体连续原理，节流装置的流量公式可以写成： Q=k√△P
第16页/共36页
转子流量计
转子流量计以液体流动时的节流原理为基础的一种流量测量仪表。其特点：压力损失小而且稳定，反应灵敏，量程较宽，结构简单，价格便宜，使用维护方便。但精度受测量介质的温度、密度和粘度的影响，而且仪表必须垂直安装。原理：转子流量计是由一段向上扩大的圆锥形管子和密度大于被测介质密度，且能随被测介质流量大小上下浮动的转子组成的。当液体自下而上流过时，转子因受到液体冲击而向上运动。随着转子的上移，转子与锥形管之间的环形流通面积增大，液体流速减低，冲击作用减弱，直到液体作用在转子上向上的推力与转子在流体中的重力相平衡。此时，转子停留在锥管中某一高度上。如果液体流量再增大，则平衡时转子所处的位置更高；反之则相反。因此，根据转子悬浮的高低就可测知液体流量的大小。
• 二线制接法
采用两线制的测温电桥如图所示：左图为接线示意图，右图为等效原理图。从图中可以看出热电阻两引线电阻RW和热电阻 Rt一起构成电桥测量臂，这样引线电阻RW因沿线环境温度改变引起的阻值变化量2△RW和因被测温度变化引起热电阻Rt的增量值△Rt一起成为有效信号被转换成测量信号，从而影响温度测量精度。

热工控制系统第二章(4)精品PPT课件

2.4 系统信号流图及梅森公式
2.4.1 信号流图概念
是一种很有用的图示法。对于复杂的控制系统，方块图的简化过程仍较复杂，且易出错。Mason提出的信号流图，既能表示系统的特点，而且还能直接写出系统的传递函数。因此，信号流图在控制工程中也被广泛地应用。
信号流图可以表示系统的结构和变量传送过程中的数学关系。它也是控制系统的一种数学模型。在求复杂系统的传递函数时较为。
一、信号流图及其等效变换
组成：信号流图由节点和支路组成的信号传递网络。见下图：
节点：节点表示变量。以小圆圈表示。支路：连接节点之间的有向线段。支路上箭头方向表示信号传送方向，传递函数标在支路上箭头的旁边，称支路传输。
上图中，两者都具有关系: y(s) G(s)x(s) ，支路对节点 x
来说是输出支路，对输出节点 y 来说是输入支路。
4个单独回路
4 5 4 L1 G4 H1
2 3 6 2 L2 G2G7 H 2 2 4 5 6 2 L3 G6G4G5 H 2 2 3 4 5 6 2 L4 G2G3G4G5 H 2
互不接触回路 L1与L2 则 L12 G4G2G7 H1H 2
1 G4H1 G2G7H2 G6G4G5H2 G2G3G4G5H2 G4G2G7H1H2
有一个回路； La G1G2G3GuG f
1 La 1 G1G2G3GuG f , 1 1
P
(s) ug (s)
1
1
Pk k
k 1
G1G2G3Gu 1 G1G2G3GuG f
例2-14 利用梅森公式求取如下图所示的闭环传递函数。
(a) 某系统的信号流图
解：前向通路有3个 1 2 3 4 5 6 P1 G1G2G3G4G5 1 1 1 2 4 5 6 P2 G1G6G4G5 2 1 1 2 3 6 P3 G1G2G7 3 1 G4 H1

热工控制系统课堂ppt_第二章热工对象的动态特性及其求取

2.动态方程和传递函数:
由于Q2＝0,据水位变化速度与不平衡流量成正比关系有：
dh K F dt
(2-8)
式2-8为无自平衡能力单容水箱的动态方程。表明：在流入侧阶跃扰动下，其被调量水箱水位的变化速度在扰动量一定时仅与水箱的容量系数有关。在水箱截面积F 一定时，水位就会按一固定的速度－－初始速度变化，表明该对象成积分特性。式2-8在初始条件为零时的解为：
h t
K F
t
(2-9)
取式2-9拉普拉斯变换得：
H S
S
1 1 = F S TS
K
(2-10)
无自平衡能力单容水箱的传递函数式中 , T F K 称为积分时间。
根据飞升速度定义知：
dh dt t 0 K F
根据自平衡率定义，无自平衡能力单容水箱的自平衡率：
第二节
有自平衡能力对象的动态特性
分为单容对象与多容对象：
单容对象:对象较为简单,可近视看作由一个集中容积和阻力阻成。多容对象:对象较为复杂,可近视看作由多个集中容积和阻力阻成。
一. 单容对象动态特性
1. 阶跃响应
单容对象受阶跃扰动后，其响应曲线如下页图：

0 t0 Q
Q2
阀1
1
0
Q1 阀2
0
t0
t Q
Q1
Q0
Q2
Q00 Q10 Q20 t0
h1
1的惯性使得水箱2的水位
变化在时间上落后于扰动量，对象特性的这种迟延称为容积迟延。
t
h10
t0
h2
t
Tc
p
b
h20
t0
c

第2章热工过程自动控制的基本概念

t
发散振荡的品质指标
2.0
过渡时间？？？峰值时间？？？
1.5
1.0
0.5
0.0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
t
偏差性能指标min
平方误差积分准则 J e2 tdt
0
时间乘误差平方积分准则J te2 t dt
0
误差绝对值积分准则 J e2 t dt
0
时间乘误差绝对值积分准则 J t e2 tdt
衰减振荡(2)的MATLAB模拟
单调过程的MATLAB模拟
汽车ABS刹车时的车速和轮速
三、品质指标
余差（e）：系统过渡过程终了时给定值与被控参数稳定值之差最大偏差（A）：被控参数第一个波的峰值与给定值的差衰减比（n）：振荡过程的第一个波的振幅与第二个波的振幅之比
衰减率（f）：经过一个周期后，波动幅度衰减的百分比过稳渡定过值程的5时%间或（2t%s）范：围系内统所过需渡的过时程间曲线进入新的峰值时间（tp）：系统过渡过程曲线到达第一个峰值所需的时间，反映系统响应的灵敏程度
反应快，按设定的程序控制，必须有模型
人工控制
人在完成一项有目的的任务所经历的过程眼睛观察大脑分析决策、预期目标油门执行汽车受控对象
预期分析决策
目标
观察执行观察
干扰
工作对象被控量
预期目标
设定速度
汽车定速巡航
干
观察
扰
分析决策执行受控对象
调节器
观察测量执行
干扰
受控对象
测量
最大偏差
h(t)
0.8
0.6
0.4

热工控制系统2精品PPT课件

q
c
h2
R2
令初始条件为零，两边拉氏变换可得
Qr (s) Q0 (s) C1sH1(s)
Q0 Q0
(s) (s)
H1(s) H R1
C2 sH 2 (s)
2
(s)
Qc
(s)
H2 (s) R2
消去中间变量 H1 (s), H 2 (s) 和 Q0 (s) ，可得：
G(s) Qc (s)
1
Qr (s) R1R2C1C2 s 2 (R1C1 R2C2 R2C1 )s 1
传递函数是研究线性系统动态特性的重要工具，利用这一工具，可以大大简化对系统动态性能的分析过程。例如对于初始条件为零的系统，不必先解微分方程，而是直接根据系统传递函数的某些特征，利用传递函数的零点和极点来研究系统的性能。另一方面也可以把对系统性能的要求，转换成对传递函数的要求，从而为系统的设计提供简便的方法。
因此系统的传递函数为：
X c (s)
B1s K1
X r (s) (B1 B2 )s K1 K 2
对电路系统
( R1
R2
•
)U
c
(1 C1
1 C2
)U
c
•
R1 U r
1 C1
U
r
取拉氏变换可得：
(R1
R2 )SU c (s)
( 1 C1
1 C2
)U c (s)
R1SU r (s)
1 C1
传递函数是经典控制理论中最重要的数学模型之一。采用传递函数的主要优点为：
不必求解微分方程就可以研究在零初始条件下系统在输入作用下的动态过程。
可以了解系统参数或结构变化对系统动态

热工过程自动控制培训课件(共 45张PPT)

2.4.1液柱式压力计
测量原理
利用平衡时液柱高度差作为检测信号。
常用的压力计
U形管压力计：工程上用于冷
、热态调试时风速的调平。
2.4.2弹性式压力表
测量原理
根据弹性元件受压后产生与被测压力大小成比例的形变而制成。
常用的压力计
隔膜式压力表充油耐震式压力表
2.4.3压力变送器
2.5过程分析仪表（*） 2.6控制阀（*） 2.7吹灰器（*） 2.8电气材料（*）
注：（*）为公司项目常用的仪表，下同。
2.1温度测量仪表
2.1.1温度计 2.1.2热电阻（*） 2.1.3热电偶（*）
2.1.4温度变送器（*）
2.1.1温度计
压力式温度计
测量范围：-100~500℃
双金属温度计
2.5.2水分析仪
PH分析仪：是电位法测量酸碱度的仪器。电导仪：是测量物质导电能力的仪器。浊度仪：浊度，即水的混浊
程度，由水中含有微量不溶性悬
浮物质，胶体物质所致，ISO标准所用的测量单位为FTU（浊度
单位），FTU与NTU（浊度测
定单位）一致。浊度仪就是根据这个原理来测量水的浊度。
2.5.3环保安全检测仪表
可燃气体报警器
可燃气体报警器就是气体泄露检测报警仪器。当工业环境中可燃或有毒气体泄露时，当气体报警器检测到气体浓度达到爆炸或中毒报警器设置的临界点时，可燃气体报警器就会发出报警信号，以提醒工作采取安全措施，并驱动排风、切断、喷淋系统，防止发生爆炸、火灾、中毒事故，从而保障安全生产。
2.3.4电气型液位测量仪表
射频导纳液位计基本原理
由于电容电极在粘稠介质中使

火力发电厂热工控制系统简介PPT课件

RTD
410 282 146
838
150
150
TC
270 270
540
AI
330 760 158 135 1383
60
50
110
AO
117 137 64
318
2
2
DI
926 1750 374 300 3350
220
180
6
主要内容
• DCS系统概述。 • 锅炉部分的控制。 • 汽轮发电机组的控制。 • 其它独立控制系统。 • 就地设备介绍。
2020/2/26
7
DCS系统概述
• OVATION分散控制系统包括： • (1).锅炉部分的控制。 • (2).汽轮发电机组的控制。 • (3).除氧给水系统的控制。 • (4).空冷系统控制。 • (5).汽轮机数字电液调节系统（DEH）。 • (6).汽轮机保护系统(ETS)。 • (7).小汽机电液调节系统(MEH/METS ) 。 • (8).电气控制系统(ECS)等。
2020/2/26
9
电子设备间布置
• 采用机炉电集中控制方式，两台机组及电气网控共设一个集中控制室。控制室及电子设备间布置在主厂房内运转层 (13.7米)两台机组之间的位置。
• 锅炉电子设备间（13.7米层） • 汽机电子设备间（13.7米层） • 空冷电子设备间（０米，空冷平台下） • 循环水泵房远程站（循环水泵） • 燃油泵房远程站（燃油泵房）
2020/2/26
8
DCS系统概述
• DCS系统为西屋公司OVATION XP分散控制系统。 • OVATION分散控制系统由Westinghouse Process
Control.Inc(WPC)西屋公司推出具有多任务、开放式网络设计，是工业中较为可靠、能实时响应的监控系统。全局分布式数据库将功能分散到多个可并行运行的独立站点，而非集中到一个中央处理器上，可集中在指定的功能上不断运行，不因其他事件的干扰而影响系统性能。

热工控制系统第二章(2)PPT课件

G (s ) Q c(s )
1
Q r(s ) R 1 R 2 C 1 C 2 s2 (R 1 C 1 R 2 C 2 R 2 C 1 )s 1
传递函数是研究线性系统动态特性的重要工具，利用这一工具，可以大大简化对系统动态性能的分析过程。例如对于初始条件为零的系统，不必先解微分方程，而是直接根据系统传递函数的某些特征，利用传递函数的零点和极点来研究系统的性能。另一方面也可以把对系统性能的要求，转换成对传递函数的要求，从而为系统的设计提供简便的方法。
零初始条件下，对上述方程中各项求拉氏变换可得：
.
6
(C 1 sR 1)I1(s)R 1I2(s)0
R 1 I 1 ( s ) ( R 1 R 2 ) I 2 ( s ) U i ( s )
R 2I2(s)U O (s)
综合以上各式可得系统传递函数为：
G(s)U U0 i((ss)) 111TTss
[解]：
对机械系统
•
•
(B 1 B 2 )X c (K 1 K 2 )X c B 1X c K 1 X r
取拉氏变换可得：
( B 1 B 2 ) S c ( s ) X ( K 1 K 2 ) X c ( s ) B 1 S r ( s ) X K 1 X r ( s )
因此系统的传递函数为：
q
c
h2
R2
令初始条件为零，两边拉氏变换可得
.
Q r ( s ) Q 0 ( s ) C 1 sH 1 ( s )
Q
0
(
s
)
H 1(s) H R1
2 (s)
Q
0
(
s
)
C 2 sH
2 (s)

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对于给定的系统,节点变量的设置是任意的，因此信号流图不是唯一的。
-
5
2.4.3 信号流图的绘制
(1)由系统微分方程绘制信号流图 (2)由系统结构图绘制信号流图
例2-12 试绘制所示系统方块图的信号流图。
解：①用小圆圈表示各变量对应的节点A1，A2 。 ②在比较点之后的引出点
(a) 系统方块图
只需在比较点后设置一个节点便可。也即可以与它前面的比较点共用一个节点。
方框图中有三个闭合回路L1,L2,L3，且都为负反馈，因此
L a L 1 L 2 L 3 - R 1 1 C 1 s R 2 1 C 2 s R 2 1 C 1 s 12
10
4个单独回路
4 5 4 L 1 G 4 H 1
2 3 6 2L 2 G 2 G 7 H 2 2 4 5 6 2L 3 G 6 G 4 G 5 H 2 2 3 4 5 6 2L 4 G 2 G 3 G 4 G 5 H 2
互不接触回路 L1与L2 则 L12G 4G 2G 7H 1H2
-
1
一、信号流图及其等效变换
组成：信号流图由节点和支路组成的信号传递网络。见下图：
节点：节点表示变量。以小圆圈表示。
支路：连接节点之间的有向线段。支路上箭头方向表示信号传送方向，传递函数标在支路上箭头的旁边，称支路传输。
上图中，两者都具有关系: y(s)G(s)x(s)，支路对节点 x
来说是输出支路，对输出节点 - y 来说是输入支路。
-
3
回路(闭通路)：通路与任一节点相交不多于一次，但起点和终点为同一节点的通路称为回路。
互不接触回路：回路之间没有公共节点时，这种回路称为互不接触回路。
通路传输(增益)：通路中各支路传输的乘积称为通路传输或通路增益。前向通路中各支路传输的乘积称为前向通路传输或前向通路增益。
回路传输(增益)：回路上各支路传输的乘积称为回路传输或回路增益。
第K条前向通路的增益
特征式
1 lalb lcld le lf
式中： P总传输（即总传递函数）；
n从输入节点到输出节点的前向通道总数；
Pk 第k个前向通道的总传输；
流图特征式；其计算公式为：
-
7
1 L a L b L c L d L e L f .（.正. 负号间隔）式中： La 流图中所有不同回路的回路传输之和；
(a) 某系统的信号流图
解：前向通路有3个
1 2 3 4 5 6 P 1 G 1 G 2 G 3 G 4 G 5 1 1 1 2 4 5 6P 2 G 1 G 6 G 4 G 5 2 1 1 2 3 6P 3 G 1 G 2 G 7 3 1 G 4 H 1
-
2
[几个术语：
输入节点(源点)：只有输出支路的节点。如： R，N。
输出节点(阱点)：只有输入支路的节点。如： C。
混合节点：既有输入支路又有输出支路的节点。如：E，P， Q 。混合节点相当于结构图中的信号相加点和分支点。它上面的信号是所有输入支路引进信号的叠加。
通路：沿支路箭头方向穿过各个相连支路的路线，起始点和终点都在节点上。若通路与任一节点相交不多于一次，且起点和终点不是同一节点称为开通路。起点在源点，终点在阱点的开通路叫前向通路。
有一个回路； L a G 1 G 2 G 3 G u G f
1 L a 1 G 1 G 2 G 3 G u G f, 1 1
Hale Waihona Puke Pu g((s s)) 1k1 1P k k1G G 1 1 G G 2 2G G 3 3G G u uG f
-
9
例2-14 利用梅森公式求取如下图所示的闭环传递函数。
-
4
2.4.2 信号流的性质
节点表示系统的变量。一般，节点自左向右顺序设置，每个节点标志的变量是所有流向该节点的信号之代数和，而从同一节点流向个支路的信号均用该节点的变量表示。
支路相当于乘法器，信号流经支路时，被乘以支路增益而变换为另一信号。
信号在支路上只能沿箭头单向传递，即只有前因后果的因果关系。
1 G 4 H 1 G 2 G 7 H 2 G 6 G 4 G 5 H 2 G 2 G 3 G 4 G 5 H 2 G 4 G 2 G 7 H 1 H 2
G ( s ) G 1 G 2 G 3 G 4 G 5 G 1 G 6 G 4 G 5 G 1 G 2 G 7 ( 1 G 4 H 1 )
LbLc 所有互不接触回路中，每次取其中两个回
路传输乘积之和；
LdLeLf 所有互不接触回路中，每次取其中三
个回路传输乘积之和；
……
k 第k个前向通道的特征式的余子式；其值为中除去与
第k个前向通道接触的回路后的剩余部分；
-
8
例2-13 求速度控制系统的总传输（不计扰动）。
[解]：前向通道有一条；ug ,P 1G 1G 2G 3G u
③在比较点之前的引出点B，需设置两个节点，分别表示引出点和比较点，注意图中的e1，e2 。
-
6
2.4.4 梅森公式
用梅森公式可不必简化信号流图而直接求得从输入节点到输出节点之间的总传输（即总传递函数）。
其表达式为：
前向通路条数
1 n
P(s) k1 Pkk
特征式对应于第K条前向通路的余子式
1 G 4 H 1 G 2 G 7 H 2 G 6 G 4 G 5 H 2 G 2 G 3 G 4 G 5 H 2 G 4 G 2 G 7 H 1 H 2
-
11
例2-15
利用梅森公式求取如图所示传递函数
U U
2(s) 1(s)
和U
U
3(s) 1(s)
。
解:(一)前向通路有1个，其传递函数为： P 1R 11C 1 1sR 12C 1 2sR1C 1R 12C2s2
2.4 系统信号流图及梅森公式
2.4.1 信号流图概念
方块图是一种很有用的图示法。对于复杂的控制系统，方块图的简化过程仍较复杂，且易出错。Mason提出的信号流图，既能表示系统的特点，而且还能直接应用梅森公式方便的写出系统的传递函数。因此，信号流图在控制工程中也被广泛地应用。
信号流图可以表示系统的结构和变量传送过程中的数学关系。它也是控制系统的一种数学模型。在求复杂系统的传递函数时较为方便。