《热工过程自动控制技术》课件第二

1.被控量：系统中被控参数2.被控对象：被控制得装置3.扰动：影响被控参数的因素4.给定值：根据生产要求被调量规定值5.调节机构：在调节作用下用来改编进入被控对象物质货能量的装置6.系统方框图可以由环节机构构成，一个复杂的控制系统由串并联和反馈连接构成7.自控系统分类：所要控制变量类型，新号传递路径，系统功用8.衡量一个控制系统的质量评定通过：稳定性、准确性、快速性9.稳定性一般用衰减率品质指标反映Ψ=1非周期；Ψ=0等幅振荡；0<Ψ<1衰减振荡；Ψ<0渐扩振荡调节过程；最佳0.75~0.910.动态偏差：T→∞时偏差大小；静态偏差：系统在过渡过程e（t）的最大值11.快速性评定：系统调节时间，受扰动后从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态所需时间12.描写有无自平衡能力对象动态特性参数：有3个，无2个13.热工过程对象特点:是一个不振荡环节常用飞升曲线法一般多输入对象一定延迟和惯性14.控制系统设计任务：分析对象特点选择合适调节器整定合适相关参数15.飞升曲线：常用输入信号是阶跃信号，在阶跃输入下得到对象的阶跃响应曲线；分有自平衡和无两种16.飞升曲线特征参数：有自平衡，延迟时间τ、自平衡系数ρ、时间常数Tc、飞升速度ε；无自平衡，飞升速度ε、响应时间Ta、延迟时间τ17.飞升曲线转换成传递函数常用方法：切线法和两点法18.三种基本调节规律：比例、积分、微分比例：使调节器中调节量M与偏差e成比例保证过程稳定性积分：变化速度与偏差，保证无差运动微分：调节量与偏差e的变化速度成比例，无动态偏差19.四种热工过程自动控制中采用的工业调节器：P：只能保证过程稳定性，不能保证无差运动和无动态偏差PI：能保证稳定性和无差运动，不能无动态偏差PD：能稳定性和无动态偏差，不能无差运动PID：都能保证20.积微分对调节系统稳定性、静动态偏差影响：积分作用越大系统越不稳定，适当微分作用可提高稳定性21.单回路调节系统整定方法：计算、图表、实验；实验整定法：临界比例带、衰减曲线22.工业调节器从实现方式上分：模拟、数字模拟：通过电容、电阻、放大器组成电路来调节，采用惯性环节反馈，可实现PD调节，采用实际微分环节反馈可实现PI调节数字：通过计算机编程实现；能实现复杂控制规律的控制、有很快计算时间，以及分时控制能力，可实现多回路控制、具有很强灵活性、还克实现监控数据采集数字显示等、系统维护简单可靠性高23.采用惯性环节反馈可实现PD调节，实际微分PI24.A/D转换器作用：将模拟信号转换为数字信号25.作为被控对象，温度和流量相比，温度>流量26.常用数字滤波方法：平均、一介惯性；中值滤波适用于迅速过程参数平均值滤波：算数，加板，去极值27.采样开关：实现采样动作的装置；零阶保持器：数字信号恢复为模拟信号最常见的装置28.PID调节规律的数字算法常用法：位置、增量式、速度式29.改进算法：带有死区、积分分离、不完全微分、带有一阶滤波器（+的PID控制）30.DCS：集散控制系统，一种从为处理器为基础的分散型综合控制系统设计理念：集中管理，分散控制特点：自治性、协调性、友好性、扩展性、可靠性组成：操作管理：工程师站、操作员站、显示设置；通讯系统：计算机网络；分散控制：现场控制站、过程监测站31.DCS层次化结构：管理级、监控级、控制级、现场级现场：传感器、变速器、交换器控制：过程控制站、数据采集站监控：操作员站、工程师站32.DCS网络拓扑结构种类：星形、环形、总线形、树形星形：以中央结点为中心与各个结点连接而成，各结点与中央结点通过点到点方式连接，中央结点可直接与从结点连接环形：在网络中各结点通过环路接口连载一条守卫相接的闭合环形通信线路中；结点多影响传输效率，一个站故障影响整个，封闭环不易扩张总线形：比较简单的结构，采用一根中央主点缆称为公共总线的传输介质，各节点直接与总线相连接，信息沿总线介质逐个结点地传播树形：网在总线型网络上加分支形成，传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，通信线路短，网络成本低33.集散控制系统中传输介质性能：双绞线<同轴电缆<光缆34.为了便于实现网络标准化，国际标准化组织提出：ISO/OSI模型分层：物理，链路，网络，传输，会话，表示，应用最底层物理层最高层应用层35.现场总线：测量和控制机器间的数字通讯为主的网络；总线技术发展离不开智能仪表的进步计算机先进过程控制系统主要包括：专家系统。

第二章锅炉侧控制第一节直流锅炉简介超临界机组指的是锅炉内工质的压力超过了临界点。

水的临界点是22.115MPa/374.15℃。

在临界点时饱和水和饱和蒸汽之间不再有汽、水共存的二相区存在，理论上认为，水的状态参数达到临界点时，水的汽化会在一瞬间完成。

由于在临界参数下汽水密度相等，因此在超临界压力下无法维持汽包锅炉的自然循环，直流锅炉成为唯一型式。

随着机组向大容量高参数方向发展，直流锅炉由于热效率高在火电厂中得到了愈来愈广泛的应用。

直流锅炉属于强制循环锅炉，其工质在给水泵压头作用下，顺序地通过加热段、蒸发段和过热段，一次性的将给水全部转变为过热蒸汽，它的循环倍率等于１。

直流锅炉在工作原理、运行和控制等方面都有其自身的特点：（1）强制循环直流锅炉的汽水流程如图2-1所示，工质从水变成过热蒸汽的加热流动完全靠给水泵的压头来驱动。

因此，较汽包锅炉而言，受热面可以任意布置，适应各种压力的锅炉。

（2）各受热段之间没有固定的界限直流锅炉没有汽包，因此加热段、蒸发段及过热面段没有严格的界限。

当锅炉的给水流量或燃烧率改变时，各个受热段的分界就发生移动。

例如当燃烧率增加时，蒸发段与过热段之间的分界向汽水流程的前面移动（加热段、蒸发段缩短，过热段伸长）；当给水流量增加时，蒸发段与过热段之间的分界则向后移动。

由于受热面界限的变化，锅炉的过热蒸汽温度会发生很大的变化，如图2-2所示。

当给水流量不变而燃烧率增加时，由于蒸发所需的热量不变，因而加热和蒸发的受热段缩短，过热受热段增加，所增加的燃烧热量全部用于使过热蒸汽加温，因此汽温将上升。

对于一般直流锅炉，燃烧率和给水流量的比例变化1将使过热蒸汽温度变化约8～10℃。

在实际运行中，负荷变化等原因引起燃料与给水流量的比例失调往往超过1％，从而使过热汽温发生很大的变化，所以只采用改变喷水流量作给水泵省煤器水冷壁过热器为调温手段将很难把出口汽温校正过来。

因此，对于直流锅炉来说，调节汽温的手段应是使燃烧率和给水流量保持适当比例（粗调）, 再采用喷水减温作为过热汽温的细调手段，以使过热汽温精确地等于给定值。

《热工过程自动控制技术》高职（原创实用版）目录一、热工过程自动控制的基本原理二、PID 控制的分析与整定方法三、大型火电机组的主要控制系统四、现代控制理论及其在热工过程中的应用五、离散控制系统的基本内容六、先进的控制策略及其在热工过程中的发展与应用正文热工过程自动控制技术是一种在能源动力系统中广泛应用的技术，它依据自动控制的基本原理，对热工过程进行实时监测和调节，以保证热工过程的稳定性和安全性。

首先，热工过程自动控制的基本原理主要包括反馈控制和前馈控制。

反馈控制是根据系统的输出信号，通过比较和误差放大，来调节系统的输入信号，以使系统输出信号接近于期望值。

前馈控制则是根据系统的输入信号，通过预测和提前调节，来减小系统的输出误差。

其次，PID 控制是一种在热工过程中占有统治地位的控制方法，它通过对比例、积分、微分三个环节的调节，来实现对热工过程的精确控制。

PID 控制的分析和整定方法主要包括根轨迹法、频率响应法和试验法等。

再次，大型火电机组是热工过程中常见的控制系统，它主要包括锅炉、汽轮机和发电机三个部分。

通过对这三个部分的实时监测和调节，可以实现对火电机组的优化控制。

此外，现代控制理论在热工过程中的应用也得到了广泛关注。

现代控制理论主要包括状态反馈控制、观测器设计和模型参考自适应控制等，它可以提高热工过程的控制精度和稳定性。

离散控制系统是另一种在热工过程中常见的控制系统，它主要通过对离散时间的采样和调节，来实现对热工过程的实时控制。

最后，随着科技的发展，一些先进的控制策略在热工过程中的应用也得到了广泛关注，例如模糊控制、神经网络控制和自适应控制等。

这些先进的控制策略可以进一步提高热工过程的控制精度和稳定性。

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》课程知识复习学习材料试题与参考答案一、单选题1.在DEH阀门管理功能叙述中，错误的是（B )A.在单、多阀切换过程中，负荷基本上保持不变；B.在单、多阀切换过程中，如果流量请求值有变化，阀门管理程序不响应；C.阀门管理程序能提供最佳阀位；D.能将某一控制方式下的流量请求值转换成阀门开度信号2.正逻辑体制中用1表示（D)A.电压为1伏B.电流为1安培C.低电平D.高电平3.在给水自动三冲量中，（C)是前馈信号，它能有效地防止由于“虚假水位”而引起调节器的误动作，改善蒸汽流量扰动下的调节流量。

A.汽包水位B.给水流量C.蒸汽流量D.给水调节阀开度4.运行中的PMK调节器，若供电突然停后又来电，则恢复后的调节器输出值为（A)。

A.刚停电前的值；B.预置值；C.0%；D.50%。

5.一个线性调节系统的稳定性取决于（B)。

A.干扰作用的形式及强弱；B.系统本身的结构及参数；C.干扰作用的形式及强弱；D.干扰作用的强弱。

6.DEH的A TC运行方式，下列叙述中错误的是（B)A.目标转速，目标负荷是通过A TC程序由主计算机确定的最佳值；B.在A TC方式可自动升负荷至额定负荷。

C.升速率和升负荷率是通过A TC程序由主计算机确定的最佳值；D.在A TC方式可进行自动升速、暖机、主汽门/调节汽门切换；7.调节系统的稳定性是对调节系统最基本的要求，稳定调节过程的衰减率Ψ应是：（C)。

A.Ψ=0；B.Ψ＜0；C.0＜Ψ＜1；D.Ψ=1。

8.主机真空低停机保护逻辑采用（A)A.三取二B.二取二C.二取一D.三取一。

9.引起（C)变化的各种因素称为扰动。

A.调节对象；B.调节系统；C.被调量；D.调节设备。

10.热电偶补偿导线与热电偶连接点的温度，对热电偶热电势无影响，其依据是（C)。

A.均质定律B.中间导体定律C.中间温度定律D.参考电极定律11.用万用表判断三极管的好坏，应将万用表置（C)挡。

声明：亲们，鉴于有些撸友的课本至今还是空白，特把容嬷嬷课的重点圈出，仅供参考，真诚帮人，高手勿喷。

热工过程控制自动控制技术第一章自动控制原理基础一、自动控制系统的组成自动控制装置（变送器、控制器、执行器）、生产设备（被控对象）二、自动控制系统的基本控制方式开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程闭环控制是指控制装置与被控对象之间既有顺向作用，又有反向联系的控制过程复合控制就是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式三、自动控制系统的品质指标稳定性（衰减率=0.75~0.98，即振荡2~3次）、准确性（静态偏差y越小越好）、快速性控制系统在阶跃信号作用下过渡过程的基本形式（稳定的控制系统（非周期过渡过程、衰减振荡的过程）、不稳定的控制系统（等幅震荡过程、渐扩振荡过程））四、数学模型数学模型是描述系统输入、输出变量以及内部各物理量（或变量）之间关系的数学表达式建立控制系统数学模型的目的是为了用一定的数学方法对系统的性能进行定性分析和定量计算，乃至综合与校正系统五、环节的基本联接方式环节的串联：串联后总的传递等于各串联环节传递函数的乘积环节的并联：并联环节的总传递函数为各并联环节传递函数的代数和六、控制系统的稳定性分析稳定性是指系统受到扰动作用后偏离原来的平衡状态，在扰动作用消失后，经过一段过渡过程是将能否回复到原来的平衡状态或足够准确地回到原来平衡状态的性能。

稳定性取决于系统本身固有的特征，而与扰动信号无关。

第二章自动控制系统综述一、自平衡能力对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏，无需外加任何控制作用，依靠对象本身自动平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的性质，称为对象的自平衡能力。

对象自平衡的实质是对象输出量变化对输入量发生影响的结果，或者说，对象内部存在着负反馈。

二、控制器的控制规律比例控制（P）是及时、快速的；比例积分控制（PI）是缓慢的、逐渐的；比例微分控制（PD）；比例微分积分控制（PID）三、串级控制系统在结构上形成了两个闭环，一个闭环在里面，称为内回路或者副回路，在控制过程中起着“粗调”的作用；一个闭环在外面，称为外回路或者主回路，用来完成“细调”任务。

控制作用μ干扰作用λ被调量G 0μ(s )G 0λ(s )图1-9 对象的输入、输出量第二节 热工控制对象的动态特性一、概述自动控制系统是由控制对象和自动控制设备组成的，控制对象是自动控制系统中的一个重要组成部分。

控制对象的输出就是控制系统的被调量，控制对象的输入信号是引起被调量变化的各种因素（包括扰动作用和控制作用），如图1-9所示。

要分析研究控制系统的工作质量，设计或改造自动控制系统，首先必须分析控制对象的动态特性，并根据它来正确地选择和使用自动控制设备，确定调节器的最佳整定参数，使控制设备与控制对象相互协调配合，构成一个合理的控制系统，才能获得预期的控制效果，对于机组运行人员来说，熟悉控制对象的动态特性，也是正确使用好控制系统的必要前提：所以，研究热工控制对象的动态特性，是研究控制系统、实现生产过程自动化的基础工作。

控制对象的动态特性就是控制对象在动态变化过程中各种输入信号与输出信号之间的关系。

对象的输入量至输出量的信号联系称之为通道；控制作用到输出量（被调量）的信号联系称为控制通道；干扰作用至输出量的信号联系称为干扰通道。

一般热工对象对于不同的输入信号所引起的被调量的变化特性是不同的，或者说同一对象的不同信号通道的传递函数（或微分方程）不同。

要全面了解对象的动态特性，就要了解各通道的动态特性，这往往是比较困难的。

由于控制通道在控制系统中的闭环以内，而控制作用又是经常、自动、反复地进行，所以它的动态特性较强地影响控制系统的稳定性。

影响控制对象输出的扰动分为外部扰动和内部扰动。

凡是来自控制系统之外，引起被调量发生变化的各种原因，都称为外扰，而控制系统内部的扰动称为内扰。

例如给水控制系统，给水流量和蒸汽流量的变化都会引起水位变化，但蒸汽流量的变化是用户需求变化引起的，调节系统本身无法控制，是系统的外扰，而给水母管压力变化引起的给水流量的变化是调节系统可以控制的，是系统的内扰。

外扰通道在控制系统的闭环以外，在一般情况下，外扰是随机的、短暂的、一次发生的，所以它的动态特性只影响调节过程中的被调量的幅值。