《轮机自动化》考试必备重点

1 第一章要点

一、反馈控制系统基本概念

（一）控制系统组成

1、控制对象 2、测量单元

3、调节单元 4、执行机构

注意：比较环节不是基本单元。

（二）传递方框图

1、环节

输出量的变化取决于输入量的变化和环节特性。

信号传递的单向性：输出量的变化不会直接影响输入量。

2、扰动

外部扰动：不可控制的扰动，如负荷的变化、电源的波动等。

基本扰动：人为可以控制的扰动，如给定值的变化、调节器参数的调节等。

3、反馈

含义： 将输出全部或部分地回送到输入端以影响输入效应。

负反馈——削弱输入效应的反馈。只有采用负反馈，才能形成偏差。运行参数的自动控制系统必定是负反馈控制系统，亦称为偏差控制系统。

正反馈——加强输入效应的反馈。为了实现某种复杂的控制规律和作用，自动化仪表（如调节器）往往采用局部正反馈。

4、闭环和开环

开环控制的两种情形： （1）按给定值进行控制；（2）按扰动进行控制。

（三）系统类型（按给定值分类）

1、定值控制系统

给定值恒定不变，系统的主要任务是克服外部扰动的影响。

2、程序控制系统

给定值按确定的规律随时间变化，即给定值是确定的时间函数。

系统的主要任务是跟随给定值的变化而变化。

3、随动控制系统

给定值随时间变化且无法预知变化规律，即给定值是某个参数的函数且参数的变化是任意的。

（四）动态过程的品质指标

1、稳定性

（1）衰减率Ψ

Ψ < 0，为发散振荡过程； Ψ = 0，为等幅振荡过程；

0

Ψ越大，稳定性越好。若Ψ=1，则稳定性最好，但动态偏差较大、调节时间偏长。

理想动态过程的Ψ=0.75～0.9（亦即最佳衰减比为4：1～10：1）。

（2）超调量ζp 2 ζp越小，稳定性越好，反之亦然。一般要求ζp小于30%。

（3）振荡次数N

N一般以2～3次为宜。

2、准确性

（1）最大动态偏差emax； （2）静差ε

3、快速性

（1）动态过程时间ts； （2）上升时间tr ； （3）峰值时间tp

定值控制系统常用的品质指标： Ψ、N、emax、ε、ts。

改变给定值系统常用的品质指标： ζp、N、ε、ts、tr、tp。

二、控制对象的特性

（一）单容对象

1、动态方程

)1()(TteKth

初始时刻（t=0时），被控量的变化量为零，被控量的变化速度最大。

2、特征参数

（1）放大系数K

K是静态参数，反映对象对于扰动的敏感程度。

K越小，受扰动作用后，被控量的最终稳态值的变化量越小，即受扰动的影响越小，故K小一些好。

（2）时间常数T

T是动态参数，反映对象惯性的大小。

T越大，惯性越大，变化越慢，飞升曲线越平坦；T越小，惯性越小，变化越快，飞升曲线越陡。

T的求法及物理意义：

①切线法

若被控量始终保持初始（最大）速度变化，则经过一个T时间，就可以达到新稳态值。

②0.632法

控制对象受到扰动后，被控量变化到新稳态值的63.2%所需要的时间即为T。

工程上，一般取4T的时间作为动态过程的时间。

（3）纯迟延（传输迟延）η。

η。是动态参数，意指从扰动开始到物质或能量流量达到控制对象所需时间。

（二）多容对象

动态过程： 阶跃响应曲线呈“S”形，两头慢、中间快； )(hKFkThdtdh)(0t 3 被控量的初始变化量和初始变化速度均为零。

容积迟延ηc： 物质或能量达到控制对象起始到被控量开始变化所需时间。

注意： 单容对象不存在容积迟延，只可能有纯迟延。多容对象必有容积迟延，

可能还有纯迟延，故η=η。+ηc 。

η。和ηc都是有害的，故越小越好。

（三）自平衡能力

1、自平衡率

ρ=1/K，ρ越大，自平衡能力越强。

2、不具备自平衡能力的对象

（1）出口带离心泵的水柜 （2）以水位为被控量的锅炉

注意： 不具备自平衡能力的对象是一个积分环节。

对有自平衡能力的控制对象也需要组成一个控制系统对其进行控制，使被控量

不要有太大的波动。

三、控制规律

（一）双位控制规律

特点：调节器输出只有两种对立的状态，使调节阀全开或全闭；

被控量只能控制在上、下限之间。

应用：适用于时间常数T大、迟延η小且控制精度要求不高的控制对象。

实例：YT-1226型压力开关

工作原理——力矩平衡

ΔP=0.07+(0.25－0.07) ·X/10

使用步骤： (1）调给定弹簧调节给定值（即下限PX）；

(2）调幅差旋钮调节幅差ΔP，确定上限Pz；

(3）现场调试。

（二）比例控制规律（P规律）

1、规律及特点

P=k·e

输出和输入偏差成正比。

特点： （1）调节动作及时；（2）不能消除静差。

不能消除静差的原因——调节器的输出和偏差间存在硬性的一一对应关系。

2、比例带PB（比例度δ）及对动态过程的影响

比例带的意义： 调节器指挥调节阀开度变化全行程（从全闭到全开或从全开到全闭）时被控量的变化量占量程的百分数。

PB越小，比例作用越强，反之越弱。

PB大小对动态过程的影响： PB↓→K↑→比例作用↑→被控量的振荡加剧、稳定性变差（Ψ↓，ζp↑，N↑），最大动态偏差emax↓、静差ε↓→动态过程时间ts↑（PB过大或过小，都会使ts↑）。

3、PB的选择 4 PB∝TKη 。 即当控制对象的K大时，PB应取得大些；对象的T大（惯性大）时，PB应取得小些；控制对象的迟延η大时，PB应取得大些。

（三）比例积分控制规律（PI规律）

1、积分规律及特点

输出和偏差随时间的积累成正比，即取决于偏差大小和偏差所持续的时间。或说，输出的变化速度与偏差成正比。

特点： （1）能消除静差；

（2）属于滞后调节，容易引起振荡甚至不稳定。

注意： 积分作用不能单独使用。

2、PI规律

)1(edtTeKPi

积分时间Ti的求取：阶跃输入后，调节器积分部分输出与比例部分输出相等时所需时间（或说：调节器的输出达到两倍的比例部分输出时所需时间）。

Ti大小对动态过程的影响：将 Ti调小，积分作用变强，被控量的振荡加剧、稳定性变差（Ψ减小，ζp变大，N增大），动态过程时间ts延长。

加入积分作用后，应将比例带PB调大，以保证系统的稳定性。

3、Ti的选择

Ti∝T

（四）比例微分控制规律（PD规律）

1、微分规律及特点

输出和偏差的变化速度成正比。

特点：（1）属于超前调节，适当的微分作用可以减少振荡提高稳定性；

（2）对变化缓慢或不变化的偏差无调节作用（对静差无直接影响）。

注意：微分作用不能单独使用。

2、比例微分控制规律

3、微分时间Td大小对动态过程的影响

将Td适当调大，微分作用适当变强，被控量的振荡减弱、稳定性变好（Ψ变大，ζp变小，N减少），最大动态偏差emax变小，动态过程时间ts缩短。

加入微分作用后，比例带PB可适当减小，这样，既能减少最大动态偏差，保证系统的稳定性，又能减少静差。

4、Td的选择

Td∝T•η

（五）比例积分微分控制规律（PID规律） )(dtdeTeKPd 5 注意： （1）加阶跃输入信号后，输出首先起作用的是微分和比例作用，然后是积分作

用；

（2）以比例作用为主，积分、微分作用为辅；

（3）Ti宁大勿小，Ti=（4～5）Td。

（4）液位系统不能采用PID调节器。

第二章要点

一、微型计算机

（一）微机的组成及基本工作过程

微处理器（CPU）： 将运算器和控制器集中在一块芯片上。

微型计算机主机： 微处理器CPU、存贮器。

微型计算机： 微处理器CPU、存贮器、I/O接口及外部设备。

微型计算机系统： 微机配上外围设备并连同软件构成的系统。

三总线（8位机）： 数据总线为8位双向总线，地址总线为16位单向总线（可寻址单元为64K，1K=210=1024），控制总线为单向总线。

1、微处理器CPU

内部结构主要包括：

1）运算器

（1）算术逻辑单元ALU： 完成各种算术和逻辑运算。

（2）累加器A： 存放一个操作数和ALU的运算结果。

（3）标志寄存器F： 表示运算结果的特征，影响程序走向。

Z=1，全零； S=1，负数； C=1（CY=1），最高位有进位；

P=1，偶数； AC=1，D3向D4位有进位（辅助进位）。

（4）通用寄存器： 用来存放中间运算结果、数据或地址。每个寄存器可存一个字节，也可成对使用。

2）控制器

①程序计数器PC 16位的自动加1计数器。用来给出现行指令的地址，取出一个指

令字节后自动加1。可以反映程序的进程。

②地址寄存器AR 16位寄存器。用来寄存地址码。

③数据寄存器DR 8位。暂存由存贮单元取出的内容或CPU要存入存贮单元的内容。

④指令寄存器IR 8位。存放指令操作码并送指令译码器译码。

⑤指令译码器ID 8位。对指令操作码进行译码。

⑥可编程序逻辑阵列PLA 产生用于完成指令所规定的操作所需的操作控制信号。根据ID译出的256种状态，指挥CPU部件完成规定的操作。 )1(dtdeTedtTeKPdi 6 ⑦时序部件 产生用于完成指令所规定的操作所需的时序控制信号。

2、微机执行简单程序的主要过程

微机从首地址开始执行程序。程序计数器PC提供第一条指令的地址并寄存在地址寄存器中，通过地址总线送至存贮器，经存贮器中的地址译码器译码后，找到要寻址的单元。然后在控制器作用下，将指令从存贮器中取出，经数据总线送至指令寄存器，经过指令译码器译码和可编程序逻辑阵列的定时控制，再执行相应的操作。当一条指令执行完后，就进入下一条指令的取指阶段，如此反复进行，直至程序结束。

（二）存贮器

类型：高速缓冲存储器Cashe、内部存储器和外部存储器。

1、高速缓冲存储器Cashe

组成：双极型静态RAM（SRAM）。

特点：存取时间极短。容量一般较小且不由用户扩展。

用途：设置在CPU和内存之间，用来临时存放指令和数据，借以提高CPU的处理速度。

2、内部存储器

1）RAM

特点：可随机读出或写入，断电后存贮信息丢失。

类型：动态RAM（需不断刷新，即每2ms左右重新充电一次）；

静态RAM（只要不断电，可长期存贮信息）。

用途：存放各种现场数据、中间结果以及用于与外设交换信息和作堆栈使用。

组成：存储体；

外围接口电路——地址译码器、I/O电路、片选端、读/写控制电路、三态门等。

2）ROM

特点：只可读出不可写入，断电后存贮信息保留。

用途：存放固定的程序（如监控程序）、常数、表格以及常用的子程序。

类型：固定掩模型ROM 不可改写；