轮机自动化知识点

轮机自动化知识点

.反馈控制系统的基本概念

1 •反馈控制系统的组成，要求画出组成框图，能够描述系统的工作过程

2 •自动控制系统的典型输入信号

阶跃形式、线性形式、脉冲形式、正弦形式 其中阶跃形式是最严重的扰动。

3 .反馈控制系统动态过程的品质指标有哪些方面？各包括哪些指标？各种指标的含义？

稳定性指标： 衰减率$ ：是指在衰减震荡中，第一个波峰的峰值 A=e max减去第—个冋相

波峰峰值B除以第一个波峰峰值 A，即$ = (A-B ) /A

震荡次数N :是指在衰减震荡中，被控量震荡的次数

超调量b p：是指在衰减震荡中，第一个波峰 ymax减去新稳态值y(8)与

新稳态值之比的百分数

准确性指标：最大动态偏差emax :是指在衰减震荡中第一个波峰的峰值。

静态偏差£ :是指动态过程结束后，被控量新稳定值与给定值之间的差值

快速型指标：上升时间 tr :是指在衰减震荡中，被控量从初始平衡状态第一次到达新稳态 值y (a)所需的时间

峰值时间tp:是指在衰减震荡中，被控量从初始状态到达第一个波峰所需

要的时间

过渡时间ts：是指被控量从受到扰动开始到被控量重新稳定下来所需的时

间

穿越次数：

振荡周期：

二.控制器作用规律

1 •调节器的种类及其作用规律表达式。各种调节规律的开环阶跃响应特性(输出曲线形状) 双位是调节器：

比例调节器(P): P (t) =K • e (t)

1

比例积分调节器(PI): P (t) =K〔 e (t) +— / e (t) dt〕

Ti

比例微分调节器(PD): P (t) = K〔 e (t) +Tdde(t)〕

dt

比例积分微分调节器(PID): P (t) =K〔 e (t) +丄/ e (t) dt+ Td妲〕

Ti dt 2 .正、负反馈的含义及其强弱对调节器参数( PB、Ti、Td )的影响

正反馈：是指经反馈能加强闭环系统输入效应，即使偏差 e增大

负反馈：是指经反馈能减弱闭环系统输入效应，即使偏差 e减小

正反馈可以增大调节器的放大倍数，负反馈用来提高自动调节系统 (或调节器)的稳定性。

调节器一般都采用负反馈来调节调节器的品质，以提高调节的稳定性。

3 .比例系数、比例带和积分时间的含义，理解比例系数、比例带、积分时间和微分时间的大

小对相应作用强度的影响

比例系数K :是指系统输入量 P (t)与输出量e (t)的比值，即K= P (t) / e (t) 比例带PB:是指调节器的相对输入量与相对输出量之比的百分数，即 PB= 积分时间Ti :是指

4 •比例控制存在静态偏差的原因；积分作用消除静态偏差的原理；微分作用超前控制的原理 比例控制存在静态偏差的原因： P.17

调节器的开度是与偏差成硬性的一一对应关系， 比例控制系统正是靠静态偏差来适应

不同负荷的要求。

积分作用消除静态偏差的原理： P.19

积分作用的输出是与被控量的偏差值随时间的积累成比例，只要存在静态偏差，偏差 随时间的积累就不能停止，调节器的输出就有变化，直到偏差等于零，这是积累才停止， 调节器的开度才能稳定在某一值上而不变化。

微分作用超前控制的原理： P.21 比例调节器输出特性

e 1

比例积分微分调节器输出特性

比例带 大 小

比例系数 「小 大

衰减率 ［大 小

稳定性 好 差

稳态偏差 ［大 小

上升时间 '大 小

振荡周期 大 小 积分时间 1 小 大

积分作用 强 弱：

稳定程度 低 高

短期偏差 :小 大

上升时间 短 长

振荡周期 :小 大 t

比例微分调节器输出特性 t 调节阀的开度的变化与偏差的变化速度成 de/dt比例。微分作用能预示扰动量的大小。

当扰动很大时，他能超前于当前的偏差，提前改变调节阀的开度，因此微分作用有超前控 制的能力，能及时客服扰动，使被控量不会出现较大的偏差。

5 •比例、比例积分、比例积分微分气动调节器的工作原理及其参数的调整方法 P.74~77

常用工程整定方法：

(1)经验法：

经验法又称现场凑试法，它根据经验总结出来的整定参数范围先确定一个调节器的 参数值PB和Ti,通过改变给定值对系统施加一个扰动，现场观察判断动态过程曲线形状。 若曲线不够理想，可改变 PB或Ti，再观察动态过程曲线，经反复凑试直到控制系统符合 动态过程品质要求为止，这时的 PB和Ti就是最佳值。

经验法参数表

被控量 控制对象特点及PID使用要点 PB (% T (min) Td (min)

流量 对象T较小，PB应大，T要小，不用微分 — 40--100 0.1--1

温度 对象T较大，PB应小，T要大，需用微分 20— 60 3—10 0.5--3

压力 对象T和T都不大，较小，不用微分 30 — 70 0.4--3

液位 在允许有静差时，不用积分、微分 20--80

(2)衰减曲线法

衰减曲线法是以衰减比为 4: 1的衰减震荡过程作为整定要求的。它先用纯比例作用 进行整定，然后再加积分和微分作用。其整定步骤是：在闭环系统中，先切除积分和微分 作用(即把微分旋钮置于最小值、积分旋钮置于最大值) ，然后将比例带置于较大值，在

系统达到稳定状态后， 逐渐减小PB,每减小依次PB后观察在施加阶跃信号时的动态过程 曲线，直到出现4: 1的衰减震荡过程为止，记下此时的比例带 PBs和振荡周期Ts。再按

下表给出的经验公式进行计算，求出不同控制作用时的 PB、Ti和Td。使系统投入运行后

再根据曲线对整定的参数进行适当的微调。

衰减曲线法经验公式表

控制规律 PB (%) T| (min) Td (min)

P PBs

PI 1.2PBs 0.5Ts

PID 0.8PBs 0.3Ts 0.1Ts

(3)临界比例带法

临界比例带法又称临街振荡法或稳定边界法。其整定步骤是：在闭环系统中，先切 除调节器的积分和微分作用，然后将比例带置于较大值，在系统达到稳定状态后，逐渐减 小PB,每减小依次PB后观察在施加阶跃信号时的动态过程曲线， 直到出现等幅震荡过程

为止，记下此时的比例带(临界比例带法) PBk和振荡周期Tk。再按下表给出的经验公式

进行计算，求出不同控制作用时的 PB、Ti和Td。使系统投入运行后再根据曲线对整定的

参数进行适当的微调。

临界比例带法经验公式表

控制规律 PB (%) T| (min) Td (min)

P 2PBk

PI 2.2PBk 0.85Tk

PID 1.7PBk 0.5Tk 0.125Tk 在实际调试中，只能先大致设定一个经验值，然后根据调节效果修改。

参数整定找最佳，从小到大顺序查

先是比例后积分，最后再把微分加

曲线振荡很频繁，比例度盘要放大

曲线漂浮绕大弯，比例度盘往小扳

曲线偏离回复慢，积分时间往下降

曲线波动周期长，积分时间再加长

曲线振荡频率快，先把微分降下来

动差大来波动慢。微分时间应加长

理想曲线两个波，前高后低 4比1

一看二调多分析，调节质量不会低

6 •调节器的正作用与反作用的概念

正作用：若输入信号是从膜片上部进入，当输入信号增加时阀杆下移，这种形式成为正作 用式。

反作用：若输入信号是从膜片下部进入，当输入信号增加时阀杆上移，这种形式成为反作 用式。

1 •船舶机舱常用传感器的种类

温度传感器：热电阻式、热敏电阻式、热电偶式

压力传感器：电阻式、电磁感应式、金属应变片式

液位传感器：浮子式、静压式、电极式、电阻式、电容式、超声波式

流量传感器：容积式、电磁式、压差式

传感器和变送器

转速传感器 测速发电机、磁脉冲式

扭矩传感器：相位差式

2 •温度传感器的种类

热电阻式、热敏电阻式、热电偶式

3 •热电阻温度传感器的接线问题

在实际系统中，为减小误差往往把“两线

制”接法改接为“三线制”

6 •电动差压变送器和气动差压变送器的标准输出信号

气动：0.02~0.1Mpa

电动：4~20mA

7 •气动差压变送器零点和量程的调整及量程迁移的原理和方法 5-1-1 热闵阻式諷度传關器 通过调整调零弹簧的（迁移弹簧）的拉力，来改变喷嘴和挡板之间的初始开度，直到

P 出=0.02MPa。

沿主杠杆上下移动反馈波纹管的位置。上移反馈波纹管， 12增大，K单减小，则量程

增大；下移反馈波纹管，12减小，K单增大，量程减小。

4 •热电偶传感器要进行冷端的原因及冷端补充方法 原因：为了消除冷端温度变化对测量精度的影响 方法：补偿电桥法-----在电桥中接入铜丝绕制的补 偿电阻Rcu,其电阻值随温度的升高而增大。 温度补偿电桥的输出为 Uab与热电偶输出

的热电势e串联，这时热电偶传感器的输出 电压 U

o=e-U ba

5 •磁脉冲传感器的转速检测原理及转向判断原理

磁头产生脉冲信号的频率与转速成比例，在主机的主轴或凸轮轴上装一个齿轮，把磁头对 准齿顶固定，磁头与齿顶保持一个较小的间隙。当齿轮转动时，磁头将交替对准齿顶和齿槽， 即可输出脉冲信号。从而在磁头的感应线圈内产生感应电动势，电动势大小与转速成比例。 实际中用用电动势的变化频率来表示转速， f=ZN/60（Hz）。

为了检测主机转向， 需要装两个磁脉冲传感器， 且它们之间在相位上要相差 1/4或3/4个

周期。这两个磁头所获得的脉冲信号经整形放大后，分别送往 D触发器的D端和时钟脉冲

CP端，由触发器输出端 Q和Q端的形状来表示主机的转向。其原理如下图，当齿轮如图正

车方向转动时，D触发器的D端的正脉冲总比 CP端超前1/4或3/4个周期，即CP端来正脉

冲时，D端总是“ 1”信号，故触发器 Q端保持1信号，Q端为0.表示主机在正车方向运行；

当主机在倒车方向运行时， D触发 器的CP端的正脉冲总比 D端超前1/4 或3/4个周期，即CP端来正脉冲时，D 端必是“ 0”信号，故触发器Q端保持0 信号，Q端保持1信号，表示主机在倒

车方向运行。

» 5-2-7議昧冲传克器检器主机特问昂理图

8 •采用差压变送器（电动或气动）对锅炉水位进行测量的原理及调整方法

可以采用对差压变送器负迁移的方法来测量锅炉水位。 把把参考水位管接到变送器的

正压室，测量水管接到负压室变送器的输出与锅炉水位变化方向一致，对变送器进行负迁 移，如水位最大变化范围是 600mm水柱，那么就把变送器零点从△ p=0迁移到△ p=—

600mm,输入信号是一600mm时，输出为0.02MPa，输入信号是 0时，输出为0.1MPa。

四•执行机构

1. 执行机构在反馈控制系统中的作用

执行机构的输入量是调节机构的输出控制信号，执行机构的输出量是阀的开度。调节 机构的控制信号经执行机构直接改变调节阀的开度， 从而可以改变流入被控对象的物质或 能量流量，使之符合控制对象的负荷要求，被控量会逐渐回到给定值或给定值附近，系统 将达到一个新的平衡。