热工过程与自动调节知识点(1212

1、第一章自动调节的基本概念1、基本概念：被调对象：被调节的生产设备和生产过程被调量：通过调节需要维持的物理量给定值：根据生产要求，被调量的规定数值扰动：引起被调量变化的各种原因调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量调节机关：在调节作用下，用来改变调节作用量的装置系统方框图：将实际的生产设备以及它们相互间的连接关系用抽象的形式表示，是一种对调节系统进行描述或分析的有力工具和非常直观的表达方式，主要由环节方框和信号线组成。环节：每一个方框代表一个能完成一定职能的元件同类环节：物理系统不同，数学模型的形式完全相同，两个环节的因果关系类同注：不能说一个元件只能用一个方框表示，同一个元件在反映两

2、个或多个不同特性时，应该用两个或多个方框来表示它们不同的因果关系信号线：连接各个环节且带有方向箭头的线，信号线只表示信号的传递关系和方向，而不是代表物料是从水槽中向外流出的，信号的流向不能逆行。2、自动调节系统的分类：（1）按给定值信号的特点分类：1、恒值调节系统2、程序调节系统 3、随机调节系统（2 ）按调节系统的结构分类：2.1、反馈调节系统（也称闭环调节系统）：把被调量信号经过反馈回路送到调节器的输入端 和给定信号进行比较，比较后的偏差信号作为调节器的调节依据。特点：在调节结束时，可以使被调量等于或接近于给定值；当调节系统收到扰动作用时，必须等到被调量出现偏差后才开始调节，调节的速度相对

3、比较缓慢2.2、 前馈调节系统（也称开环调节系统）：调节器接受了被调对象受到的扰动信号， 按预定 的调节规律立即对被调对象产生一个调节作用，以抵消扰动信号对被调量的影响。 不存在反 馈回路。特点：由于扰动影响被调量的同时，调节器的调节作用已产生，所以调节速度相对比较快；由于没有被调量的反馈，所以调节结束时不能保证被调量等于给定值2.3、复合调节系统： 前馈+反馈（3） 按调节系统闭环回路的数目分类：1、单回路调节系统 2、多回路调节系统（4） 按调节作用的形式分类：连续调节系统2、离散调节系统（采样调节系统）（5） 按系统的特性分类：1、线性调节系统2、非线性调节系统3、 典型的调节过程：（1

4、）非周期（不振荡的）调节过程（2）衰减振荡调节过程（3）等幅振荡调节过程（4）渐扩振荡调节过程注：后两种不可采用4、自动调节系统主要的性能指标：4.1、稳定性：负反馈是调节系统稳定的必要条件，正反馈是系统不稳定的根本原因，系统的稳定性用衰减率来衡量，衰减率：二一业稳定性的最佳指标：0.75: 0.9M1非周期调节过程：=1 ;等幅振荡调节过程：0 ;衰减振荡调节过程：01 ;渐扩振荡调节过程:4.2、准确性：反应调节过程中和调节结束时被调量与给定值之间偏差的程度(1) 动态偏差emax :在整个调节过程中被调量偏高给定值的最大偏差值(2) 静态偏差e :调节过程结束后被调量和给定值之间的偏差值

5、4.3、 快速性：反应调节过程持续时间的长短，称调节时间ts4 准则数I : |0 |y(t) y( ) |dt， I值数值越小，调节的质量越好5 超调量M p :反映系统调节过程中被调量超过稳定值的最大程度ymax yy100%号右侧，等号左右侧各项均按降幕形式排列。di1 t对于电感器，有 山 L对于电容器，有UcidtdtC 0人亠d2x合力 F m 2弹力F Kxdt23、拉普拉斯变换： 一种解线性微分方程的简便运算方法，其定义式：对于电流，有i摩擦力Fdqdtdx f-dt第二章自动调节系统的数学模型1、静态特性：系统处于平衡状态时 (即输入信号和输出信号都不随时间变化)，输出信号和

6、引起它变化的输入信号之间的关系，称为系统的静态特性。2、动态特性：系统处于不平衡状态时 (即输入信号和输出信号随时间变化)，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系，称为系统的动态特性。通常用微分方程来描述。将与输出有关的各项置于等写动态特性方程时，需将与输出有关的各项放在等号左侧,stLf(t) F(s) 0 f(t)e dtf(t)原函数s复变数，sF(s) f (t)的象函数拉普拉斯变换存在的条件：f(t)e t| dt4、拉普拉斯反变换：f(t) L1F(s) 十 F(s)estds传递函数：线性定常系统在零初始条件下, 系统(或环节)输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比

7、。5、单位脉冲响应函数：当系统(或环节)的输入信号r(t)为单位脉冲函数(t)，传递函数为G(s)，则它的输出信号 c(t)称为单位脉冲响应，c(t)的数学表达式称为单位脉冲响应函数。6、单位阶跃响应函数：当系统(或环节)的输入信号 r(t)为单位阶跃函数1(t)，传递函数为G(s)，则它的输出信号 c(t)称为单位阶跃响应，c(t)的数学表达式称为单位阶跃响应函数。7、基本环节：(1 )比例环节：输出信号能按一定比例、无延迟和无惯性地复现输入信号变化的环节微分方程：c(t)=K r(t)传递函数:G(s)=lg频率特性：G(j ) Kej0 K幅频特性：M( ) K 相频特性:()0o(2)

8、积分环节：输出信号的变化速度与输入信号成比例微分方程:c(t)= : r(t)dt( Ti ：积分时间)T|传递函数：G(s)= R|右ii频率特性：G(j ) 丄ejTiT(3 )惯性环节(非周期环节)：幅频特性：M()相频特性：()-微分方程：TdC c(t) Kr (t)dt传递函数：盼器占频率特性：G(j )幅频特性：M()_Ki+ 2t2相频特性:1()tg t(4)理想微分环节：输出信号与输入信号的变化速度成比例的环节微分方程：c(t)= Td( Td :超前时间)dt传递函数：G(s)二Cd TdSR(s)频率特性：G(j ) jTpTd e 幅频特性：M ( ) Td相频特性：

9、()-(5)实际微分环节微分方程：TD虫包 C(t)KDTD翌( Td :时间常数 Kd：放大系数)dtdt传递函数 G(s)=CJ驚(6) 纯迟延环节：环节的输出信号的变化与输入信号的变化完全相同，只是落后了一段时 间微分方程：c(t)=r(t-)传递函数：G(s)二eR(s)频率特性：G(j ) e j幅频特性：M( ) 1环节的串联：总的传递函数等于各个环节传递函数的乘积 环节的并联：总的传递函数等于各个环节传递函数的代数和 环节的反馈连接：两个环节首尾互相联接形成一个闭合回路相频特性：()G(s)=(正反馈取减号，负反馈取加号 )R(s) 1mGo(s)H(s)方框图的等效变换:(1)

10、 相加点的后移：在叠加信号中串联一个G (s)1(2) 相加点的前移：在叠加信号中串联一个G(s)(3 )引出点的前移：引出信号后串联一个G(s)(4 )引出点的后移：引出信号后串联一个第三章热工对象和自动调节器通道：表示输入信号和输出信号之间的信号联系 调节通道：调节作用至被调量之间的信号联系 干扰通道：干扰作用至被调量之间的信号联系 内扰：经过调节通道作用到对象上的扰动 外扰：经过干扰通道作用到对象上的扰动有自平衡能力对象： 对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象的输出量经 过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态。(1) 自平衡系数：0自平衡能力越大的对象，值越大c()(2)

11、 时间常数Tc :输出量以曲线上的最大变化速度变化时，从起始值至最终值所需的时间(3 )飞升速度(响应速度)：在单位阶跃扰动作用下，输出来量的最大变化速度(4)响应时间Ta :响应速度的倒数(5 )延迟时间 ：从输入信号阶跃变化瞬间至切线与输出量起始值水平线交点间的时间间 隔热工对象的特点：输出量的变化过程是不振荡的；在扰动发生的开始阶段有迟延和惯性：过程的最后阶段，有自平衡能力对象输出量达到新的稳态值，不为零，无自平衡能力对象输出量不断变化，不能达到新的稳态值，即为零。PID调节器的传递函数：Gr(S) KP Kl KdSE(s)S其中，KP 比例放大系数， K|积分放大系数，Kd微分放大系

12、数调节器参数：KP、Ti、Td ( TdKd/Kp,为微分时间，TiKp / K| ,为积分时间)P调节器：只有比例调节作用一 1动态方程：(t)=K Pe(t)e(t)传递函数:Gr(s)E(s)PI调节器:具有比例和积分作用动态方程:1 t(t)二Kpe(t) - 0e(t)dtTi1e(t)Tit0e(t)dt传递函数:Gr(s)(s)E(s)1)Kp(1 T|S丄(11)T|SPD调节器：具有比例和微分调节作用Td d动态方程：(t)=K Pe(t)传递函数：Gr(s)(s)E(s)Kp(1 TdS)-(1TdS)三种积分调节作用分析：(1) 比例调节作用(P作用)：动作快，对干扰能有

13、抑制作用,存在静态偏差。动态方程:1(t)二Kpe(t) e(t)传递函数：Gr(s)(2) 积分调节作用(I作用)：能消除静态偏差，调节作用不断加强，直至偏差为零1动态方程： (t)= 一Tit0 e(t)dt传递函数:Gr(s)(s) E(s)T|S(3)微分调节作用(D作用)：超前的调节作用，不能消除偏差动态方程： (t)= tdde(t)dt(s)传递函数：Gr(s) e(s)TdS第四章系统的时域分析即调节系时域分析法：根据系统的微分方程，求出输入为某种时间函数时微分方程式的解, 统的时间响应，从而进一步分析系统的稳定性及其稳态和动态品质。2对于非齐次微分方程：忠響ac(t)br(t

14、)其解c(t) q(t) C2(t)，即齐次的通解+非齐次的特解即：系统对输入的响应=瞬态响应+稳态响应C2（t）描述了系统在输入信号作用下的强迫运动，在单位阶跃输入作用下（即r(t)=1)，C2(t)boao阶系统传递函数的通用形式G(s)s22 nS阻尼振荡频率Ci（t）描述了系统在输入为零时的自由运动，只与系统本身性质有关,峰值时间：tp （响应超过稳态值后到达第一个峰值所需的时间）d超调量：Mp e L （随阻尼比 的增大而减小）2 / 1 2衰减率：1 e *（振荡过程曲线中相邻两个振幅的衰减百分比）衰减指数m :欠阻尼二阶系统特征根的实部绝对值与虚部绝对值之比，即调节时间ts :响

15、应曲线的包络线与稳态值的偏差减小到允许范围所需的时间米用2%的误差带时：ts4n采用5%的误差带时：ts3n稳态误差:e( ) 1c()1 sC(s)、1K 21 sG(s) 12n2(s 0)sS 2 nS n频域分析：一种利用频率特性（稳态特性）来分析系统动态品质的方法。频率特性：G(j )M ()ej()其中，M（）是幅值，表示输出量与输入量的振幅比，（）是相角，表示输出量与输入量的相位差第五章系统频域特性1频率特性的表示方法1）幅频特性和相频特性幅频特性：输出量与输入量的振幅比；相频特性：输出量与输入量的相位差。2）幅相频率特性幅频特性和相频特性通过频率建立的相互关系3）实频特性和虚频

16、特性实频特性：幅相频特性的实部； 虚频特性：幅相频特性的虚部。2 基本环节的频域特性1）比例； 2）积分； 3）微分； 4）惯性； 5）纯迟延；第六章自动调节系统的整定1 自动调节系统整定：调节系统设计安装后，对调节器的参数进行选择和确认，以达到系统，稳定、准确、快速为目的，也就是合理地选择调节器中的各个参数使其达到最佳值。 一般来说，自动调节器的调节作用主要由比例、积分和微分三种基本调节作用及其组合而成的。整定 主要是对比例带、积分时间和微分时间三个整定参数的大小进行选择，以确定调节作用中三者的关系。 2单回路临界比例带法整定1）设置调节器整定参数 Tiis, Td=0,3置于较大的数值后，

17、将系统投入闭环运行。2）系统运行稳定后，适量减小比例带的数值并施加阶跃扰动（减小比例带是设法使 系统产生等幅振荡） ,观察被调量的变化,直到出现等幅振荡为止。记录此时的临界比例带3 c和临界振荡周期Tc3）根据临界比例带3 c和临界振荡周期 Tc,查表，表中所列的计算公式是按衰减率“ =0.75时为依据的。根据调节系统采用不同的调节器类型，选用表中不同的计算公式（求 出调节器中的各整定参数。4）将计算出的各整定参数值设置到调节器中, 对系统作阶跃扰动试验, 观察被调量的 阶跃响应,适当修改各整定参数,直到满意为止。3 单回路衰减曲线法整定1）设置调节器的整定参数 Tiis, Td=0,3置于较

18、大的数值后，将系统投入闭环运行。2）系统运行稳定后,适量减小比例带的数值并施加阶跃扰动（减小比例带是设法使系 统达到所要求的衰减率） ,当系统调节过程达到所要求的衰减率时,记录当时对应的比例带 3 s 和衰减振荡周期 Ts。3）根据比例带3 s、衰减振荡周期Ts查表，根据调节系统中采用不同类型的调节器，选 用表中不同的计算公式,求出调节器中的各整定参数。4）将求出的各整定参值设置到调节器中,对系统作阶跃扰动试验,观察被调量的阶跃 响应,适当修改各整定参数,直到满意为止。第七章 汽包锅炉给水自动调节系统被调量H变化的主要原因来自于：（1 ）给水流量 W （ 2）蒸汽流量D （ 3）锅炉燃烧率1、

19、给水流量 W扰动时的动态特性：（迟延、惯性、无自平衡能力）（ 1 ）从物质平衡角度分析：当给水流量产生一个阶跃扰动（增加）,而蒸汽流量不变时,汽包水位上升（等速度上升）（2）从热平衡角度分析：由于锅炉给水温度相对较低,当给水流量增加时吸收汽包中汽水混合物的热量会增加, 汽水混合物中汽包容积会减少, 汽包水位随之下降, 当达到新的热平 衡状态时,汽包水位停止下降而保持不变。2、蒸汽流量 D 扰动时的动态特性：（ 1 ）从物质平衡角度分析：当蒸汽流量 D 产生一个阶跃扰动（增加） ,而给水流量不变时,汽包水位下降（等速度下降）(2)从热平衡角度分析：随着蒸汽量的增加，汽包内部的压力将下降，过热度提

20、高，汽水 混合物中的气泡容积迅速增加， 使汽包水位上升， 当达到新的热平衡时， 水位不再上升而保 持不变。虚假水位： 对汽包而言，在其输出流量(蒸汽流量)增加，输入流量(给水流量)不变的情 况下，汽包水位一开始不但不下降，反而上升，这种现象称为“虚假水位” ，当虚假水位达 到极值后，水位将反方向突然快速变化。产生原因：蒸汽流量扰动导致。解决措施：将蒸汽流量信号作为系统的前馈信号，当蒸汽 流量改变时， 调节作用使给水流量 W 同方向改变， 所以可以有效地减少或消除虚假水位现 象产生误差带来的影响。3、锅炉燃烧扰动 时，汽包水位的动态特性和蒸汽流量扰动时的情况相似，只是迟延和惯性 更大。汽包锅炉给

21、水调节系统的类型： (1)单冲量给水自动调节系统： 只依据汽包水位一个信号进行调节，实际的汽包水位信号 与给定值的偏差信号输入到比例积分调节器， 如果存在偏差， 调节器发出调节指令， 通过调 节机关改变积水量，知道汽包水位等于给定值为止。特点： 不能克服“虚假水位”造成的误动作；在给水流量变化时，汽包水位要经过一段时间 后才能有所反应，调节作用滞后，调节时间长(2)单级三冲量给水自动调节系统： 依据汽包水位H、给水流量 W和蒸汽流量D三个信号 进行调节，在主回路中只有一个调节器，蒸汽流量信号 D是前馈信号，D增加时W增加，D 减少时W减少，可以有效地减少或消除“虚假水位”现象产生误动作带来的影

22、响( 3)串级三冲量给水自动调节系统：汽包水位通道串接有两个调节器，主调节器采用比例积分调节器，副调节器采用比例调节器 给水流量的调节方式： (1)节流调节，通过调节阀门的开度调节给水量(2)变速调节：通过调节接水泵的转速调节给水量，损失小，效率高 变速泵的类型： (1)电动调速泵： 控制液力偶合器中的油位高度实现给水泵转速的变化。 在 低负荷运行时可投入运行，利用了高品位的电能，效率低(2)汽动调速泵：通过控制小型汽轮机的蒸汽量改变给水泵转速。低负荷时不能投入使用，效率高 锅炉压力下降，而转速不变时，须适当关小调节阀 变速泵调节的任务 :(1)改变给水流量，维持汽包水位在允许范围(2)控制给

23、水泵的出口压力 ,保证给水泵在安全区内工作( 3)保证给水泵流量不低于规定的最小流量第八章 汽温调节系统过热蒸汽温度变化的主要原因来自于：(1)蒸汽量( 2)烟气量( 3)减温水量(1) 蒸汽流量扰动下时过热蒸汽温度的动态特性：(有迟延、有惯性，有自平衡能力) 当锅炉的蒸汽量增加时， 对流式过热器和辐射式过热器的出口汽温随蒸汽量变化的方向是相 反的。 蒸汽量增加时，通过对流式过热器的烟量增加，烟温也随之升高，从而对流过热器的 汽温升高；但炉膛温度升高较少，辐射传热量的增加比蒸汽量增加所需的吸热量增加要少， 故当蒸汽量增加时， 辐射式过热器出口汽温是下降的。 通过对流过热器的受热面积大于辐射 过

24、热器的受热面积， 对流方式比辐射方式吸热量多， 因此，总的汽温将随蒸汽量增加而升高。(2) 烟气侧扰动时过热蒸汽温度的动态特性：(有迟延、有惯性，有自平衡能力)烟气侧扰动沿着过热器整个长度使烟气传热量发生变化，过热温度响应较快， 改变烟量或烟温时，会影响燃烧工况，与燃烧控制互相干扰，影响再热蒸汽温度，不作为调节手段。(3) 减温水量扰动时过热蒸汽温度的动态特性：属于对象调节通道的动态特性， 改变过热器入口蒸汽温度可以有效地调节过热器出口蒸汽温 度，改变入口蒸汽温度可用喷水来进行。 再热气温的调节很少采用喷水调节作为调温手段的原因： 再热汽温用喷水调节，势必增大汽轮机中、低压缸的流量，相应增加了

25、中、低压缸的功率， 如果机组总功率 （负荷） 保持不变， 势必减少高压缸的功率和流量，这就等于用部分低压蒸 汽循环代替高压蒸汽循环，导致整个单元机组循环热效率降低，热经济型变差。 在烟气侧调节再热汽温的方法有：（1）烟气旁路法 （烟气挡板调节法） ：通过烟气挡板开度来改变流过过热器受热面和再热器 受热面的烟气分配比例，从而达到调节再热汽温的目的。（2）摆动燃烧器倾角法：改变炉膛火焰中心高度和炉膛出口烟温，使炉膛辐射传热量和对 流受热面的对流传热量分配比例改变，使再热汽温变化。 ，燃烧器上摆可提高炉膛出口烟气 温度，下摆可降低膛出口烟气温度。（3）烟气再循环阀法：利用烟气再循环风机，将部分烟气从

26、省煤器后抽出，再从炉膛底部 冷灰斗处送入炉膛， 形成再循环烟气流量， 当再循环烟气量增大时， 炉膛火焰温度略有降低， 辐射吸热量略有减少， 烟气流量的增大， 使对流受热面吸热量明显增加， 从而改变主蒸汽和 再热蒸汽的吸热比例，达到调节再热汽温的目的。（4）汽汽热交换器法：负荷降低时，将过热蒸汽辐射吸收的多余热量传给再热蒸汽 炉膛热量：炉膛燃料完全燃烧时，在单位时间内所产生的热量第九章 汽包锅炉燃烧过程自动控制系统汽压控制对象 由锅炉燃烧部分（炉膛） 、蒸发部分（水冷壁和汽包） 、蒸汽输出部分（过热器 及主蒸汽管道）和汽轮机 组成。燃烧率扰动下汽压控制对象的动态特性： 在燃烧率扰动和汽轮机调门开

27、度保持不变时，主 蒸汽压力和汽包压力的动态特性为有迟延的惯性环节，汽压升高后，汽轮机调门开度不变， 而汽轮机的进汽量相应地增加，限制了汽压升高，故汽压对象有自平衡能力。负荷扰动下汽压控制对象的动态特性 ：在汽轮机调门开度扰动下，汽包压力控制对象为一 阶惯性环节，当汽轮机调门开度阶跃增加后，蒸汽流量 D 立即比例增加，主蒸汽压力下降， 汽包压力下降后，蒸汽流量下降到扰动前的数值， 最后， 汽压稳定在一个较低的数值上，表 现为有自平衡能力的特性。第十章 单元机组主控制系统单元制热力系统 ：一台汽机一台锅炉 大型机组负荷的首要任务是 ：对外保证单元机组有较快的功率响应和一定的调频能力， 对内 保证主

28、蒸汽压力偏差在允许范围内主控制系统的作用： 接受外部负荷要求指令，并发出使机炉调节系统协调动作的指挥信号。 单元机组的自动调节系统 主要包括主控制系统和机炉调节系统 主控制系统与机炉调节系统的关系：主控制系统相当于机炉调节系统的指挥机构， 起上位控制作用， 机炉调节系统对于主控制系 统相当于伺服机构，起下位控制的作用，是主控制系统的基础，两者构成分层控制的结构， 主控制系统的正常运行是建立在锅炉和汽轮机各自的调节系统均完备的基础之上的， 只有组 织好机炉调节系统， 并保证其具备较高控制质量的前提下， 才有可能组织主控制系统， 并使 之达到要求的控制质量。协调控制系统： 主控制系统和机炉调节系统

29、的总称主控制系统的调节对象 包括机、炉调节系统和单元机组 锅炉燃烧率 b扰动下主蒸汽压力 Pt和输出电功率Pe的动态特性: 燃烧率增加， 锅炉蒸发受热面的吸热量增加， 汽压经一段延迟后逐渐升高， 进入汽轮机的蒸 汽流量随之增加，从而限制了汽压的升高，最后， 当蒸汽流量与燃烧率达到新的平衡时，汽 压就趋于一个较高的新稳态值， 具有自平衡能力， 蒸汽流量的增加使汽轮机功率增加， 输出 电功率也跟着增加， 最终，当蒸汽流量不变时，输出电功率也趋于一个较高的新稳态值，具 有自平衡能力。汽轮机调门开度 T 扰动下主蒸汽压力 PT 和输出电功率 PE 的动态特性： 汽轮机调门开度增加后， 一开始进入汽轮机

30、的蒸汽流量立刻增加， 同时主蒸汽汽压也随之立 刻下降，而蒸发量不变， 蒸汽流量的增加是暂时的，最终，蒸汽流量仍恢复到与燃烧率相应 的扰动前的数值， 主汽压力也逐渐趋于一个较低的新稳态值， 因蒸汽流量在过渡过程中有暂 时的增加，输出电功率相应也有暂时的增加，但最终恢复到扰动前的数值。 主控制系统调节对象的动态特性：锅炉主控制指令 Mb扰动下，主蒸汽压力的动态特性近似为具有惯性的积分环节的特性，输出电功率近似不变；汽轮机主控制指令 M T 扰动下，主蒸汽压力的动态特性近似为比例加 积分环节的特性，输出电功率的动态特性近似为惯性环节或比例加惯性环节的特性。负荷控制方式： （1）机炉分别控制方式（ 2）机炉协调控制方式 机炉分别控制方式： 一个被调量只