课题一 船舶反馈控制系统基础

1、轮机自动化主 讲： 陈 新 梅单 位： 动力工程学院 动装教研室联系方式：Q： 17073555学习方法及要求学习方法及要求希望大家能够做到如下几点：希望大家能够做到如下几点：不迟到早退，有事先请假。不迟到早退，有事先请假。上课认真听讲；上课认真听讲；做好笔记（可做在教材上）；做好笔记（可做在教材上）；借助网络、书籍等了解与本课程有关的新技术借助网络、书籍等了解与本课程有关的新技术、新动态。、新动态。 思考题l定义：只有一个存储物质或能量容积的控制对象思考题比例带越小，比例作用越强；比例带越大，比例作用越弱。积分比例Ti调小，比例作用加强，1）振荡加剧，稳定性变差。2

2、）最大动态偏差基本不变。3) 振荡时间延长。)(dtdeTdeKpP 若Td过小，微分作用弱，系统质量改善不显著。 若Td过大，微分作用强，反而引起小幅度振荡。 若Td为零，无微分作用，只有比例作用。dtdeTiTddteeKpP1思考题自动化仪表种类繁多，主要分类有：自动化仪表种类繁多，主要分类有：按采用的辅助能源分：按采用的辅助能源分：气动、电动、混合式气动、电动、混合式按组合方式分：按组合方式分：基地式、单元组合式基地式、单元组合式本章就以气动单元组合式仪表的结构、原理和管理注意事项。本章就以气动单元组合式仪表的结构、原理和管理注意事项。一、自动化仪表的主要品质指标一、自动化仪表的主要品

3、质指标1、绝对误差、绝对误差又称指示误差，是指测量值与真实值之差。若测量值为又称指示误差，是指测量值与真实值之差。若测量值为A，真实值为真实值为Ao，则绝对误差为，则绝对误差为 = A- Ao。但在实际应用中，。但在实际应用中，真实值很难得到，因此一般用准确度高的做多次测量取平真实值很难得到，因此一般用准确度高的做多次测量取平均值。均值。2、相对误差、相对误差相对误差相对误差是指仪表的绝对误差与仪表指示值之比的百分是指仪表的绝对误差与仪表指示值之比的百分数。数。即即= / A*100% 3、基本误差、基本误差基本误差基本误差o指仪表的最大绝对误差与仪表的测量范围之比的百分指仪表的最大绝对误差与

4、仪表的测量范围之比的百分数，即数，即o= max / A*100%仪表自身缺陷所造成的。仪表自身缺陷所造成的。4 、精度、精度 工程上常用精度表示仪表的准确度，与基本误差相同，只是用工程上常用精度表示仪表的准确度，与基本误差相同，只是用级来代替百分数，如量程为级来代替百分数，如量程为0-2MPa的压力表，最大绝对误差为的压力表，最大绝对误差为0.05MPa，则该表精度为，则该表精度为2.5级（基本误差为级（基本误差为2.5%）常见仪表等级有：常见仪表等级有：0.1级，级，0.2级，级，0.35级，级，1.0级，级，1.5级，级，2.0级，级，2.5等，其中等，其中0.10.20.35级多用于标

5、准仪表。级多用于标准仪表。5、附加误差、附加误差指由于外界影响造成的误差指由于外界影响造成的误差6、仪表的灵敏度、仪表的灵敏度指仪表对输入量有反映的灵敏程度，如输入为指仪表对输入量有反映的灵敏程度，如输入为x，了输出为，了输出为y，则灵，则灵敏度敏度S=y/x；灵敏度越高，能测出的输入量变化越小，仪表越灵敏。灵敏度越高，能测出的输入量变化越小，仪表越灵敏。7、仪表的稳定性、仪表的稳定性相同条件下多次测量值的稳定性。相同条件下多次测量值的稳定性。8、仪表的不灵敏区、灵敏限和变差、仪表的不灵敏区、灵敏限和变差由于仪表存在摩擦、间隙、弹性元件滞后等现象，输入量变化很小由于仪表存在摩擦、间隙、弹性元件

6、滞后等现象，输入量变化很小时，输出没反应，这就是不灵敏区；时，输出没反应，这就是不灵敏区；灵敏限是指要是仪表做出反应所需输入的最小变化值，一般认为不灵敏限是指要是仪表做出反应所需输入的最小变化值，一般认为不灵敏区的一般为灵敏限；灵敏区的一般为灵敏限；变差是指外界条件不变的情况下，多次在不同方向输入仪表同一值变差是指外界条件不变的情况下，多次在不同方向输入仪表同一值时，仪表指示值之间的最大误差，即正行程和负行程指示值之差。时，仪表指示值之间的最大误差，即正行程和负行程指示值之差。二、气动调节仪表的主要元部件二、气动调节仪表的主要元部件 气动仪表的结构形式虽然很多，但构成气动仪表的结构形式虽然很多

7、，但构成元部件不多，主要有：元部件不多，主要有：弹性元件、节流元件、弹性元件、节流元件、气体容室、喷嘴挡板机构、阻容元件、功率气体容室、喷嘴挡板机构、阻容元件、功率放大放大元件放大放大元件1、弹性元件：、弹性元件：分为弹性敏感元件和弹性支撑元件。分为弹性敏感元件和弹性支撑元件。敏感元件有：波纹管、金属膜片、非金属膜片、敏感元件有：波纹管、金属膜片、非金属膜片、弹簧管和金属膜盒等；作为压力转换为位移的感弹簧管和金属膜盒等；作为压力转换为位移的感测元件。受气压作用所产生的位移与气压之间呈测元件。受气压作用所产生的位移与气压之间呈线性关系。线性关系。弹性支撑元件有：螺旋弹簧和簧片。用于支撑、弹性支撑

8、元件有：螺旋弹簧和簧片。用于支撑、平衡或增强敏感元件的刚度。如幅差弹簧等。平衡或增强敏感元件的刚度。如幅差弹簧等。（2）膜片和膜盒）膜片和膜盒能受能受0197.2kPa气压和气压和20180 的温度的温度位移限制在位移限制在0.3mm左右左右2.节流元件（阻容元件）节流元件（阻容元件）（1）节流元件（气阻）：限制气流的流动，以便用它来）节流元件（气阻）：限制气流的流动，以便用它来整定比例度、积分时间、微分时间。整定比例度、积分时间、微分时间。(2)分类分类:恒气阻：毛细管、孔板；恒气阻：毛细管、孔板；可调气阻：针阀、球阀可调气阻：针阀、球阀变气阻变气阻:圆锥圆锥-圆锥型圆锥型,圆柱圆柱-圆锥型

9、圆锥型,圆球圆球-圆锥型圆锥型.3. 气体容室：气体容室：定义定义:储存或放出气体储存或放出气体,对压力变化起惯性作用。对压力变化起惯性作用。分类分类:固定气容、弹性气容固定气容、弹性气容pm0定气容定气容m0p弹性气容弹性气容4、喷嘴挡板机构、喷嘴挡板机构定义：把输入量转换成相应的气压信号输出。定义：把输入量转换成相应的气压信号输出。（1）喷嘴挡板机构的结构）喷嘴挡板机构的结构 将流量和压力变化转变为气压或位移变化，如将流量和压力变化转变为气压或位移变化，如微分环节的应用。微分环节的应用。0.150.3mm0.81.2mm挡板远离喷嘴时，挡板远离喷嘴时，气流排往大气，气流排往大气，背压室压力

10、与大气背压室压力与大气压力基本相等。压力基本相等。当挡板紧贴喷嘴口时，当挡板紧贴喷嘴口时，背压室内压力接背压室内压力接近于气源压力。近于气源压力。特点：特点：1、挡板处于全关状态，由于漏气原因，背压室压力接、挡板处于全关状态，由于漏气原因，背压室压力接近于气源压力；近于气源压力；2、挡板全开，背压室压力接近于大气压力。、挡板全开，背压室压力接近于大气压力。3、挡板从全关到全开，喷嘴背压从接近气源压力到趋、挡板从全关到全开，喷嘴背压从接近气源压力到趋近于零。而且在开始和最后阶段缓慢，中间快，特性近于零。而且在开始和最后阶段缓慢，中间快，特性曲线上的各点斜率不等。曲线上的各点斜率不等。有放大作用：

11、将几微米的变化放大到有放大作用：将几微米的变化放大到0.02-0.1MPa一般采用中间线性段作为工作段。一般采用中间线性段作为工作段。（1）非耗气式气动功率放大器）非耗气式气动功率放大器进气阀（球阀）：控制气源来的进气量，进气阀（球阀）：控制气源来的进气量， 只要有微小位移，只要有微小位移， 进气量就会发生很大变化。进气量就会发生很大变化。排气阀（锥阀）：控制通大气的通气量。排气阀（锥阀）：控制通大气的通气量。阀的工作状态：阀的工作状态：1、锥阀关闭，球阀打开。、锥阀关闭，球阀打开。中间气室中间气室压力升高。压力升高。2、球阀关闭，锥阀打开。、球阀关闭，锥阀打开。B室压力下降。室压力下降。3、

12、球阀、锥阀都关闭。、球阀、锥阀都关闭。B室压力不变。室压力不变。5、气动放大器：非耗气式和耗气式、气动放大器：非耗气式和耗气式工作过程：工作过程：1、输入信号压力上升，关闭锥阀，打开球阀，输出、输入信号压力上升，关闭锥阀，打开球阀，输出压力升高。压力升高。2、输入信号压力下降，关闭球阀，打开锥阀，输出、输入信号压力下降，关闭球阀，打开锥阀，输出压力信号下降。压力信号下降。3、输入信号压力稳定为某一数值时，球阀和锥阀均、输入信号压力稳定为某一数值时，球阀和锥阀均处于关闭状态，输出压力稳定于某一数值。处于关闭状态，输出压力稳定于某一数值。（2）耗气式功率放大器）耗气式功率放大器A 结构结构球阀：控

13、制气源来的气量。球阀：控制气源来的气量。锥阀：控制排气量的大小。锥阀：控制排气量的大小。输入信号压力增加，球阀开大，锥阀关小，输入信号压力增加，球阀开大，锥阀关小，B室压室压力升高。反之亦然。在稳态时，总有部分空气被排力升高。反之亦然。在稳态时，总有部分空气被排入大气。入大气。推力与膜片位移的关系与挡板喷嘴机构串联可构成与挡板喷嘴机构串联可构成二级气动放大器二级气动放大器，实现流，实现流量压力的放大。量压力的放大。特点：特点：1、放大器的喷嘴与挡板都暴露在外面，装配、放大器的喷嘴与挡板都暴露在外面，装配与调整较为方便，对中性较好，可得到较好的密封。与调整较为方便，对中性较好，可得到较好的密封。

14、2、压力放大倍数为、压力放大倍数为1020。调整适当，可保证仪表。调整适当，可保证仪表具有较高的灵敏度和精度。具有较高的灵敏度和精度。放大环节放大环节反馈环节反馈环节KHPsrPePsc-比较环节比较环节气动仪表的组成原理气动仪表的组成原理放大作用，放大作用，要求较高灵要求较高灵敏度和较高敏度和较高输出功率输出功率比较作用，比较作用，输入和输出输入和输出信号比较信号比较信号的运算作信号的运算作用用1、放大环节、放大环节1）喷嘴挡板机构）喷嘴挡板机构2） 气动功率放大器气动功率放大器二级气动功率放大器二级气动功率放大器2、反馈环节、反馈环节1）、节流分压器）、节流分压器1、节流分压器即节流通室，

15、由可调气阻、节流分压器即节流通室，由可调气阻RF、流通气室和、流通气室和恒气阻恒气阻R串联。串联。 如果气体密度在气阻前后保持不变，有如果气体密度在气阻前后保持不变，有:P1=RP0/(RF+R)=K*P0K为分压系数为分压系数 实现的是比例作用规律，由可调气阻实现的是比例作用规律，由可调气阻RF来调整调节来调整调节器的比例带器的比例带1/K的大小的大小节流通室节流通室：改变改变Rv起着比例调节作用，改变起着比例调节作用，改变Po起着积分起着积分调节作用。调节作用。分压、减压作用分压、减压作用(P1-P2)/Rv=（P2-P3）/Rd=q2）、节流盲室）、节流盲室节流盲室的特性曲线图节流盲室的

16、特性曲线图PPi0.632PiP00Tt 节流盲室实现的是积分作用规律，可调气阻节流盲室实现的是积分作用规律，可调气阻R来调整调节器的积分来调整调节器的积分时间。特性是一阶惯性环节，时间。特性是一阶惯性环节，T=RC为该环节的时间常数。为该环节的时间常数。3、比例惯性环节、比例惯性环节 比例惯性环节是有弹性气室、波纹管比例惯性环节是有弹性气室、波纹管E1 、可、可调气阻调气阻R及连接管路组成。及连接管路组成。 比例惯性环节实现微分调节作用，调节气阻比例惯性环节实现微分调节作用，调节气阻R可整定微分时间。可整定微分时间。PsrERPscE1比例惯性环节结构示意图比例惯性环节结构示意图做做看做做看做做看做做看做做看做做看做做看做做看做做看做做看比例带越小，比例作用越强；比例带越大，比例作用越弱。二、气动比例调节器控制的冷却水温度控制系统（间接作用式）3、参数的调整及故障分析（1）给定值：通过调整定制弹簧6的预紧力来实现的。（2）比例作用强弱是通过左右移动反馈波纹管、改变负反馈强度来实现的。3、参数的调整及故障分析（3）常见故障若发现冷却水温度不可控制地升高时，故障的最大可能性是测量波纹管3或其压力传输管路发生泄露；若发现冷却水温度不可控制地降低时，故障的最大可能性是喷嘴挡板机构的恒节流孔堵塞；若冷却水的温度不可控地随