制冷装置自动化复习重点2014

1制冷装置自动化第一章调节系统基本原理与调节对象特性1．自动调节系统定义：一个能够稳定工作的自动调节系统，都是在无人直接参与下，能使被调参数达到给定值或按照预先规定的规律变化的系统。自动调节系统的任务：以预定的精度，确保被控量等于给定值，或与给定值保持确定的函数关系。2、自动调节系统组成：调节对象、发信器、调节器和执行器组成的闭环系统。（发信器、调节器和执行器的总和又可以称为自动调节设备。自动调节系统是由调节对象和自动调节设备组成。）3、调节对象（被控对象）：是指要求实现自动控制的装置，设备或生产过程。例如，冰箱、冷库，冷凝器，融霜过程，冰淇淋的生产过程等。被调参数（被控量）：是指调节对象中要求保持规定数值或按给定规律变化的物理量。如库温、压力、液位等。被调参数总是选择表征调节对象工作状态的主要参数。4、自动调节：利用电磁阀代替手动调节阀。冷藏间和自动化装置（自动调节设备）一起的全部设备就构成了一个自动调节系统.5、自动化装置由三部分组成。第一部分是发信器，即敏感元件或称一次仪表，又叫测量元件，它是用来感受调节参数并发出信号的元件。如果敏感元件所发出的信号与后面仪器所要求的信号不一致时，则需增加一个将敏感元件发出的信号转变成后面仪器所要求信号的装置，这个装置叫变送器。第二部分是调节器：调节器接受敏感元件发出的信号与工艺上要求的参数加以比较，然后将比较结果用一特定的信号(气压、电流等)发送出去。第三部分是执行调节机构：根据调节器送出的信号能自动地控制阀门开启度的部件。当温度高于上限位数值时能自动开大阀门供液量增大，使冷藏间内温度降低；当温度低于下限位数值时自动关闭电磁阀停止供液，防止温度继续下降。6、自动调节控制原理：温度发信器将测得的库房温度送到调节器，在调节器中与给定值进行比较，根据偏差大小，调节器发出信号，指挥执行器动作，控制制冷剂流量。当温度达到上限值时，自动开启电磁阀，使制冷剂进入蒸发器，冷间温度随之下降；当温度达到下限值时，自动关闭电磁阀，停止向蒸发器供液，防止库房温度继续下降。这样就可以起到自动调节冷藏间温度的作用。7、自动调节系统方框图8、干扰作用：凡是可能引起被调参数波动的外来因素（除调节作用外），在自动调节技术中称为干扰作用。干扰作用的影响：会使调节系统平衡状态遭到破坏，使被调参数偏离给定值。9、调节作用（执行器的输出）的作用：调节作用力图消除干扰作用对被调参数的影响，恢复调节对象的流入量与流出量的平衡，使被调参数恢复到给定值。10、反馈：这种把系统的输出信号又引到系统输入端的作法叫做反馈。如果反馈信号使被调参数的变化减小，称为负反馈，反之，称为正反馈。11、产生偏差是自动调节的必要条件。12、调节系统的分类：1）按给定值形式分类：定值调节系统、程序调节系统、自适应控制。2）按系统结构形式分类：闭环控制系统、开环控制系统、复合控制系统13、调节系统实现负反馈的意义为：若被调参数y受到干扰而上升时，反馈信号z与给定值r进行比较，得偏差信号e，调节器的输出信号指挥调节阀动作，调节作用使被调参数y向相反的方向变化，将被调参数回降至给定值。14、干扰作用问题（常以阶跃干扰作为典型干扰作用。）阶跃干扰：所谓阶跃干扰是在t0时刻突然作用于系统的扰动量,以后不再消失也不随时间变化。若扰动量等于1时，则为单位阶跃干扰。对调节系统来说，阶跃干扰是最不利的干扰形式，但它又是最容易实现的干扰。调节系统若能很好地克服阶跃干扰，则其它形式的干扰也不难克服。因此在分析系统特性时，就以阶跃干扰为输入来进行分析。过渡过程：调节系统在阶跃干扰作用下，系统的平衡状态遭到破坏，从一个稳态过渡到另一个稳态的过程，也就是2被调参数随时间而变化的过程，称为过渡过程。15、调节系统的过渡过程一般有四种形式：衰减振荡过程、发散振荡过程（增幅振荡过程）、等幅振荡过程、单调过程。16、系统静态特性：是指平衡状态下被调参数与负荷的关系17、调节过程质量指标：1）衰减比与衰减率：衰减比是反映被调参数振荡衰减程度的指标。它等于前后两个波峰之比，即式中Mp——过渡过程的第一个波峰值；Mp’——过渡过程的第二个波峰值。通常n＝4～10为宜。衰减率较理想的衰减率为0.75～0.9。2）静态偏差y(∞)：静态偏差又称为稳态偏差、残余偏差。静态偏差表示调节系统受到干扰作用后，达到新的平衡状态时，被调参数相对于原给定值的偏差。3）动态偏差（最大超调量）Mp：动态偏差表示调节过程中被调参数相对于新稳定值的最大偏差。动态偏差越大说明调节系统的调节质量越差，稳定时间越长。18、调节对象的特性：分为静态特性和动态特性。a、容量与容量系数：调节对象的容量是指被调参数为给定值时，对象能够贮存物料或能量多少的能力。容量系数反映同样干扰下被调参数偏离给定值的程度。容量系数越大，偏离程度越小，系统越容易稳定；反之，越不容易稳定。b、传递系数（放大系数）：传递系数表示对象受到干扰后，又重新达到平衡的性能，其数值等于被调参数新旧稳态值之差与扰动幅度之比。传递系数K是静态特性，它与被调参数的变化过程无关，只与过程的初终态有关。K值越大，输入对输出的影响越大；反之则越小；传递系数大的对象，调节起来比较灵敏，但稳定性较差；传递系数小的，调节不大灵敏，但稳定性好。c、调节对象的自平衡：调节对象受到扰动后，系统平衡受到破坏，被调参数依靠本身的变化，使系统重新达到平衡，被调参数自动趋向一个新的稳定值，对象的这种性质称为调节对象的自平衡。平衡系数是指被调参数变化引起流入量与流出量变化率的大小。调节对象的自平衡系数的倒数称为调节对象的传递系数。P=1/kd、调节对象的时间常数：假若被调参数保持以初始的变化速度达到新的稳定值，这时所需的时间就是时间常数T。时间常数T等于容量系数C和阻力系数R的乘积；在相同的扰动作用下，时间常数T越大，参数变化就越慢，系统就比较稳定，容易控制，但时间要长；相反，时间常数T越小，参数变化就越快，系统的稳定性就差，也不容易控制，调节时间也短。时间常数T可以从动态特性曲线的初始点作一条切线，使其与新稳定值相交，交点所对应的时间即为时间常数。也可以把扰动加入后，被调参数变化到0.63Δθ所需时间近似看作时间常数T。e、反应曲线：对象受阶跃干扰后被调参数随时间的变化曲线，又叫“飞升曲线”。f、调节对象的滞后时间（迟延）：调节对象受到干扰作用或调节作用后，调节参数并不立即改变，而要延迟一定时间后才变化。这一定的延迟时间称为调节对象的迟延时间或滞后时间，用字母τ表示。迟延由两部分组成：纯迟延τ0（传递迟延-由于各部件之间有一定传递距离所引起的迟延）、容量迟延τc（由于存在中间容量而产生的迟延就是容量迟延），总迟延τ=τ0+τc。19、传递函数的定义:在零初始条件下，线性定常系统的输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比称为该系统的传递函数。（要求掌握如何求得传递函数）例某线性系统动态方程为：对该方程进行拉氏变换，并考虑初始条件为零时，可得'ppMMnnMMMMMppppp11'1')()()(sXsYsW)(00122txbyadtdyadtyd)()()(0012sXbsYasas0120)()()(asasbsXsYsW3可以用方框图来表示环节串联时的传递函数：设有三个环节串联，各环节的传递函数分别为W1(s)、W2(s)、W3(s)，串联后的传递函数为W(s)。数个环节串联后的传递函数等于每个串联环节传递函数的乘积。环节并联时的传递函数：设有三个同方向环节并联，各环节的传递函数分别为W1(s)、W2(s)、W3(s)，并联后的传递函数为W(s)。数个同方向环节并联后的传递函数等于每个并联环节传递函数之和。正负反馈的传递函数传递函数W1(s)、W2(s)已知，反馈系统的传递函数开环及闭环系统的传递函数开环系统的传递函数同环节串联的传递函数、传递函数为)()()()()()()()()()()()(32112233414sWsWsWsXsXsXsXsXsXsXsXsW)()()(12sXsXsW)()()()()()(21sWsWsWsEsXsWn)()()()()()(21sWsWsWsEsXsWn4系统闭环（单位反馈系统）的传递函数闭环系统偏差信号e(t)与输入信号r(t)间的关系第二章调节器和调节系统的调节过程1、调节器的作用：根据测量值与给定值的偏差信号，按某一调节规律和精度自动调节，使被调参数保持在规定范围或者按指定的规律变化。2、调节器分类a、按控制作用和调节特性分：双位调节器或继电器、比例调节器(p调节器)、积分调节器(I调节器)、比例积分调节器(PI调节器)、比例微分调节器(PD调节器)、比例积分微分调节器(PID调节器)b、按动力种类分：直接作用式调节器、电动调节器、气动调节器、液动调节3、对所选用调节器的要求：结构简单、运行性能稳定和良好、耐用可靠、维修方便、价廉。4、双位调节器的工作原理特点：他当调节器的输入信号发生变化后，调节器的输出信号只有两个值的调节器，称做双位调节器。输出信号是间断的，又称为“继电器”。温度继电器、压力继电器等。双位调节器是结构最简单的一种调节器。特性方程为：5、差动范围：规定一个适当的温度范围，使温度控制器在达到上限位温度值时，触头能自动闭合；达到下限位温度值时，触头能自动断开。在上下限位温度值中间，温度控制器不动作，这样就解决了温度控制器频繁动作的缺陷，同时也能满足食品冷藏工艺的要求。这个给定的温度范围，也就是控制器触头“闭合”和“断开”的温度差叫做调节器差动范围。（波动范围差动范围）调节器的差动范围也叫不灵敏区或呆滞区6、双位调节器的调节过程：以库温的双位调节为例。设库温θ的给定值为-18℃，温控器的差动范围定为±1℃。图2-3表示迟延τ＝0的理想情况下库温的双位调节过程。τ＞o，实际双位调节过程如图2-4所示。7、比例调节器：特性方程为：；传递函数:p)s()(KsGEsMc）（8、比例调节存在不可避免的静态偏差。比例调节器属于连续动作的调节器，在制冷装置中有广泛应用。如热力膨胀阀、恒压膨胀阀、能量旁通调节阀、吸气压力调节阀、水量调节阀……等，都是比例型调节器。比例调节器有直接作用与间接作用。9、比例系数和比例带（比例范围）1）比例系数(放大倍数Kc)比例调节器的动态方程式)0)(()0)((12)(teMteMtpeKpchlKc输入信号输出信号hKlc)(1)()()()(sWsWsRsXs)(11)(1)(1)()(1)()()()()()(sWsWsWsRsXsRsXsRsRsEsE5Δl——执行机构的位移，单位毫米；Δh——调节参数的变化，单位毫米。比例系数越大，在相同输入信号时，输出信号Δl越大；反之，Kc值越小，则输出信号也就越小。所以K值的大小可以表示调节作用的强弱。Kc值大，调节作用强，Kc值小调节作用弱。2）比例带δ（比例限）比例带的定义：使输出信号作全范围变化所需输入信号变化量占全量程的百分数。将调节器的输入信号和输出信号用相对值来表示比例带的物理意义：比例调节器输出值变化100％时所需输入变化的百分数，即输入变化某个百分数时，输出将从最小值变化到最大值，那么输入变化的这个百分数，就是比例调节器的比例带。比例带δ愈大（愈宽），则调节器的灵敏度愈低；反之，比例带δ愈小（愈窄），则调节器的灵敏度愈高。10、比例调节器的特性方程和它的传递函数1）特性方程（动态方程、动态响应曲线）2）传递函数11、比例调节器的调节过程和它的静态偏差（阶跃响应曲线）12、积分调节器（I调节器）积分调节器能使被调参数维持在恒定的给定值上，形成无静态偏差自动调节系统。13、由积分调节器特性方程判别积分调节器是如何消除静态偏差的？积分调节是利用调节器输出的变化速度与偏差成正比，当偏差为零时，输出的变化也为零。14、积分调节虽然能消除静态偏差，保持给定值恒定，但调节过程中会出现过调现象。积分作用使调节过程缓慢