控制回路和动态特性

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1、第5章基础控制理论控制回路和动态特性章节5.3蒸汽和冷凝水系统手册5.3.1427第5章基础控制理论控制回路和动态特性章节5.3控制回路和动态特性本章包括了整个控制系统,包括阀门、执行器、感应器、控制器和制程本身的动态特性。控制回路开环控制系统简单地说,开环控制系统是指没有来自被控条件的直接反馈;换句话说,没有信号从被控制程或系统反馈回来,给出控制器正确输出信号的建议。在图5.3.1所示的加热系统就是一个开环控制系统,温度感应器安装在被加热的房间外。此图中的系统不是一个好的加热控制系统,它仅仅用来解释开环控制的原理。二通阀室外感应器控制器汽/水换热器水平衡阀蒸汽房间冷凝

2、水散热体水泵图5.3.1开环控制系统由一个比例控制器、安装在室外的温度感应器组成,感应器测量外界环境温度。控制器设定了一个相当大的比例带,在-1℃时阀门全开,在19℃是阀门全关。由于外界环境温度会影响到房间的散热损失,因此希望能够控制房间的温度。尽管如此,房间温度和其它因素引起的加热并没有反馈到控制系统。在温暖的天气,尽管水量得以控制,但是其它因素如太阳的照射会使房间温度过热。也就是说,开环控制仅仅提供了一个粗略的控制。图5.3.2是一个略为复杂的带有两个感应器的控制系统。控制器三通阀室外感应器水流体感汽/水换热器应器蒸汽平衡阀房间冷凝水散热体水泵图5.3.2带室外温度

3、感应器和水温感应器的开环控制系统系统使用了一个三通控制阀和执行器、控制器和室外温度感应器、还有一个水路的温度感应器。室外温度感应器为控制器提供一个远程设定点的输入,用于改变水温的设定点。这样,闭环控制将应用于控制流入散热器的水温。5.3.2蒸汽和冷凝水系统手册428第5章基础控制理论控制回路和动态特性章节5.3当室外变冷时,流过散热器的水流温度最大。当室外温度上升时,控制器自动减小通过散热器的水流的温度。但是,因为没有从房间或被加热空间来的信息反馈,房间温度的控制仍然是一个开环控制。如果散热器选型过大或出现设计错误时,仍然会出现过热。闭环控制系统相当简单,一个闭环控制系

4、统需要反馈;反馈信息直接来自制程或系统。以图5.3.3中的简单加热系统为例,增加了室内温度感应器感应房间的温度,向房间提供闭环控制。图5.3.3中,室内温度感应器提供房间实际温度的反馈,来控制阀门和执行器的动作。控制器水汽/水换热器蒸汽带室内温度感应器的房间平衡阀冷凝水散热体水泵图5.3.3带房间温度感应器的闭环控制系统扰动扰动是指进入制程或系统中扰乱被控介质值的各种因素。这些扰动可以由负载的改变或外界影响而引起。例如:在一个简单的加热系统中,房间内突然挤满了人,由于这会影响到房间的温度和维持房间温度所需要加入的热量,这就构成了一个扰动。反馈控制这是另一种类型的闭环控制

5、。反馈控制将扰动因素考虑在内,并将这些信息反馈给控制器,使控制器输出正确的动作。例如,如果一个房间内突然进入很多人,房间温度会升高,这样控制系统就会减小加入房间的热量。前馈控制在前馈控制中,任何扰动都可以被预测到,并在其实际结果发生前就被考虑到。前馈控制的一个例子就是在一个用汽量高的加工设备上线之前就将锅炉调到高火状态,然后这个加工设备再打开。这个作用是将锅炉控制在高火状态,而不是将蒸汽阀门打开。而只有当锅炉处于高火状态时,阀门才会打开,接下来则是慢开的控制过程。单回路控制这是一种最简单的控制回路,只有一个被控变量,如温度。以下例5.3.4中的汽水换热器为例来解释。蒸汽

6、和冷凝水系统手册5.3.3429第5章基础控制理论控制回路和动态特性章节5.3二通控制阀主感应器热水蒸汽冷凝水冷水冷凝水图5.3.4加热器的单回路控制图5.3.4中控制的唯一变量是换热器的出口水温。通过控制换热器蒸汽进口的控制阀可以达到控制水温的目的。水温感应器是一个热电偶或PT100的铂电阻温度计。控制器将来自感应器的信号和控制器的设定值比较。如果有偏差的话,控制器输出信号使阀门动作,使阀门移动到一个新的位置。控制器可能也会有一个输出指示,用来显示阀门的开度。单回路控制大量应用于加热系统和工业制程控制中。用于单回路控制系统的其它术语包括:设定值控制单回路闭环控制反馈控

7、制多回路控制以缓慢移动的木材产品加工的应用为例,其工艺需要将湿度控制在特定值。(见图5.3.5和5.3.6)控制器水炉膛燃烧气体传送带湿度运动方向喷淋感应器图5.3.5单湿度感应5.3.4蒸汽和冷凝水系统手册430第5章基础控制理论控制回路和动态特性章节5.3在图5.3.5中,加热炉所提供的热量是由位于传送带末端的一个湿度感应器来控制的。但是如果由于进水压力的波动引起喷水量的改变,在产品到达传送带的末端湿度感应器起作用前有可能需要10min时间。这样会引起产品的质量不均。为改善控制,可以在另一个控制回路上安装第二湿度感应器,如图5.3.6

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