1、第七章 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本知識(shí)及應(yīng)用第一節(jié) 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)及組成一、人工調(diào)節(jié)和自動(dòng)調(diào)節(jié) 在化學(xué)水處理系統(tǒng)向熱力系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)，基本要求是維持水箱(稱為調(diào)節(jié)對象)中的水位h(稱為被調(diào)量)在規(guī)定范圍內(nèi)。 引起水位變化的直接原因是生水雖W(稱為流人量)和補(bǔ)充到系統(tǒng)中的軟化水量D(稱為流出量)的平衡關(guān)系受到了破壞。由運(yùn)行人員觀察儀表上指示的水位值，調(diào)整軟化器入口的手動(dòng)調(diào)節(jié)閥M的開度，使水箱水位恢復(fù)到規(guī)定值a(稱為給定值)。這種由人來直接進(jìn)行的調(diào)節(jié)過程稱之為人工調(diào)節(jié)。若用一套自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置來代替上述人工操作，就叫做自動(dòng)調(diào)節(jié)。人工和自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別如圖7一1x圖7一2所示。自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置包括三個(gè)部分: (1)、測量

2、部件(變送器)二用來測量被調(diào)量的大小，能把被調(diào)量信號轉(zhuǎn)換成與其成比例的電流或電壓信號。這部分的功能相當(dāng)于人眼睛的作用。在電廠化學(xué)水處理方面，常見的測量部件是液位計(jì)、流量計(jì)、PH表、電導(dǎo)率表等。(2)、運(yùn)算部件(調(diào)節(jié)器)。接受測量部件送來的被調(diào)量信號，并把它與定值器(運(yùn)行人員根據(jù)生產(chǎn)要求，在定值器上預(yù)先設(shè)置好給定值)送來的給定值進(jìn)行比較，當(dāng)被調(diào)量與給定值有偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器按某種或幾種運(yùn)算規(guī)律(如比例、微分、積分等規(guī)律)進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果發(fā)出調(diào)節(jié)信號。(3)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(執(zhí)行器):按照調(diào)節(jié)器送來的調(diào)節(jié)信號去控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，如閥門、伺服電動(dòng)機(jī)等。調(diào)節(jié)系統(tǒng)中常用的術(shù)語(1)、自動(dòng)調(diào)節(jié)。自動(dòng)維持生產(chǎn)過程

3、在規(guī)定的工況下進(jìn)行。(2)、調(diào)節(jié)對象二指被調(diào)節(jié)的生產(chǎn)過程或生產(chǎn)設(shè)備。(3)、被調(diào)量。表征生產(chǎn)過程是否符合工藝要求的物理量，也是調(diào)節(jié)作用所要維持為給定值或維持在一定范圍內(nèi)的參數(shù)(4)、給定值。要求被調(diào)量達(dá)到的數(shù)值。(5)、擾動(dòng)口引起被調(diào)量偏離其給定值的各種作用稱為擾動(dòng)。 二、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成 自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和所控制的生產(chǎn)設(shè)備(即調(diào)節(jié)對象)聯(lián)接起來，就構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng);為了能更清楚地表示一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)各個(gè)組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號聯(lián)系，便于對系統(tǒng)分析研究，一般都用方框圖來表示調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成。例如，火電廠中化學(xué)水處理軟化系統(tǒng)往工業(yè)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)對象是軟化水箱，被調(diào)量是軟

4、化水箱水位。圖7-2所示軟化水補(bǔ)水自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可用圖7一3方框圖來表示。 每個(gè)方框稱為一個(gè)環(huán)節(jié)，環(huán)節(jié)之間用帶有箭頭的連接線表示信號的傳遞通遭和方向。箭頭指向環(huán)節(jié)表示這個(gè)環(huán)節(jié)的輸人。箭頭離開環(huán)節(jié)表示這個(gè)環(huán)節(jié)的輸出，線上字母表示環(huán)節(jié)之間的作用信號。如軟化水輸出量D及生水量W是軟化水箱環(huán)節(jié)的輸入信號，又稱輸入量;軟化水箱水位11是軟化水箱環(huán)節(jié)的輸出信號，又稱輸出量。每個(gè)環(huán)節(jié)都有輸入量和輸出量。每個(gè)環(huán)節(jié)的輸入量是引起它的輸出量變化的原因，或者說輸出量的變化是輸人量變化的結(jié)果。方框圖中的環(huán)節(jié)并不代表某一部件或設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，輸人量和輸出量也并不代表流人或流出某一設(shè)備的物質(zhì)或能量。方框圖只表示調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作

5、過程中各變量之間的因果關(guān)系，而這種因果關(guān)系是不可逆的。如軟化水輸出量刀的變化能引起水位H的變化，而水位H的變化不能影響軟化水輸出量D的變化。生水流量W變化不是水位月變化通過水箱環(huán)節(jié)的逆作用引起，而是執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用的結(jié)果。三、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分類1、按給定值信號的特征分類 1)、定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在運(yùn)行中，其被調(diào)量的給定值保持恒定，因而調(diào)節(jié)的結(jié)果，被調(diào)量也基本不變。 2)、隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的被調(diào)量給定值不是預(yù)先設(shè)定的，而是，隨某些因素的變化而變化變化規(guī)律未知)的，因此系統(tǒng)的愉出量也是以一定的準(zhǔn)確度跟隨給定值變化的。 3)、程序調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的給定值是預(yù)先規(guī)定的時(shí)間函數(shù)，如汽輪機(jī)啟動(dòng)過程

6、中的轉(zhuǎn)速給定值隨時(shí)間的變化規(guī)律是預(yù)先擬定的，因此汽輪機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速也是按預(yù)先擬定的規(guī)律變化的。2、按工作原理分類 1)、反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是根據(jù)被調(diào)量與其給定值之間的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的，最后消除偏差。 2)、前饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)是根據(jù)擾動(dòng)信號進(jìn)行調(diào)節(jié)的，即根據(jù)擾動(dòng)量大小，系統(tǒng)產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用去補(bǔ)償(抵消)擾動(dòng)對被測量的影響，簡單地說是擾動(dòng)補(bǔ)償”。第二節(jié) 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的過渡過程一、系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài) 在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，把被調(diào)量不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，把被調(diào)量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。 系統(tǒng)處于靜態(tài)時(shí)，各參數(shù)(或信號)的變化率為零，即參數(shù)保持不變。當(dāng)系統(tǒng)受到干擾作用靜態(tài)被破壞了

7、時(shí)，調(diào)節(jié)器等自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置會(huì)改變調(diào)節(jié)參數(shù)以克服干擾作用的影響，使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。 二、系統(tǒng)的過渡過程 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)時(shí)，被調(diào)參數(shù)隨時(shí)間變化的過程稱為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程或過渡過程，即系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過程，如圖7一5所示。在過渡過程中，被調(diào)量隨時(shí)間變化的曲線稱為過渡過程曲線(也叫調(diào)節(jié)過程曲線)，它是分析對象動(dòng)態(tài)特性的曲線，對于一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不管是在設(shè)計(jì)、還是在運(yùn)行階段，評價(jià)系統(tǒng)質(zhì)量的依據(jù)主要是系統(tǒng)的過渡過程。 在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的干擾沒有固定形式，屬于隨機(jī)性質(zhì)。在分析和設(shè)計(jì)過程中，為了安全和方便，的干擾形式，其中最常用的是階躍干擾，通常假設(shè)一些典型如圖7一6所示。三

8、、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo) 1、穩(wěn)定性 通常用衰減率這個(gè)概念來定量表示調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。衰減率是指每經(jīng)過一個(gè)周期，被調(diào)量波動(dòng)幅值衰減的百分?jǐn)?shù)，用表示。式中y1第一個(gè)半波的幅值 y3第三個(gè)半波的幅值 由圖7-8可知，是同方向的兩個(gè)相鄰波幅之差y1 y3與第一個(gè)波幅y1的比值，y1,y3波幅值均指波峰至波動(dòng)曲線中心線的垂直距離。根據(jù)的數(shù)值，可容易地判別調(diào)節(jié)過程的性質(zhì)。若0則調(diào)節(jié)過程是發(fā)散振蕩的;若=o，則調(diào)節(jié)過程是等幅振蕩的;若0O表明系統(tǒng)是穩(wěn)定的.但也不能認(rèn)為愈大愈好，=1時(shí)，就構(gòu)成非周期過程，過程的持續(xù)時(shí)間長，動(dòng)態(tài)偏差大，一般取用=0.750.9的衰減振蕩過程比較合適。 2、準(zhǔn)確性調(diào)節(jié)過程的準(zhǔn)確性可

9、以用被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差和穩(wěn)態(tài)偏差來表示。 1)、動(dòng)態(tài)偏差。動(dòng)態(tài)偏差是指整個(gè)調(diào)節(jié)過程中被調(diào)盤偏離給定值的最大短期偏差(也叫最大偏差)，即圖7-8所示被調(diào)量的第一個(gè)波峰高度ymax。動(dòng)態(tài)偏差越大，偏差時(shí)間越長，系統(tǒng)離開規(guī)定的生產(chǎn)狀態(tài)就越遠(yuǎn)。2)、穩(wěn)態(tài)偏差(靜態(tài)偏差)。穩(wěn)態(tài)偏差是指調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，被調(diào)重與給定值的長期偏差，也稱之殘余偏差或簡稱余差，其值可為正，也可為負(fù)。一般，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差愈小愈好，但也不能一概而論，要看具體情況而定。3、快速性快速性可用過渡時(shí)間、自然振蕩頻率或周期來表示。1)、過渡時(shí)間 從階躍擾動(dòng)作用起至被調(diào)對象建立新的平衡狀態(tài)止，這段時(shí)間叫做過渡時(shí)間.嚴(yán)格的講，被調(diào)童完全達(dá)到新

10、的穩(wěn)定值需要很長的時(shí)間。實(shí)際上，由于儀表靈敏度的限制，當(dāng)被調(diào)量靠近穩(wěn)定值時(shí)，儀表指示值就基本不改變了。所以在可測量的區(qū)域內(nèi)，在穩(wěn)定值上下規(guī)定一個(gè)小的范圍，當(dāng)儀表指示值進(jìn)人這一范圍而不再越出時(shí)，就可認(rèn)為被調(diào)量已達(dá)到穩(wěn)定值。這個(gè)范圍一般為穩(wěn)定值的士5%.以表示，見圖7-8G2)、振蕩周期或頻率 過渡過程曲線上從第一個(gè)波峰到第二個(gè)波峰之間的時(shí)間叫做周期，周期的倒數(shù)稱為頻率。在保證一定的衰減率的條件下，一般希望周期越短越好。周期短就意味著過渡過程時(shí)間短，調(diào)節(jié)的快速性好。第三節(jié) 調(diào)節(jié)對象的特性 在電廠化學(xué)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，除了軟化水箱外，常見的對象還有清水箱、加藥箱等設(shè)備，它們稱為調(diào)節(jié)對象。調(diào)節(jié)對象隨著用

11、水量的不同及鍋爐負(fù)荷的變化，差別很大。有時(shí)對象參數(shù)很穩(wěn)定，操作容易，有時(shí)對象參數(shù)只要稍有干擾，就會(huì)超出正常規(guī)范要求，甚至造成事故。只有充分了解和熟悉這些對象，才能進(jìn)行安全生產(chǎn)，保證電廠的正常運(yùn)行。因此要設(shè)計(jì)出合理的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，必須對調(diào)節(jié)對象的特性、內(nèi)在規(guī)律有充分的了解。所謂對象特性，就是指對象在干擾作用或調(diào)節(jié)作用后，其被調(diào)量的變化情況，如變化的快慢及最終的變化量。 在水箱水位穩(wěn)定時(shí)，流人水箱的流量qm1等于流出水箱qm2，水位保持在h0不變。假設(shè)在t0時(shí)刻突然開大閥門1，水位就要發(fā)生變化。水位變化的特點(diǎn)是，開始變化較快，以后逐漸變慢、最后穩(wěn)定在一個(gè)新的數(shù)值h2上。如果將這個(gè)過程用記錄儀記錄下來，

12、就得到一條曲線，如圖7一10所示。這條曲線可以用來描述對象的特性，對不同的對象可以作出不同的特性曲線。為了研究問題方便，常用下面三個(gè)物理量來表示對象的特性: 1.放大系數(shù)K 2.純滯后時(shí)間0 3.時(shí)間常數(shù)T描述對象特性的參數(shù) 為了說明對象特性是如何描述的，現(xiàn)在來分析一個(gè)簡單的對象。圖7-9所示是一個(gè)清水箱，水經(jīng)過閥門1不斷地流入水箱，水箱內(nèi)的水又通過閥門2不斷流出，生產(chǎn)中要求水箱的水位入保持一定的數(shù)值。在這里，水箱就是調(diào)節(jié)對象，水位h就是被調(diào)量。如果閥門2的開度保持不變，閥門1的開度變化是引起水位變化的干擾因素，那么，對象特性就是指當(dāng)閥門1的開度發(fā)生變化時(shí)、水位h隨時(shí)間的變化曲線.如圖7-10

13、所示。 放大系數(shù)K 從圖7-lO可以看出，當(dāng)流量qm1有一定變化后，液位h也會(huì)有相應(yīng)的變化，但最終將會(huì)穩(wěn)定在某一數(shù)值上。如果將流量qm1的變化看作對象的輸人量，而液位h的變化看作對象的輸出量，那么在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，對象一定的輸人最就對應(yīng)著一定的輸出量，這種特性稱為對象的靜態(tài)特性。 假如qm1的變化量用qm1表示，h的變化量用h表示，那么，在穩(wěn)定的狀態(tài)下，一定的qm1對應(yīng)一定的h，放大系數(shù)K被定義為對象的輸出變化量h與輸人變化量qm1的比值。對象的放大系數(shù)K越大，表示對象的輸入量的變化對輸出量的影響越大。因此在選擇自動(dòng)調(diào)節(jié)方案時(shí)應(yīng)考慮K的大小。 純滯后時(shí)間0 有的對象在受到干擾作用后，被調(diào)節(jié)量不立即

14、變化，而是經(jīng)過一段時(shí)間0后才開始變化的，如圖7-11所示。0一般是由于介質(zhì)的輸送或熱的傳遞需要一段時(shí)間而引起的，稱為純滯后時(shí)間，簡稱純滯后。 圖7-12所示是一個(gè)蒸汽直接加熱器。如果以進(jìn)人的蒸汽量q為輸入量，液體的溫度1為輸出量(測溫點(diǎn)不在水箱內(nèi)，而在出口管道上，測點(diǎn)與水箱的距離為L)，那么，當(dāng)蒸汽量增加時(shí)，水箱內(nèi)溫度1升高，水流到管道測溫點(diǎn)處要經(jīng)過一段時(shí)間0。因此，管道測溫點(diǎn)處的溫度2變化要比水箱內(nèi)水溫變化落后一段時(shí)間0，如圖7-12(b)所示，這個(gè)時(shí)間為純滯后。顯然L越長或管內(nèi)流速v越低，則0越大，即在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，純滯后不利于調(diào)節(jié)，因?yàn)闇y量裝置不能將被調(diào)量的變化及時(shí)地送給調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器

15、總是按滯后的信號進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)作用也就不能快速克服千擾影響。因此應(yīng)盡最大努力消除或縮短純滯后時(shí)間0 時(shí)間常數(shù)T 從大量的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，有的對象受干擾作用后，被調(diào)量變化很快，較迅速地達(dá)到了穩(wěn)定值，有的則很緩慢。從圖7-13可以看到截面積很大的水箱與截面積小的水箱相比，當(dāng)進(jìn)口流量改變同樣一個(gè)數(shù)值時(shí)，截面積小的水箱水位變化很快，并迅速穩(wěn)定在新的數(shù)值，而截面積大的水箱惰性大，水位變化慢，需經(jīng)過很長的時(shí)間才能穩(wěn)定。在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，往往用時(shí)間常數(shù)T來表示這種特性。T越大，表示對象受到干擾作用后被調(diào)量變化得越慢，到達(dá)新的穩(wěn)定值所需的時(shí)間越長。對象特性對過渡過程的影響1、放大系數(shù)K K越大表示調(diào)節(jié)量的作用

16、越顯著，但調(diào)節(jié)量作用強(qiáng)烈時(shí)，系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩。因此調(diào)節(jié)對象的K值較大時(shí)，調(diào)節(jié)器輔出的變化應(yīng)當(dāng)減小。 2、純潛后時(shí)間與時(shí)間常數(shù)的比值0 /T 純滯后時(shí)間0 ，與時(shí)間常數(shù)T的比值是衡量對象是否容易控制的一個(gè)指標(biāo)，0 /T越大，純滯后時(shí)間0 的相對影響越大，調(diào)節(jié)越困難;相反，0 /T的值越小，調(diào)節(jié)越有利。3、時(shí)間常數(shù)T 時(shí)間常數(shù)T越大，調(diào)節(jié)過程變化越平穩(wěn)、緩慢，調(diào)節(jié)過程所需的時(shí)間也越長。T過大是不利的，因?yàn)樵谡{(diào)節(jié)過程中，被調(diào)量將長期偏離給定值;T過小也不容易處理，因?yàn)檫@時(shí)要求有快速的測量與及時(shí)的調(diào)節(jié)，這很難實(shí)現(xiàn)。對于不同的擾動(dòng)，對象的動(dòng)態(tài)特性往往是很不一致的。對象對于調(diào)節(jié)作用的動(dòng)態(tài)特性.對調(diào)節(jié)過程的

17、影響尤其重要，因此，為了改善調(diào)節(jié)過程的質(zhì)量，應(yīng)盡可能減小調(diào)節(jié)作用側(cè)的0與T的比值(0 /T)。第四節(jié) 調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)規(guī)律 調(diào)節(jié)器接受偏差信號后，其輸出隨輸人變化的規(guī)律，即是調(diào)節(jié)器的基本調(diào)節(jié)規(guī)律。在工業(yè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中最基本的調(diào)節(jié)規(guī)律有:位式調(diào)節(jié)、比例調(diào)節(jié)、積分調(diào)節(jié)和微分調(diào)節(jié)四種。 各種調(diào)節(jié)規(guī)律是為了適應(yīng)不同的生產(chǎn)要求設(shè)計(jì)的。因此，必須根據(jù)生產(chǎn)的要求來選用適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)規(guī)律。一、雙位調(diào)節(jié) 雙位調(diào)節(jié)是位式調(diào)節(jié)的最簡單形式。雙位調(diào)節(jié)的動(dòng)作規(guī)律是，測量值大于給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出為最小;測量值小于給定值時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出為最大(也可以是相反的情況)。因此，雙位調(diào)節(jié)只有兩個(gè)輸出值，相應(yīng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)也只有兩個(gè)極限

18、位置，即不是最大就是最小。沒有中間位置。而且從一個(gè)位置變到另一個(gè)位置是很快的、如圖7-14所示。 圖7一15是一個(gè)典型的雙位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。它是利用電極式水位計(jì)來調(diào)節(jié)鹽液箱的液位的。鹽液箱內(nèi)裝有一根電極，作為量液位的裝置，電極的一端與繼電器K的線圈相接，另一端被調(diào)整在液位給定值的位置。鹽液由裝有電磁閥V的管路進(jìn)人鹽液箱，經(jīng)下部出口管流出。鹽液是導(dǎo)電的，鹽液箱外殼接地。當(dāng)液位低于給定值H0時(shí)，鹽液與電極未接觸。繼電器斷路，此時(shí)電磁閥全開，鹽液注人箱內(nèi)，液位上升。液位稍高于H0，鹽液便與電極接觸，于是繼電器接通，電磁閥全關(guān)。鹽液不再進(jìn)入鹽液箱。如此反復(fù)循環(huán)動(dòng)作，液位便在給定值上下很小的范圍內(nèi)波動(dòng)。二、比

19、例調(diào)節(jié) 在雙位調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，被調(diào)量不可避免地保持等幅振蕩，被調(diào)量與調(diào)節(jié)對象的負(fù)荷要求不相適應(yīng)。從位式調(diào)節(jié)及人工操作的實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到，如果能夠使調(diào)節(jié)閥的開度與被調(diào)量的偏差成比例，那就有可能獲得與對象負(fù)荷相適應(yīng)的調(diào)節(jié)量，而且被調(diào)量趨于穩(wěn)定。圖7-18所示為液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)液位高于給定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥門關(guān)小，液位越高，閥門關(guān)閉得越小;反之，閥門開度越大。這相當(dāng)于把位式調(diào)節(jié)的位置增加到無窮多個(gè)，即變成連續(xù)作用系統(tǒng)。這種閥門開度的改變量(亦即調(diào)節(jié)器輸出的改變量)與被調(diào)量的偏差值成比例的調(diào)節(jié)規(guī)律稱為比例調(diào)節(jié)，常用P表示。三、積分調(diào)節(jié) 比例調(diào)節(jié)不能使被調(diào)量恢復(fù)到給定值而存在余差(過渡過程終了時(shí)的殘余偏差叫余差)，因

20、而調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度不高。當(dāng)調(diào)節(jié)質(zhì)量要求較高時(shí)，單純的比例調(diào)節(jié)不能滿足需要，往往要加上積分調(diào)節(jié)來消除余差。1.積分調(diào)節(jié)作用 積分調(diào)節(jié)器(積分調(diào)節(jié)常用I表示)的愉出變化量與輸入偏差的積分量成比例，或者說，積分愉出的變化速度與輸人偏差成正比，即 由式(7-1)可以看出，調(diào)節(jié)器輸出信號的大小不僅取決于偏差信號大小，而且主要取決于偏差存在的時(shí)間長短。只要有偏差，盡管偏差可能很小，但它存在的時(shí)間越長。輸出信號就越大。只有俏除偏差(即x=0時(shí))，輸出信號才不再繼續(xù)變化，執(zhí)行機(jī)構(gòu)才停止動(dòng)作。也就是說，積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)在最后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，偏差為零，這是它的特點(diǎn)。2、比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律及積分時(shí)間 比例調(diào)節(jié)規(guī)律是輸出信號與輸人偏

21、差成比例，因此作用快，但有余差;積分調(diào)節(jié)規(guī)律能消除余差，但作用慢;比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律具有以上兩種調(diào)節(jié)規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)上常用的一種調(diào)節(jié)規(guī)律(常用PI表示)。比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律可用下式表示: 由于比例積分調(diào)節(jié)器具有比例和積分兩種調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)比例度、積分時(shí)間兩個(gè)參數(shù)均可以調(diào)整，因此適用面比較廣，多數(shù)系統(tǒng)都可采用。只有在對象純滯后時(shí)間特別大時(shí)，調(diào)節(jié)時(shí)間較長，最大偏差較大;在負(fù)荷變化特別強(qiáng)烈時(shí)，由于積分作用遲緩，調(diào)節(jié)作用不能及時(shí)，這時(shí)可增加微分作用。四、微分調(diào)節(jié)1、微分調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律 對于某些滯后和憤性較大的對象，為了提高調(diào)節(jié)質(zhì)量，需要在調(diào)節(jié)器中加人微分作用。 微分調(diào)節(jié)器是根據(jù)偏差的變化率來進(jìn)行調(diào)

22、節(jié)的，盡管偏差很小，但它的變化速度很快，所以微分調(diào)節(jié)器立即有一個(gè)較大的輸出。微分調(diào)節(jié)作用較比例調(diào)節(jié)作用還要快，更及時(shí)，這對一些慣性很大的對象可以改善調(diào)節(jié)質(zhì)材，減小過渡過程的最大偏差，節(jié)省調(diào)節(jié)時(shí)間。被調(diào)復(fù)發(fā)生突然而又劇烈的變化，往往是由于生產(chǎn)過程中 有較大的干擾產(chǎn)生，微分調(diào)節(jié)器可以在劇烈變化出現(xiàn)的時(shí)刻，立即產(chǎn)生一個(gè)較大的調(diào)節(jié)作用。它具有超前調(diào)節(jié)的性質(zhì)，所以，也把微分調(diào)節(jié)稱為“超前調(diào)節(jié)”。2、比例積分微分調(diào)節(jié)規(guī)律 比例微分調(diào)節(jié)的結(jié)果是存在余差的。為了消除余差，生產(chǎn)上常將比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合起來，稱例積分微分調(diào)節(jié)，習(xí)慣上用PID表示。 PID調(diào)節(jié)器綜合了各類調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)，因此具有較好的調(diào)

23、節(jié)性能。但這并不意味著在任何條件下采用這種調(diào)節(jié)器都是最好的，要從生產(chǎn)實(shí)際和經(jīng)濟(jì)價(jià)值等方面來選用調(diào)節(jié)器。第五節(jié)鍋爐給水加氮自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一、加氨自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理 加氨自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理方框圖如圖7-25所示。鍋爐給水加氨處理的目的在于提高給水的pH值，防止熱力系統(tǒng)腐蝕。 在一定溫度下pH值與氨的含量有對應(yīng)關(guān)系，在25下氨與pH值的關(guān)系如圖7-26所示。 氨的含量與水的電導(dǎo)率也存在著對應(yīng)關(guān)系，在25下氨與電導(dǎo)率對應(yīng)關(guān)系如圖7一27所示 用檢測電導(dǎo)率的方法可間接橄定氨的含量。在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，把氨含量(測量水中電導(dǎo)率信號)轉(zhuǎn)換成0-10mA的直流信號，此信號與系統(tǒng)要求的氮含量最佳值給定值)進(jìn)行比

24、較，其偏差信號輸人調(diào)節(jié)器，再由調(diào)節(jié)器輸出0- 10mA直流信號給晶閘管電壓調(diào)整器，以控制直流電動(dòng)機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)速，從而維持氨為定值，也即控制了給水的PH值。1、檢測儀表 通常選用DDD-32B型電導(dǎo)率儀側(cè)盤給水的電導(dǎo)率。2、調(diào)節(jié)器 加氨自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用DTL-121調(diào)節(jié)器(也可以采用DTL-331等其他調(diào)節(jié)器)，這種調(diào)節(jié)器具有比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)作用。當(dāng)把調(diào)節(jié)器的微分電阻Rd，短接時(shí)，微分時(shí)間Td=0,這時(shí)就成了比例積分調(diào)節(jié)器。 3、電壓調(diào)整器 電壓調(diào)整器主要由觸發(fā)器。晶閘管及整流電路組成，其電氣線路如圖7-28所示。 (1)主控電路。 主控電路由單相交流電源直接供電，不用主變壓器，可以大大

25、減小重量和體積，采用單相供電的主要缺點(diǎn)是造成電網(wǎng)三相負(fù)載不平衡，但本裝置容量小，影響不大。 主回路采用橋式晶閘管整流電路(由VS、V6及V3、V4組成)給直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組供電。 因它屬反電動(dòng)勢負(fù)載，故串有電抗器L1,D3為續(xù)流二極管，C1,R1,C2,R2為晶間普付敘限攝護(hù)元件.C3_R3為空流付電流僅護(hù)元件，C4、R4為直流過電壓保護(hù)元件，F(xiàn)1,F為快速熔斷器作為晶閘管元件的過流保護(hù)元件。直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電壓由V8一V9組成的橋式整流電路供給。2)、觸發(fā)器 觸發(fā)器采用比較簡單可靠的單結(jié)晶體管張弛振蕩器。V1作為可變電阻，C7為充放電電容，V2為單結(jié)晶體管,T2為脈沖變壓器。脈沖電壓從脈沖

26、變壓器TZ愉出。T2次級有兩組線圈，可以同時(shí)輸出兩路同樣的脈沖，分別觸發(fā)兩回路中的晶閘管。脈沖變壓器可以使觸發(fā)回路與主回路相互隔離。電阻R7和T8是觸發(fā)回路的限流電阻，二極管D12.D13用來抑制負(fù)脈沖輸出，只輸出正脈沖。二極管v10,V11的作用是使晶閘管的控制極與陰極之間免受過大的反向電壓作用而損壞。 電容C9用以防止干擾信號侵人晶網(wǎng)管。觸發(fā)回路的工作電壓取自同步變壓器T1次級輸出的交流電壓，此電壓經(jīng)V14V17橋式整流電路整流以及R12和V18.V19串聯(lián)穩(wěn)壓電路削波后為前沿較陡的梯形波電壓。 (3)控制和反饋回路。 晶體管V1作為可變電阻，它的控制信號來自TDL-121調(diào)節(jié)器的愉出信號

27、(0-20mA)當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出信號變化時(shí)，V1的Ube變化，從而改變其發(fā)射極和集電極之間的電阻，使C7充電速度不同，因而使發(fā)出第一個(gè)脈沖的時(shí)間改變，這樣就可以改變晶閘管的導(dǎo)通角，使整流后的直流電壓發(fā)生改變，最終導(dǎo)致直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的相應(yīng)變化。 為了安全起見，設(shè)有手動(dòng)一自動(dòng)切換裝置DTL-121調(diào)節(jié)器在手動(dòng)工作狀況時(shí)，其操作信號仍需要由放大電路輸出，這樣當(dāng)檢洲器發(fā)生故障時(shí)，手動(dòng)操作也能進(jìn)行。二、系統(tǒng)的調(diào)校 1、電壓調(diào)整器的調(diào)校 電壓調(diào)整器的調(diào)校目的是使直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨愉入信號的大小成線性變化。調(diào)校方法: 在輸入端送入1m信號電流，調(diào)整調(diào)零電位器RP2，使直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的1/10，再愉入

28、9mA電流。調(diào)節(jié)反饋電位器RPR1,使轉(zhuǎn)速為9/10額定轉(zhuǎn)速。然后再按上述步驟反復(fù)潤整，直到符合要求為止。 2、調(diào)節(jié)參數(shù)的整定 一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程質(zhì)量取決于調(diào)節(jié)對象的特性，所選擇的調(diào)節(jié)方案，干擾的形式和大小以及調(diào)節(jié)參數(shù)等。 當(dāng)一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成后，對象的各通道特性已確定，此時(shí)調(diào)節(jié)過程的品質(zhì)就取決于調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)調(diào)節(jié)參數(shù)的選擇稱為整定?，F(xiàn)介紹幾種工程整定方法, 它們都是在現(xiàn)場進(jìn)行的，方法簡單、容易掌握。整定時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):1)、功衰減率應(yīng)以4:1為宜，這是為了保證系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定度，同時(shí)調(diào)節(jié)又比較迅速。2)、在滿足上述條件下，還要設(shè)法消除或盡量減少余差，盡量減小最大動(dòng)態(tài)偏差，盡量縮

29、短調(diào)節(jié)時(shí)間。 3)、在一般情況下，比例作用是最基本的調(diào)節(jié)作用，積分作用和微分作用起輔助作用。對于PI或PID調(diào)節(jié)器，因?yàn)橛袃蓚€(gè)或三個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)，所以要達(dá)到規(guī)定的袁減率，整定參數(shù)可以有很多組合，一般選擇參數(shù)時(shí)應(yīng)考慮到動(dòng)態(tài)偏差和調(diào)節(jié)時(shí)間方面的要求。 (1)、經(jīng)驗(yàn)試湊法 所謂經(jīng)驗(yàn)試湊法，就是按一定規(guī)律來摸索，觀察特性曲線，調(diào)整參數(shù)。比如在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，開始用比例作用使積分時(shí)間T1=，微分時(shí)同TD=0，被調(diào)量為流量時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用= 40%-100%，可先取占=50%如果看到特性曲線振蕩過強(qiáng)，則表示比例帶太小了，應(yīng)加大一些。如果調(diào)節(jié)過程過于緩慢，余差過大，則表示比例帶太大了，應(yīng)該減小些。這樣逐漸調(diào)

30、整，直到衰減率合乎要求為止。當(dāng)完成上述工作以后，再加入積分作用，這時(shí)侯要將比例帶放大到原來的1.2倍左右。如發(fā)現(xiàn)余差消除得很慢，調(diào)節(jié)過程過于緩慢，則應(yīng)增強(qiáng)積分作用，把積分時(shí)間縮短。被調(diào)量振蕩得很厲害，則應(yīng)減弱積分作用。即把積分時(shí)間加長。 節(jié)系統(tǒng)加入了適當(dāng)?shù)谋壤头e分作用后，若品質(zhì)指標(biāo)還達(dá)不到預(yù)定要求，則可加入微分作用，這時(shí)可將比例帶恢復(fù)到原來的數(shù)值(或更小一些)，然后逐漸增加微分作用，以得到一個(gè)較好的調(diào)節(jié)過程。 上述經(jīng)驗(yàn)試湊法合理有效，但是費(fèi)時(shí)較多。在實(shí)際工作中，可適當(dāng)?shù)亟M合占、T1(和TD)的數(shù)值，得到有同樣衰減率的調(diào)節(jié)過程曲線，而且其余指標(biāo)也較接近。例如減小可以用增加T1的辦法來補(bǔ)償。 加氨自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)屬于流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，大、T1小，