1、動力系統(tǒng)控制原理動力系統(tǒng)模型與分析動力系統(tǒng)統(tǒng)控制原原理控制系統(tǒng)統(tǒng)基本概概念控制系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)學(xué)表表達(dá)的方方式控制系統(tǒng)統(tǒng)時頻分分析動力系統(tǒng)統(tǒng)模型描描述控制系統(tǒng)統(tǒng)基本概概念系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)和性能能指標(biāo)開環(huán)控制制系統(tǒng)控制系統(tǒng)統(tǒng)的輸出出對系統(tǒng)統(tǒng)的控制制作用沒沒有影響響。按給定值進(jìn)進(jìn)行控制制按擾動補補償進(jìn)行行控制閉環(huán)控制制系統(tǒng)控制系統(tǒng)統(tǒng)的輸出出對系統(tǒng)統(tǒng)的控制制作用有有影響，即控制制器的輸輸出作用用于控制制對象，控制對對象的輸輸出（系系統(tǒng)的輸輸出）將將送回到到控制器器，控制制器根據(jù)據(jù)偏差進(jìn)進(jìn)行控制制。因此此，又稱稱為反饋饋控制。復(fù)合控制制在一個控控制系統(tǒng)統(tǒng)中同時時采用開開環(huán)控制制和閉環(huán)環(huán)控制。開環(huán)控制制粗調(diào)閉環(huán)控制制

2、細(xì)調(diào)自動控制制系統(tǒng)的的基本形形式反饋控制制系統(tǒng)的的組成控制對象象：被控控制的設(shè)設(shè)備或過過程（冷冷卻器）。系統(tǒng)統(tǒng)的輸出出就是指指被控對對象的輸輸出（或或稱被控控量）。控制器（或稱調(diào)調(diào)節(jié)器）：根據(jù)據(jù)偏差按按一定規(guī)規(guī)律輸出出控制量量，送至至執(zhí)行機機構(gòu)。它它有兩個個輸入，即設(shè)定定值輸入入和測量量值輸入入。偏差差=設(shè)定值測量值值執(zhí)行器（執(zhí)行機機構(gòu)）：接受控控制器送送來的控控制信號號，驅(qū)動動調(diào)節(jié)機機構(gòu)，作作用于被被控對象象。測量變送送器（測測量單元元）：將將被控對對象的物物理輸出出量，即即被被控量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)信號號輸出（也稱測測量輸出出），送送到調(diào)節(jié)節(jié)器，作作為反饋饋信號。柴油機氣氣缸冷卻卻水溫度度手動

3、控控制過程程冷卻器三通閥淡水泵主機眼腦手海水入口口海水出口口柴油機氣氣缸冷卻卻水溫度度自動控控制過程程冷卻器三通閥淡水泵主機手海水入口口海水出口口溫度變送送器調(diào)節(jié)器執(zhí)行機構(gòu)構(gòu)反饋控制制系統(tǒng)的的結(jié)構(gòu)框框圖特點：信號傳遞遞的單向向性；閉合回路路（閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)）；負(fù)反饋：反饋通通道的信信號與前前向通道道的信號號相減。反之，則為正正反饋?？刂茊卧鶕?jù)偏偏差進(jìn)行行控制，因此又又稱偏差差驅(qū)動。若控制單單元、測測量單元元和執(zhí)行行單元合合為一體體，則稱稱為基地地式控制制儀表；若三者者分開，則稱為為組合式式控制儀儀表。自控系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)框框圖e(t)偏差信號號e(t)=r(t)-b(t)y(t)被控量p(t)控制量

4、f(t)擾動量控制單元執(zhí)行單元控制對象測量單元p(t)q(t)y(t)b(t)r(t)e(t)+-f(t)復(fù)合控制制方框圖圖控制裝置執(zhí)行機構(gòu)控制對象反饋裝置被控量給定信號+-前饋裝置擾動補償外部擾動反饋控制制系統(tǒng)的的分類按給定值值的形式式：定值值控制、程序控控制、隨隨動控制制按動作方方式：連連續(xù)控制制、斷續(xù)續(xù)控制按控制精精度：有有差調(diào)節(jié)節(jié)、無差差調(diào)節(jié)按變量數(shù)數(shù)：單變變量控制制、多變變量控制制按系統(tǒng)性性質(zhì)：線線性控制制系統(tǒng)、非線性性控制系系統(tǒng)按應(yīng)用理理論：基于經(jīng)典典理論的的控制基于現(xiàn)代代控制理理論的控控制（最最優(yōu)控制制、自適適應(yīng)控制制）智能控制制（模糊糊、神經(jīng)經(jīng)、專家家、自學(xué)學(xué)習(xí)控制制）自動控制

5、制系統(tǒng)的的狀態(tài)自動控制制系統(tǒng)的的穩(wěn)態(tài)和和動態(tài)穩(wěn)態(tài)被控量不不隨時間間而變化化的平衡衡狀態(tài)（靜態(tài)）動態(tài)被控量隨隨時間而而變化的的不平衡衡狀態(tài)（瞬態(tài)）自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程：自自動控制制系統(tǒng)在在動態(tài)過過程中被被控量隨隨時間而而變化的的過程，或者說說是從一一個平衡衡態(tài)過渡渡到另一一個平衡衡態(tài)的過過程。根根據(jù)過渡渡過程的的特點，控制系系統(tǒng)可分分為：發(fā)散過程程等幅振蕩蕩過程衰減過程程非周期過過程 穩(wěn)態(tài)（平衡） 動態(tài)過程擾動變化平衡破壞控制作用克服擾動影響新穩(wěn)態(tài)（平衡）過程曲線線基本類類型(a)(b)(c)(d)自動控制制的性能能要求方法：給給系統(tǒng)施施加階躍躍輸入，得到系系統(tǒng)過渡渡過程曲曲線，分分析系

6、統(tǒng)統(tǒng)過渡過過程的各各項性能能指標(biāo)。采用階躍躍輸入的的原因：信號的階階躍變化化在實際際中比較較常見（近似階階躍變化化）階躍信號號的數(shù)學(xué)學(xué)處理比比較簡單單階躍輸入入對系統(tǒng)統(tǒng)的工作作最為不不利評定系統(tǒng)統(tǒng)過渡過過程性能能指標(biāo)的的三個方方面：穩(wěn)定性準(zhǔn)確性快速性自動控制制系統(tǒng)的的典型輸輸入信號號tr(t)0Rtr(t)0Rttr(t)01/2Rtr(t)t0r(t)01/hhr(t)0r(t)tth0自動控制制的過渡渡過程性性能指標(biāo)標(biāo)穩(wěn)定性：系統(tǒng)受受到擾動動之后能能夠恢復(fù)復(fù)到穩(wěn)定定狀態(tài)的的能力。實際控控制系統(tǒng)統(tǒng)，至少少要求是是率減過過程或非非周期過過程，以以率減為為佳。評評定指標(biāo)標(biāo)：衰減減率，衰減比比N定

7、值控制制系統(tǒng)：給定值值不變，外部擾擾動發(fā)生生階躍變變化；隨動控制制系統(tǒng)：假定外外部擾動動不變，給定值值階躍變變化。準(zhǔn)確性：被控量量偏離給給定值的的程度。評定定指標(biāo)：定值控制制系統(tǒng)：最大動動態(tài)偏差差emax；靜態(tài)偏偏差ys隨動控制制系統(tǒng)：最大動動態(tài)偏差差emax；超調(diào)量量；靜態(tài)偏偏差ys快速性評評定指標(biāo)標(biāo)：過渡渡過程時時間ts從擾動發(fā)發(fā)生到被被控量又又重新趨趨于穩(wěn)定定達(dá)到新新的平衡衡態(tài)所需需的時間間。此外還有有振蕩頻頻率、振振蕩次數(shù)數(shù)等。自動控制制的性能能指標(biāo)要求求定值控制制：動態(tài)偏差差和靜態(tài)態(tài)偏差要要??；衰減率最最好在0.750.9之間；過渡過程程時間要要短隨動控制制：超調(diào)量要要?。贿^渡過程程

8、時間要要短；振蕩次數(shù)數(shù)要少自動控制制系統(tǒng)過過渡過程程曲線yt平衡狀態(tài)過渡過程平衡狀態(tài)自動控制制系統(tǒng)過過渡過程程曲線根據(jù)衰減減率的大小可可以判定定過渡過過程的性性質(zhì)：0，為發(fā)散散振蕩過過程=0，為等幅幅振蕩過過程01，為率減減振蕩過過程=1，為非周周期過程程最佳衰減減率：=0.750.9ysyttt0yy1y2y3y0emax發(fā)動機-調(diào)速器模模型動力系統(tǒng)統(tǒng)特性分分析調(diào)速器工工作原理理調(diào)速過程程柴油機動動態(tài)性能能指標(biāo)1.穩(wěn)定調(diào)速速率2.瞬時調(diào)速速率3.不靈敏度度4.轉(zhuǎn)速波動動率機械式調(diào)調(diào)速器結(jié)結(jié)構(gòu)機械式調(diào)調(diào)速器靜靜力分析析作為自控控系統(tǒng)的的柴油機機柴油機動動態(tài)方程程調(diào)速器動動態(tài)方程程柴油機系系統(tǒng)穩(wěn)

9、定定性柴油機系系統(tǒng)動態(tài)態(tài)特性柴油機系系統(tǒng)的分分析假設(shè)設(shè)前提傳統(tǒng)分析析方法（小擾動動分析）根據(jù)達(dá)朗朗貝爾原原理，柴柴油機的的慣性力力矩與所所有作用用于剛體體的力矩矩的合力力矩相等等，即： 寫成增量量式： 輸出扭矩矩是噴油油量和曲曲軸角速速度的函函數(shù)，而而噴油量量與噴油油泵齒條條位置有有關(guān)，故故輸出扭扭矩是齒齒條位置置和曲軸軸角速度度的函數(shù)數(shù)，即：將其泰勒勒展開，并線性性化，得得到：一般情況況下，阻阻力矩可可以寫成成角速度度和其負(fù)負(fù)載特性性的函數(shù)數(shù)，類似似地，也也可展開開成：根據(jù)小擾擾動線性性化：結(jié)合前面面推導(dǎo)可可得：令：公式變化化為：根據(jù)前面面的推導(dǎo)導(dǎo)：與額定工工況進(jìn)行行比較，令：得到：針對額定

10、定工況，統(tǒng)一除除以額定定扭矩根據(jù)設(shè)定參數(shù)數(shù)：柴油機加加速時間間常數(shù)，指空載載條件下下，噴油油泵齒條條在額定定供油量量位置，柴油機機從速度度為零到到達(dá)額定定轉(zhuǎn)速需需要的時時間。柴油機自自穩(wěn)定系系數(shù)，指指沒有調(diào)調(diào)速器時時，柴油油機自動動維持轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定定的能力力。發(fā)動機特特性系數(shù)數(shù)，表示示發(fā)動機機噴油泵泵齒桿單單位行程程引起的的輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩變化化大小。阻力矩系系數(shù)，表表示發(fā)動動機阻力力矩變化化的大小小得到公式式：對于公式式：簡化處理理認(rèn)為， 是柴柴油機負(fù)負(fù)載變化化量相對對于標(biāo)定定工況即即額定工工況下負(fù)負(fù)載的比比值，其其值范圍圍為01。將式進(jìn)行行拉氏變變換，得得到：至此，我我們可以以得到柴柴油機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與

11、齒齒條位移移及負(fù)載載變化率率（可以以視為擾擾動）的的關(guān)系。柴油機是是周期性性工作的的，從噴噴油泵齒齒條位移移改變到到柴油機機發(fā)出相相應(yīng)地扭扭矩必然然有延遲遲時間。因此，還需在在上式加加入一個個延時環(huán)環(huán)節(jié)，假假定為純純滯后環(huán)環(huán)節(jié)；此此外，柴柴油機的的輸出轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與噴噴油泵齒齒條位移移之間應(yīng)應(yīng)有一個個放大環(huán)環(huán)節(jié)，設(shè)設(shè)放大倍倍數(shù)為K，則上式式變?yōu)椋汗街袔讕讉€參數(shù)數(shù)的確定定延遲時間間：噴油開始始于發(fā)火火上止點點之前，而柴油油機在發(fā)發(fā)火上止止點之后后開始做做功，最最大扭矩矩發(fā)生在在上止點點之后約約90曲軸轉(zhuǎn)角角處，這這會造成成時間滯滯后;此外，當(dāng)當(dāng)齒條位位移變化化時，若若某缸恰恰好噴油油完畢，則此時時其

12、工作作扭矩與與齒條位位移無關(guān)關(guān)，這段段延遲時時間取決決于柴油油機的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、氣氣缸數(shù)以以及沖程程數(shù)?？煽捎孟率绞焦浪悖鹤云胶庀迪禂?shù)Tg：理想化地地，使柴柴油機自自平衡系系數(shù)為1加速時間間常數(shù)Ta:由下式計計算：柴油機大大范圍變變動下的的動態(tài)分分析根據(jù)達(dá)蘭蘭貝爾原原理：柴油機扭扭矩的速速度特性性扭矩與速速度的關(guān)關(guān)系比較較復(fù)雜，為簡單單起見，近似為為線性柴油機動動態(tài)方程程動態(tài)方程程為：傳遞函數(shù)數(shù)為：柴油機動動態(tài)特性性引入控制制器后的的柴油機機特性負(fù)載的動動力特性性船用負(fù)載載車用機負(fù)負(fù)載發(fā)電機負(fù)負(fù)載帶負(fù)載的的柴油機機動態(tài)特特性柴油機自自身是一一個穩(wěn)定定性較弱弱或不穩(wěn)穩(wěn)的的系系統(tǒng)，但但是帶負(fù)負(fù)載的柴柴油

13、機系系統(tǒng)由于于引入了了負(fù)載的的動力特特性，使使得整體體的動態(tài)態(tài)穩(wěn)定特特性有較較大改善善。調(diào)速器設(shè)設(shè)計以柴油機機的傳遞遞函數(shù)為為目標(biāo)采采用經(jīng)典典控制方方法設(shè)計計控制器器方程設(shè)計機械械式結(jié)構(gòu)構(gòu)滿足控控制器方方程要求求機械式調(diào)調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)機械式調(diào)調(diào)速器方方程：油泵特性性：機械調(diào)速速柴油機機調(diào)速過過程調(diào)速設(shè)計計的假設(shè)設(shè)及誤差差柴油機動動力特性性的線性性假設(shè)調(diào)速器特特性的線線性假設(shè)設(shè)油泵特性性的線性性假設(shè)柴油機線線性假設(shè)設(shè)的誤差差柴油機系系統(tǒng)的動動態(tài)特性性從試驗結(jié)結(jié)果可以以看到，柴油機機的機械械式調(diào)速速存在著著超調(diào)量量較大、靜態(tài)誤誤差明顯顯的特點點。并且且，這種種特點在在不同調(diào)調(diào)速工況況的表現(xiàn)現(xiàn)程度也也不同。動態(tài)特征征分析柴油機的的動力特特性是非非線性的的，在設(shè)設(shè)計、分分析簡化化時采用用了簡單單線性化化的方法法，造成成了一定定誤差，并且這這種誤差差在柴油油機傳遞遞函數(shù)上上影響較較大。飛錘式機機械調(diào)速速器的穩(wěn)穩(wěn)定性系系數(shù)Fp是一個變變量，隨隨著轉(zhuǎn)速速和負(fù)荷荷會發(fā)生