热工过程自动调节 

1.自动调节的常用术语：

（1）被调对象：即被调节的生产设备或生产过程。 （2）被调量：通过调节需要维持的物理量。 （3）给定值：根据生产要求，被调量的规定数值。 （4）扰动：引起被调量变化的各种原因。

（5）调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量。 （6）调节机关：在调节作用下，用来改变调节作用量的装置。 2.自动调节系统的分类：

（1）按给定值信号的特点分：a.恒值调节系统：自动调节系统在运行过程中给定值恒定不变，也就是希望被调量保持为一固定数值。这是在热工过程自动调节中应用最多的一种自动调节系统。b.程序调节系统：这类系统的给定值是时间的已知函数，给定值随时间变化是预选设定的，调节系统用来保持被调量按预选设定的随时间变化的数值来改变。C.随机调节系统：随机调节系统的给定值是不可预知的，其数值决定于一些外来因素的变化，所以调解结果使被调量也跟随这个给定值随时间改变。

（2）按调节系统的结构分：a.反馈调节系统：反馈调节系统是依据于偏差进行调节的，其特点是，在调节结束时可以使被调量等于或接近给定值；当调节系统受到扰动时必须等到被调量出现偏差后才开始调节，所以调节的速度相对比较缓慢。B.前馈调节系统：前馈调节系统是依据扰动进行调节的，其特点是：由于扰动影响被调量的同时调节器的调节作用已产生，所以调节速度相对比较快；由于没有被调量

的反馈，所以调节结束时不能保证被调量等于给定值。前馈调节系统由于无闭合环路存在，亦称为开环调节系统。C.复合调节系统：采用复合调节系统后，吸取了前馈和反馈调节系统各自的长处，在调节过程中，水温偏离给定值不会太大，调节结束时，水温可等于或接近给定值。另外，整个调节时间也可以缩短，调节质量得到改善。 3.调节系统主要的性能指标：

（1）稳定性：只有一个稳定的系统才能完成自动调节的任务；调节系统的稳定性问题是由于系统本身的闭环反馈作用所引起的，负反馈是自动调节系统稳定的必要条件，而正反馈往往是系统不稳定的根本原因。

自动调节系统的稳定性一般采用衰减率ψ这个品质来反映。 衰减率ψ=1是非周期调节过程；ψ=0是等幅震荡过程；ψ大于0小于1是衰减震荡的调节过程；衰减率ψ小于0是渐扩震荡的调节过程。通常衰减率=0.75—0.9

（2）准确性：准确性是反映调节过程中和调节结束时被调量与给定值之间偏差的程度。用动态偏差和静态偏差来描述系统的准确性。 动态偏差是指在整个调解过程中被调量偏高给定值的最大偏差值。 静态偏差是指调解过程结束后被调量和给定值之间的偏差值。 （3）快速性：快速性是反映调节过程持续时间的长短，持续时间越短越好，调节过程的持续时间也是一个品质指标，称为调节时间。 4.传递函数定义：传递函数定义为线性定常系统在零初始条件下，系统或环节输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比。

传递函数的性质：（1）传递函数是复变量S的有理真分式函数，其分子多项式次数m低于或等于分母多项式次数n，且所有系数均为实数；（2）传递函数是描述动态特性的数学模型，它表征系统或环节的固有特性，和输入信号的具体形式，大小无关，且不能具体表达系统或环节的物理结构。（3）传递函数只能表示一个输入对输出的关系。（4）系统传递函数的分母就是系统的特征方程，从而能方便地判断动态过程的基本特性。 5.基本环节：

方框图中的每一个方框称为环节，系统是由若干个环节按一定的连接方式组合而成，基本环节是比例环节，积分环节，惯性环节，微分环节和迟延环节。

（1）比例环节：输出信号能按一定比例无迟延和无惯性地复现输入信号变化的环节，称为比例环节。无迟延是指输出信号与输入信号的变化同时产生；无惯性是指输出信号与输入信号的变化同时终止。比例环节也称为放大环节，K也称为放大倍数。

（2）积分环节：积分环节的输出信号与输入信号的积分值成正比，或者说输出信号的变化速度与输入信号成比例。积分环节的特点就是当输入信号为零时，输出信号才能保持不变，而且能保持在任何位置。调节系统中常用积分环节来监督和消除缓慢变化的微小信号。 （3）惯性环节：由于惯性环节的阶跃响应曲线没有周期性起伏，所以也叫非周期环节。

时间常数T的数值反映出环节惯性的大小，T越大，环节惯性越大。

惯性环节在结构上的特点是有一个阻力和一个容量构成。

（4）a.理想微分环节：输出信号与输入信号的变化速度成比例的环节称为理想微分环节。B.实际微分环节

（5）纯迟延环节：如果环节的输出信号的变化与输入信号的变化完全相同，只是落后了一段时间，这种环节称为纯迟延环节。凡是信号只能以有限速度传送的元件或设备，其动态特性就属于纯迟延环节。 6.环节的基本连接方式:环节间的连接方式可以归纳为串联，并联和反馈连接三种基本连接方式。环节连接是指环节之间的信号传递关系，其次，由于环节是单向性的，因此，各个环节连接后信号只能按一定方向传递。

A.环节的串联：在串联连接中，前一环节的输出信号为后一环节的输入信号；若干环节串联连接时，总的传递函数等于各个环节传递函数的乘积。B.环节的并联：在并联连接中，一个信号R（s）同时送入各个环节的输入端，而各个环节输出信号之和C（s）为总的输出信号。环节并联连接时，总的传递函数等于各环节传递函数的代数和。C.环节的反馈连接：反馈连接分为正反馈和负反馈。 当输入信号R（s）与反馈信号B（s）相加时称为正反馈； 当输入信号R（s）与反馈信号B（s）相减时称为负反馈； 在反馈连接中，当反馈的传递函数H（s）等于1时，可以不画出该环节，这时系统称为单位反馈系统。

7.自动调节系统由调节对象和自动调节器组成。

8.热工对象的动态特性：

热工对象按它的阶跃响应特性基本上可划分为两类：一类是有自平衡能力的；另一类是无自平衡能力的。

有自平衡能力对象，指对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态，否则为无自平衡能力的对象。

根据热工对象动态特性的特点，工程上用几个特征参数来描述它; (1)有自平衡能力对象，

A.自平衡系数ρ：ρ衡量了对象自平衡能力的大小，自平衡能力越大的对象，自平衡系数ρ越大。

B.时间常数Tc,如果输出量以曲线上的最大变化速度变化，则从起始值至最终值所需的时间，就是时间常数Tc。

在单位阶跃扰动作用下，输出量的最大变化速度成为对象的飞升速度，也称为对象的响应速度，以ε表示。通常将对象的响应速度ε的倒数定义为对象的响应时间Ta。

C.迟延时间τ：它是指从输入信号阶跃变化瞬间至切线与输出量起始值水平线交点的时间间隔。 （2）无自平衡能力的对象

A. 迟延时间τ:从输入信号阶跃变化瞬间至渐近线与时间坐标轴交点间的时间间隔为迟延时间τ，迟延时间反映了对象在阶跃输入作用下，输出量的变化速度由零变到接近于渐近线斜率的快慢。 B.飞升速度ε：

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