热工控制系统第一章-热工A

第一章热工自动控制概论

主讲：赵建立

主讲赵建立

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自动控制理论是自动控制技术的基础理论，根据自动控制技术的发展进程，自动控制理论可分为以微分方程、传递函数为基础的经典控制理论和以状态空间为基础的现代控制理论。

同时，随着自动控制理论的发展，自动化技术逐步发展到基于专家系统、模糊控制和人工神经网络的智能时代。

基专家系统模糊控制神络的

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前期控制(1400BC-1900)

(1400BC-1100BC)

中国、埃及和巴比伦出现自动计时漏壶(1400BC1100BC)

希腊发明了采用浮球保持燃油液面高度的油灯(250BC)

亚历山大的希罗发明开闭庙门和分发圣水的自动装置(100年)

中国张衡发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪(100年)中国张衡发明水运浑象研制出自动测量地震的候风地动仪

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传()中国马钧研制出利用齿轮传动的自动指示方向的指南车(235年英国J.Watt利用离心式调速器控制蒸汽机的速度(1788年)

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经典控制(1935-1950)

N.Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服机构，提出PID控制方美国N Minorsky研制出用于船舶驾驶的伺服机构提出

法(1922)

美国E.Sperry以及C.Mason研制出火炮控制器(1925)，气压反馈控制器(1929)

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现代控制(1950-今)

现代控制起源于冷战时期的军备竞赛以及计算机技术的出现美国MIT 的Servomechanism Laboratory 研制第一台数控机床现代控制起源于冷战时期的军备竞赛以及计算机技术的出现。(1922)

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George Devol研制出第美国G D l

一台工业机器人样机(1954)

苏联东方-1号飞船载着加加林进入人类地球卫星轨道，人类进入人类地球卫星轨道人类宇航时代开始(1961)

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第一节

热工自动控制的发展概况

电能的“发输供用”必须同时进行并保持瞬时的平

控制对象特征

电能的发、输、供、用必须同时进行，并保持瞬时的平衡。与此同时，参与“发、输、供、用”的所有设备构成了部件

众多、结构复杂、分布广阔的动态大系统。在这个系统中发电

机组处于系统的最底层

机组处于系统的最底层。电力生产过程分为发电侧与输配电侧，相应地，从实现自

动化的角度，可分为电站自动化和电力系统自动化。

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一、电厂热工控制技术的发展

目前机组特点

个随着发电机（1）监视点多(600MW机组I/O点多达3000～5000个，随着发电机-变压器组和厂用电源等电气部分监视纳入DCS之后，I/O点已超过7000个)

（2）参数变化速度快和控制对象数量大(600MW机组超过1300个)，而各个控制对象又相互关联所以操作稍失误所引起的后果十分严而各个控制对象又相互关联，所以操作稍一失误，所引起的后果十分严重。

大机组的监视与控制操作任务也不能交运行人员去完成(体力、脑力

体力脑力劳动强度，及时、人为操作失误），因此必须由高度计算机化的机组集控取而代之。

控取代之

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随着计算机技术的迅速发展，电厂热工过程控制又经历了以

下几个计算机控制过程:

(1) 集中型计算机控制：用一台计算机对整个生产过程进行

整体控制因此对计算机的可靠性要求很高旦计算机出现事整体控制，因此对计算机的可靠性要求很高，一旦计算机出现事

故，将使整个生产受到影响。

()分散计算机控制随着微机的大批产成本的不

(2) 分散型计算机控制：随着微机的大批生产，成本的不

断降低，逐渐把集中控制改为用微机进行局部控制，克服了集中

控制的一些缺点，但此时各系统之间很难协调起来。

(3) 计算机分散控制：它把各系统之间、厂级管理、调度

(3)计算机分散控制它把各系统之间厂级管理调度

等用一台功能很强的计算机进行上位管理；而把各子系统用微机

控制，充分发挥了集中控制和分散控制各自的优点，是一种比较

合理的控制方法。

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二、大型单元机组热工自动控制系统的组成

系统基础：分散控制系统

应用技术：“4C ”技术（计算机技术、自动控制技术、通信技术数据采集与管理

信技术、

CRT 图形显示技术）1、数据采集与管理包括对热力过程中温度、压力、流量、液位、成分等热工参数的测量；测量数据在不同系统之间的高速传输；生产过程实时/历史数据的高效存储；历史数据的快速检索；统计数据的报表打印；报警数据的采集、存储、分析与处理等。具有数据采集与管理功能的典型的系统主要有：数据采集系统（计算机监视系统）、DCS数据库、SIS数据库、等

MIS数据库等。

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2、汽轮机数字电液控制系统（DEH）

3、汽轮机监视系统

汽轮机监视系统

4、旁路控制系统

5、锅炉炉膛安全监视系统

6、协制系统

协制系统

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三、电厂热工自动控制的基本内容

1、自动检测

对生产过程及设备的参数信号自动进行转换加处并记录下对生产过程及设备的参数、信号自动进行转换、加工处理并记录下来。如：T、p、Q、H等，是控制的基础。

2、远方控制与顺序控制

远方控制与顺序控制

远方控制：(开关/按钮)对生产过程中重要的调节、截止机构实现远距离控制；

程序控制：机组在启动、停止、增减负荷、事故处理时的自动化操作。

3、自动调节（闭环自动控制）

4、自动保护

自动保护

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第二节自动控制的基本概念

一、控制系统的调节过程

人工调节

1、人工调节被控对象（控制对象）

被调量给定值控制量（调节量）扰动执行机构

眼脑手的作用？眼脑手

眼、脑、手的作用？

能源与动力工程学院2、自动调节

测量变送器

调节器（控制器）

执行器

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二、自动控制系统的组成

被控(调节)对象

自动调节系统

的组成

测量变送器

自动调节装置调节器

执行器

三、自动控制系统方框图

相加点

分支点

环节

信号线

输入量和输出量

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第三节自动控制系统的分类

一、按系统的结构特点分类

1、反馈（闭环）控制系统

反馈：把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。若反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈；反之，则称为正反馈。 闭环控制系统：能对输入量与输出量进行比较，并且将它们的偏差作为控制手段，以保持两者之间预定关系的系统。由于引入了被反馈量的反馈信息，整个控制过程成为闭合的，因此反馈控制也称为闭环控制。特点：基于偏差，消除偏差；调节不及时；需对系统进行稳定系分析。

馈信整个控制程成为闭合的因反馈控制称为闭环控制

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2、前馈（开环）控制系统

控制设备和对象之间在信号传递上没有形成闭合回路，直接根据扰动进行控制，

特点：调节及时，动作快；不需进行稳定性分析；没有修正偏差能力。

•闭环控制系统

偏差控制，可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响。精度高、结构复杂，设计、分析麻烦。

度高结构复杂设计分析麻烦

•开环控制系统

顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性

顺向作用没有反向的联系没有修正偏差能力抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。

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3、前馈-反馈复合控制系统

二、按给定值特点分类

1、定值（恒值）控制系统：汽包水位、过热汽温、炉膛压力

2、随动控制系统：滑压运行时主汽压设定值的形成

3、程序控制系统：汽轮机自启停

三、按闭合回路数目分类

1、单回路系统

2、多回路系统

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第四节典型输入信号与控制系统的性能指标

一、典型输入信号1、阶跃函数控制系统中最严格，

2、斜坡函数

3、脉冲函数4正弦函数

最苛刻的信号

4、正弦函数二、控制系统调节过程

发散振荡

等幅振荡

衰减振荡

非振荡（非周期）

稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。稳稳定性是对系统的基本要求不稳定的系统不能实现预定任务稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。

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2、准确性

(1)最大动态偏差e max：调节过程中被调量偏离给定值的最大暂时偏差。

(2)静态偏差e(∞):被调量的稳态值与给定值之间的长期偏差。

思考题：1-2

1-7

17

3、快速性

3快速性

控制过程时间ts:指从被调量受到扰动，过程开始变化直到结束所需要

的时间，理论无限大。

一般为被调量与稳态值之差不超过稳态值的±5%或±2%所需时间。