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1、自动控制基础第1页，共19页，编辑于2022年，星期二1.1.自动控制的效用自动控制的效用自动运行自动运行自动运行自动运行节能节能节能节能高品质高品质高品质高品质保持舒适条件保持舒适条件保持舒适条件保持舒适条件思考：自动控制的优点有哪些思考：自动控制的优点有哪些？温度传感器温度传感器控制阀控制阀第2页，共19页，编辑于2022年，星期二蒸气蒸气人观察温度计测出的室温，与希望值相比较，判断打开还是关闭控制人观察温度计测出的室温，与希望值相比较，判断打开还是关闭控制阀，然后用手操作阀门，使用蒸气流量产生变化。其结果是送风温度阀，然后用手操作阀门，使用蒸气流量产生变化。其结果是送风温度和室温将发生变
2、化，然后再用眼睛观察温度计，并反复执行上述操作。和室温将发生变化，然后再用眼睛观察温度计，并反复执行上述操作。室温房间比较判断头头 脑脑操作手目测眼睛眼睛外界影响目标值2.1 2.1 手动控制手动控制所谓手动控制，即由人进行的控制所谓手动控制，即由人进行的控制所谓手动控制，即由人进行的控制所谓手动控制，即由人进行的控制（引用引用JISZ8116）第3页，共19页，编辑于2022年，星期二温度传感器温度传感器T测出室温，由温度调节器将测定值与目标值相比较，输出控制阀的开关指测出室温，由温度调节器将测定值与目标值相比较，输出控制阀的开关指令，由操作装置对控制阀进行操作，使用蒸气流量产生变化。其结果
3、是送风温度与室令，由操作装置对控制阀进行操作，使用蒸气流量产生变化。其结果是送风温度与室温均发生变化，并由温度传感器再次检测并自动重复上述动作。温均发生变化，并由温度传感器再次检测并自动重复上述动作。所谓自动控制，即由控制设备自动进行的控制所谓自动控制，即由控制设备自动进行的控制所谓自动控制，即由控制设备自动进行的控制所谓自动控制，即由控制设备自动进行的控制比较调节装置调节装置操作装置操作装置室内室内检测装置检测装置室内室内温度温度目标值目标值外界影响温度调节器温度调节器控制阀控制阀温度传感器温度传感器蒸蒸气气TTC2.2 2.2 自动控制自动控制第4页，共19页，编辑于2022年，星期二根据
4、反馈，将控制量与根据反馈，将控制量与根据反馈，将控制量与根据反馈，将控制量与目标值相比较，执行修目标值相比较，执行修目标值相比较，执行修目标值相比较，执行修正动作，使二者达到一正动作，使二者达到一正动作，使二者达到一正动作，使二者达到一致的控制致的控制致的控制致的控制3.1 3.1 反馈控制反馈控制 feedback controlfeedback control比较调节装置调节装置操作装置操作装置控制对象检测装置检测装置室温目标值调节器外界影响外界影响室内人员的增减、日照（）（）（）（）（）（）（）反馈反馈电动阀电动阀蒸气蒸气温度调节器温度调节器设定设定2020HCT凝水器凝水器取入新风取入
5、新风供气供气第5页，共19页，编辑于2022年，星期二根据外界干扰信息，在该根据外界干扰信息，在该外界干扰对控制系统出现外界干扰对控制系统出现影响以前，进行必要的调影响以前，进行必要的调整动作的控制整动作的控制 3.2 3.2 前馈控制前馈控制 feedforward controlfeedforward controlPVSP调节装置调节装置操作装置操作装置控制对象控制对象比较比较电动阀电动阀HCT蒸气蒸气送风送风凝水器凝水器温度调节器温度调节器设定设定2 2取入新风取入新风第6页，共19页，编辑于2022年，星期二4 4 控制动作的种类控制动作的种类比例动作比例动作比例比例积分动作积分动作
6、调节器调节器比较调节装置调节装置操作装置操作装置控制对象检测装置检测装置室温目标值外界影响双位动作双位动作双位动作双位动作比例动作比例动作比例动作比例动作 操作信号操作信号浮位动作浮位动作浮位动作浮位动作第7页，共19页，编辑于2022年，星期二比较比较比较比较控制输入与设定值，执行控制输入与设定值，执行控制输入与设定值，执行控制输入与设定值，执行ONONONON或或或或OFFOFFOFFOFF两个位置的控制输出。两个位置的控制输出。两个位置的控制输出。两个位置的控制输出。ONOFF设设定定值值输入输入输输出出OFFON设设定定值值输入输入输输出出4.1 4.1 双位动作双位动作 （on-of
7、f control actionon-off control action）动作间隙动作间隙Differential第8页，共19页，编辑于2022年，星期二设定值设定值室室内内温温度度空调机运行空调机运行/停止停止运行运行运行运行停止停止停止停止4.2 4.2 双位动作的双位动作的室内温度控制效果室内温度控制效果过调量过调量过调量过调量高高动作间隙动作间隙 下调量下调量下调量下调量第9页，共19页，编辑于2022年，星期二4.3 4.3 浮位动作浮位动作 floating actionfloating action ONONOFFOFF偏差偏差中立带中立带浮位动作浮位动作(又称为单速度动作又
8、称为单速度动作)虽然也是开闭动作的一种，不同的是，虽然也是开闭动作的一种，不同的是，它可它可处在不与任何接点闭合的中立带处在不与任何接点闭合的中立带(neutral zone)(或称为不感带（或称为不感带（dead zone）)。有操作信号时，操作部朝全开或全闭方向按一定的速度移动。信号进有操作信号时，操作部朝全开或全闭方向按一定的速度移动。信号进入中立带时，操作部停在该瞬间位置入中立带时，操作部停在该瞬间位置第10页，共19页，编辑于2022年，星期二4.2 4.2 浮位动作浮位动作的的水箱水位控制效果水箱水位控制效果当操作信号动作信号超过某特定范围（死区）时，以一定的速度当操作信号动作信号
9、超过某特定范围（死区）时，以一定的速度增减执行量增减执行量ONOFF第11页，共19页，编辑于2022年，星期二按输入值成比例进行输出的控制动作按输入值成比例进行输出的控制动作按输入值成比例进行输出的控制动作按输入值成比例进行输出的控制动作：输出与偏差成比例的操作信号输出与偏差成比例的操作信号设定点（设定点（设定点（设定点（SPSP）室内温度室内温度室内温度室内温度（）控控控控制制制制阀阀阀阀开开开开度度度度（）4.4 4.4 比例动作（比例动作（proportional control actionproportional control action）（全开）（全开）（全开）（全开）751
10、00500（全闭）（全闭）（全闭）（全闭）24.5230251002475第12页，共19页，编辑于2022年，星期二4.5 4.5 比例带比例带（proportional band）10010075755025250 00 012.512.5252550 37.537.5控控控控制制制制阀阀阀阀开开开开度度度度（）室内温度室内温度室内温度室内温度（）SPSP（设定点）（设定点）（设定点）（设定点）=100=50输出在输出在0100之间变化所需的输入变化幅度之间变化所需的输入变化幅度第13页，共19页，编辑于2022年，星期二1001007575505025250 00 012.512.525
11、25 50 50 37.537.5控控制制阀阀开开度度（）室内温度室内温度室内温度室内温度（）SP（设定点）（设定点）4.6 4.6 正动作正动作/逆动作（逆动作（Direct/Reverse ActionDirect/Reverse Action）正动作（制冷动作）逆动作（加热动作）第14页，共19页，编辑于2022年，星期二温度温度目标值目标值時間時間4.74.7偏差偏差偏差偏差偏差偏差产生的原因是，控制对象中如果没有外界影响，以比例动作输出产生的原因是，控制对象中如果没有外界影响，以比例动作输出订正动作，消除当前值与设定值之间的差，应当变化为目标值；但是，订正动作，消除当前值与设定值之间
12、的差，应当变化为目标值；但是，无论何种控制均存在外界影响，在实际的动作中，比例控制通常是只无论何种控制均存在外界影响，在实际的动作中，比例控制通常是只要测量值不发生变化，控制阀开度就不变，所以与目标值之间就会产要测量值不发生变化，控制阀开度就不变，所以与目标值之间就会产生乖离（偏差）。生乖离（偏差）。如果与测量值对应的外界影响趋于稳定，则控制将停在未达到目标值的位置第15页，共19页，编辑于2022年，星期二积分动作的强度通常用积分时间积分动作的强度通常用积分时间T1T1表示。表示。P P动作的输出与单独使用动作的输出与单独使用I I动作时的输出达到相等所需的时间称为动作时的输出达到相等所需的
13、时间称为积分时间积分时间温度输入温度输入设定值设定值时间时间偏差（偏差（Offset）控制阀开度控制阀开度4.8 PI4.8 PI动作动作 积分时间积分时间 温度调节器的输入温度调节器的输入温度调节器的输入温度调节器的输入 温度调节器的输出温度调节器的输出温度调节器的输出温度调节器的输出时间时间比例积分（比例积分（PI）动作动作积分积分（I）动作动作比例比例（P）动作动作第16页，共19页，编辑于2022年，星期二4.9 4.9 P和和PI动作的室内温度控制效果对比动作的室内温度控制效果对比目标值目标值温度温度时间时间比例比例比例比例(P)(P)动作动作动作动作比例积分比例积分比例积分比例积分
14、(PI)(PI)动作动作动作动作第17页，共19页，编辑于2022年，星期二附录附录:最佳调整最佳调整 optimum setting 临界灵敏度法：临界灵敏度法：首先只用首先只用P P动作控制。动作控制。(积分时间为无限大、微分时间为积分时间为无限大、微分时间为00使使I I动作、动作、D D动作无效。动作无效。)先将比例带设为最大，然后渐渐缩小比例带宽先将比例带设为最大，然后渐渐缩小比例带宽(即即渐渐提高比例灵敏度渐渐提高比例灵敏度)通过闭路系统渐渐提高比例灵敏度时，一般情况下过程会出通过闭路系统渐渐提高比例灵敏度时，一般情况下过程会出现乱调。只要求出这时的现乱调。只要求出这时的比例带比例
15、带(PBc)(PBc)和振幅周期和振幅周期(Tc),(Tc),即可根据表即可根据表2 2得到最佳调得到最佳调节值。节值。控制动作控制动作比例带比例带(%)(%)积分时间积分时间(分分钟钟)微分时间微分时间(分分钟钟)P P动作动作2 2PBcPBcPIPI动作动作2.22.2 PBcPBc0.830.83TcTcPIDPID 动作动作1.671.67PBcPBc0.50.5 TcTc0.1250.125TcTc第18页，共19页，编辑于2022年，星期二温度温度目标值目标值時間時間比例带较窄时比例带较窄时比例带较宽时比例带较宽时附录附录:最佳调整最佳调整 optimum settingoptimum setting第19页，共19页，编辑于2022年，星期二