建筑环境与设备控制技术PPT

楼宇智能化工程技术复习要点智能建筑控制技术基础第1章自动控制系统基本概念第2章被控对象的特性第3章测量变送器及其特性第4章基本控制规律第5章执行器及其特性第6章简单自动控制系统的特性及设计第7章复杂自动控制系统的特性及设计第10章空气调节系统的自动控制第11章自动控制系统的整定和投运智能建筑控制技术基础第1章自动控制系统基本概念一、控制系统的组成；二、由系统工作原理图绘制系统方框图；三、对控制系统性能的要求。智能建筑控制技术基础自动控制系统可概括成两大部分：一部分是自动化装置控制下的生产设备称为被控对象（受控对象）另一部分是为实现自动控制所必须的自动化仪表设备简称为自动化装置包括测量变送器、调节器和执行器等智能建筑控制技术基础控制器-给定量偏差执行机构被控对象输出量测量装置扰动智能建筑控制技术基础自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程有非周期衰减过程、衰减振荡过程、等副振荡过程、发散振荡过程等四种。智能建筑控制技术基础品质指标用来衡量控制系统的质量1.余差（e）2.最大偏差（A）3.衰减比（n）4.衰减率（f）5.过渡过程时间（ts）6.峰值时间（tp）智能建筑控制技术基础第2章被控对象的特性被控对象的特性参数放大系数（K）、滞后时间(τ)、时间常数(T)被控对象的数学模型对象微分方程式的列写、求解及分析被控对象特性的实验测取智能建筑控制技术基础被控对象特性：是指被控过程的输入变量（操纵变量或扰动变量）发生变化时，其输出变量（被控变量）随时间的变化规律。（对象各个输入量与输出量之间的函数关系）用什么来表示被控对象的特性？常用三个物理量：1.放大系数（K）2.时间常数（T）3.滞后时间（τ）智能建筑控制技术基础被控对象的数学模型微分方程的建立过程1.确定输入量和输出量2.划分环节3.写出每一环节(元件)原始方程式4.消去中间变量5.写成标准形式智能建筑控制技术基础被控对象特性的实验测取对象特性参数可以由过程的数学模型通过求解得到，但是在生产过程中，很多过程的数学模型是很难得到的。工程上一般用实验方法来测定过程特性参数。最简便的方法就是直接在原设备或机器中施加一定的扰动，通过该过程的输出变量进行测量和记录，然后通过分析整理得到过程特性参数。智能建筑控制技术基础第3章测量变送器及其特性温度测量变送器热电偶、铂热电阻压力和压差测量变送器霍尔压差变送器、电动差压变送器流量测量变送器节流装置、椭圆齿轮流量变送器液位测量变送器电容式液位变送器测量变送器特性性能指标智能建筑控制技术基础第4章基本控制规律比例度δ对控制过程的影响如图4-9δ越大，即Kp越小，过渡过程曲线越平稳，但静差很大δ越小，则过渡过程曲线越振荡δ过小时，就可能出现发散振荡图4-9比例度对过渡过程的影响智能建筑控制技术基础控制规律输入e与输出p(或Δp)的关系式阶跃作用下的响应（阶跃幅值为A）优缺点适用场合位式P=pmax(e0)P=pmin(e0)结构简单;价格便宜;控制质量不高;被控变量会振荡对象容量大,负荷变化小,控制质量要求不高,允许等幅振荡比例（P）Δp=Kpe(a)图结构简单;控制及时;参数整定方便;控制结果有余差对象容量大,负荷变化不大、纯滞后小,允许有余差存在,例如一些塔釜液位、贮槽液位、冷凝器液位和次要的蒸汽压力控制系统等比例积分PI式(5-8)(b)图能消除余差;积分作用控制缓慢;会使系统稳定性变差对象滞后较大,负荷变化较大,但变化缓慢,要求控制结果无余差。此种规律广泛应用于压力、流量、液位和那些没有大的时间滞后的具体对象智能建筑控制技术基础控制规律输入e与输出p(或Δp)的关系式阶跃作用下的响应（阶跃幅值为A）优缺点适用场合比例微分PD式(5-11)(c)图响应快、偏差小、能增加系统稳定性;有超前控制作用,可以克服对象的惯性;控制结果有余差对象滞后大,负荷变化不大,被控变量变化不频繁,控制结果允许有余差存在比例积分微分PID式(5-12)(d)图控制质量高;无余差;参数整定较麻烦对象滞后大;负荷变化较大,但不甚频繁;对控制质量要求高。例如精馏塔、反应器、加热炉等温度控制系统及某些成分控制系统智能建筑控制技术基础第5章执行器及其特性电动执行器的组成及工作原理直通调节阀的流量特性，直通调节阀的主要类型电气阀门定位器力矩平衡原理智能建筑控制技术基础第6章简单自动控制系统的特性常用的控制系统分析方法：微分方程分析法列出各个环节的微分方程式被控对象测量变送器调节器执行器得到整个系统微分方程式结合边界条件，求解，得到被控变量随时间的关系式绘制过渡过程曲线，并分析从过渡过程曲线得到系统在干扰作用下的控制质量如稳定程度、衰减比、最大偏差、余差、回复时间及振荡周期等得出其控制质量是否满足工艺生产要求的结论，以便找出改进系统的有效方法智能建筑控制技术基础被控变量的选择选择的原则要熟悉工艺过程，从对自动控制的要求出发，合理选择被控变量具体如下：①若以工艺控制指标（温度、压力、流量、液位、空气相对湿度等）作为被控变量，则应能够最好地反映工艺所需状态变化的参数通常可按工艺操作的要求直接选定，因为它们为某一工艺目的服务是清楚的，大多数单回路控制系统就是这样例如换热器温度控制、热网的流量控制及房间温度控制等。②若以产品质量指标作为被控变量，则应这是最直接也是最有效的控制参数例如工业锅炉的蒸汽压力、空调处理装置的露点温度等都是反映热工过程的质量指标，因而选择它们作为被控变量。③应能获得检测信号并有足够大的灵敏度，且滞后要小，否则无法得到高精度的控制质量。④应考虑工艺流程的合理性和国内仪表生产的现状智能建筑控制技术基础确定调节参数的原则①应以克服主要扰动最有效为原则即应使调节通道对象的放大系数适当地大些，时间常数适当小但不要过小，纯滞后越小越好。②扰动通道对象的放大系数应尽可能小，时间常数应尽可能大③扰动作用点应尽量靠近调节阀或远离测量传感器。增大扰动通道的容量滞后，可减少对被控变量的影响。④不能单纯从自动控制角度出发，还须考虑生产工艺的合理性智能建筑控制技术基础调节阀的结构形式选择的一般规律直通单座阀和双座阀应用广泛当阀前后压差较小，要求泄漏量也较小时，应选直通单座阀；当阀前后压差较大，并允许有较大泄漏量时，应选直通双座阀。当在大口径、大流量、低压差的场合工作时，应选蝶阀，但此时泄漏量较大。在比值控制或旁路控制时，应选三通调节阀；当介质为高压时，应选高压调节阀。智能建筑控制技术基础开关形式电动调节阀的开关形式有电开与电关两种形式气动调节阀的开关形式气开与气关两种形式电（气）开式的调节阀在有信号压力时阀打开，而电（气）关式的调节阀在有信号时阀关闭。选择原则调节阀开闭形式的选择主要从生产安全角度考虑。一般在能源中断时，应使调节阀切断进入被控制设备的原料或热能，停止向设备外输出流体。调节阀的开、关形式是由执行机构的正、反作用和阀芯的正、反向安装所决定的，可组合成4种方式智能建筑控制技术基础如何确定调节阀的口径？由式（6-28）可知：当生产工艺中需要的正常流量q和压差决定后，就可计算出阀门的流通能力，然后根据C值，查调节阀的产品规格，便可确定调节阀的口径。0122qFpp＝－（6-27）式中：q——流体的体积流量；α——流量系数；F0——调节阀流通截面积；ρ——流体密度；p——调节阀前后压差，12ppp＝－。令02CF＝，代入式（6-27），得Cqp＝（6-28）智能建筑控制技术基础第7章复杂自动控制系统的特性及设计复杂控制系统主要有串级控制系统比值控制系统选择性控制系统分程控制系统前馈控制系统智能建筑控制技术基础分级控制思想将一个控制通道较长的对象分为两级把许多扰动在第一级副环就基本克服掉，剩余的影响及其他各方面扰动的综合影响再由主环加以克服这种控制思想在许多非工程、非自然学科领域应用也非常普遍串级系统结构组成有两个对象主、副对象两个控制器主、副控制器两个测量变送器主、副测量变送器一个执行器智能建筑控制技术基础系统工作方式副环工作既是随动又是定值对于主控制器输出的设定值是不确定的，是随动系统对于进入副环的扰动，是定值控制系统。主环工作是定值控制方式若把副环看作为一个整体方块则主环就相当于一个简单控制系统串级控制系统就是定值控制系统控制性能控制性能优于简单控制系统系统对于扰动反应更及时克服扰动的速度更快能有效地克服系统滞后改善控制精度和提高控制质量智能建筑控制技术基础串级系统控制作用方向分析首先看主控制器，由于副环可以简化为一个正作用方向方框，如图7-7所示，主对象作用方向为正，主测量变送作用方向亦为正。根据简单控制系统中所介绍的原则，4个方框所标符号的乘积应为正，故主控制器方框的作用方向应为正。如此，整个环路中所有符号相乘为负，系统是负反馈，选反作用控制器。副控制器作用方向的选择与简单控制系统一样，这里副控制器方框的作用方向亦应为正，结合控制器比较点的符号“－”，控制器整体应选反作用控制器。如此，整个副环是负反馈控制系统。图7-7加热炉温度一压力串级控制系统方框图智能建筑控制技术基础前馈是“开环”。反馈是“闭环”控制系统表面上，两种控制系统都形成了环路，但反馈控制系统中，在环路上的任一点沿信号线方向前行，可以回到出发点形成闭合环路，成为“闭环”控制系统。而在前馈控制系统中，在环路上的任一点沿信号线方向前行，不能回到出发点，不能形成闭合环路，因此称其为“开环”控制系统。前馈控制及时。反馈控制滞后前馈控制根据扰动来控制，所以控制及时；而反馈控制根据偏差来控制，即扰动作用下被控变量产生偏差后才进行控制，控制不及时前馈控制系统中若扰动，有滞后。前馈只能克服所测量的扰动，反馈可克服所有扰动量都不可测量，前馈就不可能加以克服。而反馈控制系统中，任何扰动，只要它影响到被控变量，都能在一定程度上加以克服。智能建筑控制技术基础第10章空气调节系统的自动控制空调房间温度自动控制是通过接通或断开电加热器和增加或减少精加热器的容量而改变送风温度来实现的。空调温度自动控制系统常用的改变送风温度方法有：控制加热空气的电加热器空气加热器（介质为热水或蒸汽）加热量改变一、二次回风比智能建筑控制技术基础房间空气相对湿度自动控制的方法在空调中，为维持室内空气相对湿度恒定或某一设定范围内，通常采用定露点间接控制法及变露点直接控制法。定露点间接控制法。当空调房间的余湿量不变或变化幅度较小时，对于具有喷淋室或喷淋表冷器式空气处理环节的空调系统，可采用保持喷淋室后或喷淋表冷器后露点温度恒定的方法，使室内空气相对湿度稳定在某一范围内。该控制法一般适用于室内余湿量变化幅度较小及空气相对湿度允许波动范围较大的场合，此方法可使室内相对湿度允许波动范围控制在±5%。智能建筑控制技术基础变露点直接控制法用直接装在室内工作区、回风口或回风道中的湿度测量传感器来测量和控制空调系统中相对应的执行控制机构，达到控制室内空气相对湿度的目的。智能建筑控制技术基础第11章自动控制系统的整定和运行方法：临界比例度法、衰减曲线法和经济试凑法。临界比例度法特点：直接在闭合的控制系统中进行整定，不需要进行过程特性测试，应用较广。适用场合:适用于一般的控制系统，对工艺上不允许产生等幅震荡的系统不适用衰减曲线法特点：应用比例作用，直接获取希望的衰减曲线方法适用场合:1）适合各种系统2）对于干扰频繁场合，会造成曲线不规律智能建筑控制技术基础经验试凑法特点：各种控制规律对对系统控制质量的影响的定性分析。按照顺序对,TI,TD逐个整定，直到获得满意的过渡过程为止。