課題一船舶反饋控制系統(tǒng)基礎(chǔ)

1、輪機自動化主 講： 陳 新 梅單 位： 動力工程學(xué)院 動裝教研室聯(lián)系方式：Q： 17073555學(xué)習(xí)方法及要求學(xué)習(xí)方法及要求希望大家能夠做到如下幾點：希望大家能夠做到如下幾點：不遲到早退，有事先請假。不遲到早退，有事先請假。上課認(rèn)真聽講；上課認(rèn)真聽講；做好筆記（可做在教材上）；做好筆記（可做在教材上）；借助網(wǎng)絡(luò)、書籍等了解與本課程有關(guān)的新技術(shù)借助網(wǎng)絡(luò)、書籍等了解與本課程有關(guān)的新技術(shù)、新動態(tài)。、新動態(tài)。 思考題l定義：只有一個存儲物質(zhì)或能量容積的控制對象思考題比例帶越小，比例作用越強；比例帶越大，比例作用越弱。積分比例Ti調(diào)小，比例作用加強，1）振蕩加劇，穩(wěn)定性變差。2

2、）最大動態(tài)偏差基本不變。3) 振蕩時間延長。)(dtdeTdeKpP 若Td過小，微分作用弱，系統(tǒng)質(zhì)量改善不顯著。 若Td過大，微分作用強，反而引起小幅度振蕩。 若Td為零，無微分作用，只有比例作用。dtdeTiTddteeKpP1思考題自動化儀表種類繁多，主要分類有：自動化儀表種類繁多，主要分類有：按采用的輔助能源分：按采用的輔助能源分：氣動、電動、混合式氣動、電動、混合式按組合方式分：按組合方式分：基地式、單元組合式基地式、單元組合式本章就以氣動單元組合式儀表的結(jié)構(gòu)、原理和管理注意事項。本章就以氣動單元組合式儀表的結(jié)構(gòu)、原理和管理注意事項。一、自動化儀表的主要品質(zhì)指標(biāo)一、自動化儀表的主要品

3、質(zhì)指標(biāo)1、絕對誤差、絕對誤差又稱指示誤差，是指測量值與真實值之差。若測量值為又稱指示誤差，是指測量值與真實值之差。若測量值為A，真實值為真實值為Ao，則絕對誤差為，則絕對誤差為 = A- Ao。但在實際應(yīng)用中，。但在實際應(yīng)用中，真實值很難得到，因此一般用準(zhǔn)確度高的做多次測量取平真實值很難得到，因此一般用準(zhǔn)確度高的做多次測量取平均值。均值。2、相對誤差、相對誤差相對誤差相對誤差是指儀表的絕對誤差與儀表指示值之比的百分是指儀表的絕對誤差與儀表指示值之比的百分?jǐn)?shù)。數(shù)。即即= / A*100% 3、基本誤差、基本誤差基本誤差基本誤差o指儀表的最大絕對誤差與儀表的測量范圍之比的百分指儀表的最大絕對誤差與

4、儀表的測量范圍之比的百分?jǐn)?shù)，即數(shù)，即o= max / A*100%儀表自身缺陷所造成的。儀表自身缺陷所造成的。4 、精度、精度 工程上常用精度表示儀表的準(zhǔn)確度，與基本誤差相同，只是用工程上常用精度表示儀表的準(zhǔn)確度，與基本誤差相同，只是用級來代替百分?jǐn)?shù)，如量程為級來代替百分?jǐn)?shù)，如量程為0-2MPa的壓力表，最大絕對誤差為的壓力表，最大絕對誤差為0.05MPa，則該表精度為，則該表精度為2.5級（基本誤差為級（基本誤差為2.5%）常見儀表等級有：常見儀表等級有：0.1級，級，0.2級，級，0.35級，級，1.0級，級，1.5級，級，2.0級，級，2.5等，其中等，其中0.10.20.35級多用于標(biāo)

5、準(zhǔn)儀表。級多用于標(biāo)準(zhǔn)儀表。5、附加誤差、附加誤差指由于外界影響造成的誤差指由于外界影響造成的誤差6、儀表的靈敏度、儀表的靈敏度指儀表對輸入量有反映的靈敏程度，如輸入為指儀表對輸入量有反映的靈敏程度，如輸入為x，了輸出為，了輸出為y，則靈，則靈敏度敏度S=y/x；靈敏度越高，能測出的輸入量變化越小，儀表越靈敏。靈敏度越高，能測出的輸入量變化越小，儀表越靈敏。7、儀表的穩(wěn)定性、儀表的穩(wěn)定性相同條件下多次測量值的穩(wěn)定性。相同條件下多次測量值的穩(wěn)定性。8、儀表的不靈敏區(qū)、靈敏限和變差、儀表的不靈敏區(qū)、靈敏限和變差由于儀表存在摩擦、間隙、彈性元件滯后等現(xiàn)象，輸入量變化很小由于儀表存在摩擦、間隙、彈性元件

6、滯后等現(xiàn)象，輸入量變化很小時，輸出沒反應(yīng)，這就是不靈敏區(qū)；時，輸出沒反應(yīng)，這就是不靈敏區(qū)；靈敏限是指要是儀表做出反應(yīng)所需輸入的最小變化值，一般認(rèn)為不靈敏限是指要是儀表做出反應(yīng)所需輸入的最小變化值，一般認(rèn)為不靈敏區(qū)的一般為靈敏限；靈敏區(qū)的一般為靈敏限；變差是指外界條件不變的情況下，多次在不同方向輸入儀表同一值變差是指外界條件不變的情況下，多次在不同方向輸入儀表同一值時，儀表指示值之間的最大誤差，即正行程和負(fù)行程指示值之差。時，儀表指示值之間的最大誤差，即正行程和負(fù)行程指示值之差。二、氣動調(diào)節(jié)儀表的主要元部件二、氣動調(diào)節(jié)儀表的主要元部件 氣動儀表的結(jié)構(gòu)形式雖然很多，但構(gòu)成氣動儀表的結(jié)構(gòu)形式雖然很多

7、，但構(gòu)成元部件不多，主要有：元部件不多，主要有：彈性元件、節(jié)流元件、彈性元件、節(jié)流元件、氣體容室、噴嘴擋板機構(gòu)、阻容元件、功率氣體容室、噴嘴擋板機構(gòu)、阻容元件、功率放大放大元件放大放大元件1、彈性元件：、彈性元件：分為彈性敏感元件和彈性支撐元件。分為彈性敏感元件和彈性支撐元件。敏感元件有：波紋管、金屬膜片、非金屬膜片、敏感元件有：波紋管、金屬膜片、非金屬膜片、彈簧管和金屬膜盒等；作為壓力轉(zhuǎn)換為位移的感彈簧管和金屬膜盒等；作為壓力轉(zhuǎn)換為位移的感測元件。受氣壓作用所產(chǎn)生的位移與氣壓之間呈測元件。受氣壓作用所產(chǎn)生的位移與氣壓之間呈線性關(guān)系。線性關(guān)系。彈性支撐元件有：螺旋彈簧和簧片。用于支撐、彈性支撐

8、元件有：螺旋彈簧和簧片。用于支撐、平衡或增強敏感元件的剛度。如幅差彈簧等。平衡或增強敏感元件的剛度。如幅差彈簧等。（2）膜片和膜盒）膜片和膜盒能受能受0197.2kPa氣壓和氣壓和20180 的溫度的溫度位移限制在位移限制在0.3mm左右左右2.節(jié)流元件（阻容元件）節(jié)流元件（阻容元件）（1）節(jié)流元件（氣阻）：限制氣流的流動，以便用它來）節(jié)流元件（氣阻）：限制氣流的流動，以便用它來整定比例度、積分時間、微分時間。整定比例度、積分時間、微分時間。(2)分類分類:恒氣阻：毛細(xì)管、孔板；恒氣阻：毛細(xì)管、孔板；可調(diào)氣阻：針閥、球閥可調(diào)氣阻：針閥、球閥變氣阻變氣阻:圓錐圓錐-圓錐型圓錐型,圓柱圓柱-圓錐型

9、圓錐型,圓球圓球-圓錐型圓錐型.3. 氣體容室：氣體容室：定義定義:儲存或放出氣體儲存或放出氣體,對壓力變化起慣性作用。對壓力變化起慣性作用。分類分類:固定氣容、彈性氣容固定氣容、彈性氣容pm0定氣容定氣容m0p彈性氣容彈性氣容4、噴嘴擋板機構(gòu)、噴嘴擋板機構(gòu)定義：把輸入量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣壓信號輸出。定義：把輸入量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的氣壓信號輸出。（1）噴嘴擋板機構(gòu)的結(jié)構(gòu)）噴嘴擋板機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 將流量和壓力變化轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮夯蛭灰谱兓?，如將流量和壓力變化轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮夯蛭灰谱兓?，如微分環(huán)節(jié)的應(yīng)用。微分環(huán)節(jié)的應(yīng)用。0.150.3mm0.81.2mm擋板遠(yuǎn)離噴嘴時，擋板遠(yuǎn)離噴嘴時，氣流排往大氣，氣流排往大氣，背壓室壓力

10、與大氣背壓室壓力與大氣壓力基本相等。壓力基本相等。當(dāng)擋板緊貼噴嘴口時，當(dāng)擋板緊貼噴嘴口時，背壓室內(nèi)壓力接背壓室內(nèi)壓力接近于氣源壓力。近于氣源壓力。特點：特點：1、擋板處于全關(guān)狀態(tài)，由于漏氣原因，背壓室壓力接、擋板處于全關(guān)狀態(tài)，由于漏氣原因，背壓室壓力接近于氣源壓力；近于氣源壓力；2、擋板全開，背壓室壓力接近于大氣壓力。、擋板全開，背壓室壓力接近于大氣壓力。3、擋板從全關(guān)到全開，噴嘴背壓從接近氣源壓力到趨、擋板從全關(guān)到全開，噴嘴背壓從接近氣源壓力到趨近于零。而且在開始和最后階段緩慢，中間快，特性近于零。而且在開始和最后階段緩慢，中間快，特性曲線上的各點斜率不等。曲線上的各點斜率不等。有放大作用：

11、將幾微米的變化放大到有放大作用：將幾微米的變化放大到0.02-0.1MPa一般采用中間線性段作為工作段。一般采用中間線性段作為工作段。（1）非耗氣式氣動功率放大器）非耗氣式氣動功率放大器進(jìn)氣閥（球閥）：控制氣源來的進(jìn)氣量，進(jìn)氣閥（球閥）：控制氣源來的進(jìn)氣量， 只要有微小位移，只要有微小位移， 進(jìn)氣量就會發(fā)生很大變化。進(jìn)氣量就會發(fā)生很大變化。排氣閥（錐閥）：控制通大氣的通氣量。排氣閥（錐閥）：控制通大氣的通氣量。閥的工作狀態(tài)：閥的工作狀態(tài)：1、錐閥關(guān)閉，球閥打開。、錐閥關(guān)閉，球閥打開。中間氣室中間氣室壓力升高。壓力升高。2、球閥關(guān)閉，錐閥打開。、球閥關(guān)閉，錐閥打開。B室壓力下降。室壓力下降。3、

12、球閥、錐閥都關(guān)閉。、球閥、錐閥都關(guān)閉。B室壓力不變。室壓力不變。5、氣動放大器：非耗氣式和耗氣式、氣動放大器：非耗氣式和耗氣式工作過程：工作過程：1、輸入信號壓力上升，關(guān)閉錐閥，打開球閥，輸出、輸入信號壓力上升，關(guān)閉錐閥，打開球閥，輸出壓力升高。壓力升高。2、輸入信號壓力下降，關(guān)閉球閥，打開錐閥，輸出、輸入信號壓力下降，關(guān)閉球閥，打開錐閥，輸出壓力信號下降。壓力信號下降。3、輸入信號壓力穩(wěn)定為某一數(shù)值時，球閥和錐閥均、輸入信號壓力穩(wěn)定為某一數(shù)值時，球閥和錐閥均處于關(guān)閉狀態(tài)，輸出壓力穩(wěn)定于某一數(shù)值。處于關(guān)閉狀態(tài)，輸出壓力穩(wěn)定于某一數(shù)值。（2）耗氣式功率放大器）耗氣式功率放大器A 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)球閥：控

13、制氣源來的氣量。球閥：控制氣源來的氣量。錐閥：控制排氣量的大小。錐閥：控制排氣量的大小。輸入信號壓力增加，球閥開大，錐閥關(guān)小，輸入信號壓力增加，球閥開大，錐閥關(guān)小，B室壓室壓力升高。反之亦然。在穩(wěn)態(tài)時，總有部分空氣被排力升高。反之亦然。在穩(wěn)態(tài)時，總有部分空氣被排入大氣。入大氣。推力與膜片位移的關(guān)系與擋板噴嘴機構(gòu)串聯(lián)可構(gòu)成與擋板噴嘴機構(gòu)串聯(lián)可構(gòu)成二級氣動放大器二級氣動放大器，實現(xiàn)流，實現(xiàn)流量壓力的放大。量壓力的放大。特點：特點：1、放大器的噴嘴與擋板都暴露在外面，裝配、放大器的噴嘴與擋板都暴露在外面，裝配與調(diào)整較為方便，對中性較好，可得到較好的密封。與調(diào)整較為方便，對中性較好，可得到較好的密封。

14、2、壓力放大倍數(shù)為、壓力放大倍數(shù)為1020。調(diào)整適當(dāng)，可保證儀表。調(diào)整適當(dāng)，可保證儀表具有較高的靈敏度和精度。具有較高的靈敏度和精度。放大環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)反饋環(huán)節(jié)KHPsrPePsc-比較環(huán)節(jié)比較環(huán)節(jié)氣動儀表的組成原理氣動儀表的組成原理放大作用，放大作用，要求較高靈要求較高靈敏度和較高敏度和較高輸出功率輸出功率比較作用，比較作用，輸入和輸出輸入和輸出信號比較信號比較信號的運算作信號的運算作用用1、放大環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)1）噴嘴擋板機構(gòu)）噴嘴擋板機構(gòu)2） 氣動功率放大器氣動功率放大器二級氣動功率放大器二級氣動功率放大器2、反饋環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)1）、節(jié)流分壓器）、節(jié)流分壓器1、節(jié)流分壓器即節(jié)流通室，

15、由可調(diào)氣阻、節(jié)流分壓器即節(jié)流通室，由可調(diào)氣阻RF、流通氣室和、流通氣室和恒氣阻恒氣阻R串聯(lián)。串聯(lián)。 如果氣體密度在氣阻前后保持不變，有如果氣體密度在氣阻前后保持不變，有:P1=RP0/(RF+R)=K*P0K為分壓系數(shù)為分壓系數(shù) 實現(xiàn)的是比例作用規(guī)律，由可調(diào)氣阻實現(xiàn)的是比例作用規(guī)律，由可調(diào)氣阻RF來調(diào)整調(diào)節(jié)來調(diào)整調(diào)節(jié)器的比例帶器的比例帶1/K的大小的大小節(jié)流通室節(jié)流通室：改變改變Rv起著比例調(diào)節(jié)作用，改變起著比例調(diào)節(jié)作用，改變Po起著積分起著積分調(diào)節(jié)作用。調(diào)節(jié)作用。分壓、減壓作用分壓、減壓作用(P1-P2)/Rv=（P2-P3）/Rd=q2）、節(jié)流盲室）、節(jié)流盲室節(jié)流盲室的特性曲線圖節(jié)流盲室的

16、特性曲線圖PPi0.632PiP00Tt 節(jié)流盲室實現(xiàn)的是積分作用規(guī)律，可調(diào)氣阻節(jié)流盲室實現(xiàn)的是積分作用規(guī)律，可調(diào)氣阻R來調(diào)整調(diào)節(jié)器的積分來調(diào)整調(diào)節(jié)器的積分時間。特性是一階慣性環(huán)節(jié)，時間。特性是一階慣性環(huán)節(jié)，T=RC為該環(huán)節(jié)的時間常數(shù)。為該環(huán)節(jié)的時間常數(shù)。3、比例慣性環(huán)節(jié)、比例慣性環(huán)節(jié) 比例慣性環(huán)節(jié)是有彈性氣室、波紋管比例慣性環(huán)節(jié)是有彈性氣室、波紋管E1 、可、可調(diào)氣阻調(diào)氣阻R及連接管路組成。及連接管路組成。 比例慣性環(huán)節(jié)實現(xiàn)微分調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)氣阻比例慣性環(huán)節(jié)實現(xiàn)微分調(diào)節(jié)作用，調(diào)節(jié)氣阻R可整定微分時間?？烧ㄎ⒎謺r間。PsrERPscE1比例慣性環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖比例慣性環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖做做看做做看做做看做做看做做看做做看做做看做做看做做看做做看比例帶越小，比例作用越強；比例帶越大，比例作用越弱。二、氣動比例調(diào)節(jié)器控制的冷卻水溫度控制系統(tǒng)（間接作用式）3、參數(shù)的調(diào)整及故障分析（1）給定值：通過調(diào)整定制彈簧6的預(yù)緊力來實現(xiàn)的。（2）比例作用強弱是通過左右移動反饋波紋管、改變負(fù)反饋強度來實現(xiàn)的。3、參數(shù)的調(diào)整及故障分析（3）常見故障若發(fā)現(xiàn)冷卻水溫度不可控制地升高時，故障的最大可能性是測量波紋管3或其壓力傳輸管路發(fā)生泄露；若發(fā)現(xiàn)冷卻水溫度不可控制地降低時，故障的最大可能性是噴嘴擋板機構(gòu)的恒節(jié)流孔堵塞；若冷卻水的溫度不可控地隨