恒温水箱的通断控制ppt课件.ppt

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1、1,目录,第1章 绪论恒温水箱通断控制实验第2章 恒温水箱通断控制第1次讨论课：恒温水箱通断控制第3章整体式恒温恒湿机组的控制第2次讨论课：整体式恒温恒湿机组的控制第4章 散热器实验台的控制1、2第3次讨论课： 散热器实验台的控制第5章 空调系统的控制调节1 、2第4次讨论课：空调系统的控制调节第6章 冷热源与水系统的控制1 、2第7章 通信网络技术第8章 建筑自动化系统第5次讨论课：动手操作,第2章 恒温水箱的通断控制,3,主要内容,恒温水箱通断控制器的构成被控对象、传感器、控制器、执行器控制功能的实现方法通断控制下恒温水箱的调节特性恒温水箱的实际控制过程拉氏变换分析方法第1次大作业：恒温水

2、箱通断控制,4,1.恒温水箱通断控制器的构成,被控对象（control plant）：指被控设备或过程。,5,1.恒温水箱通断控制器的构成,传感器（sensor）：测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号金属电阻温度传感器: 铂、铜、镍Pt10, Pt100, Pt1000, Cu50, Cu100线性度好，稳定性好，测量精度高分辨率不高（0.4%/）,6,1.恒温水箱通断控制器的构成,传感器（sensor）：测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号热敏电阻：半导体材料PTC(正温度系数): BaTiO3（钛酸钡）或SrTiO3或PbTiO3，加热元件NTC

3、(负温度系数):锰、钴、镍和铜等金属氧化物，用作温度传感器非线性Rt/R0=expB(1/T-1/273.15) 互换性差，易老化，温度范围-10150分辨率高、灵敏度高-（18%/）、响应速度快,7,1.恒温水箱通断控制器的构成,控制器（controller）：接受传感器发出的被控对象的状态信息，经过处理，输出控制命令PLC (Programmable Logic Controller)DDC (Direct Digital Controller),PLC: from left to right; power supply, controller, relay units for in- a

4、nd output,DDC,8,1.恒温水箱通断控制器的构成,执行器（actuator）：驱动机械或系统实现对控制对象进行调节的装置。继电器 加热器,9,1.恒温水箱控制功能的实现方式,水银触点温度计控制双金属片温度控制器,10,1.恒温水箱控制功能的实现方式,电子电路控制,11,1.恒温水箱控制功能的实现方式,基于计算机的控制,12,2.通断控制下恒温水箱的调节特性,基本概念回差（滞后误差 Hysteresis error）：在全范围内，同一输入所对应的上、下行输出之间的差值。通断控制回差：启动或停止调节装置时的被控参数与设定值之间的差值。,13,2.通断控制下恒温水箱的调节特性,基本概念超

5、调（Overshoot）: In control theory, overshoot refers to an output exceeding its final, steady-state value.静态误差（静差，稳态误差，steady-state error）：静态下输出量的期望值与输出量的实际值之间的差。,14,2.通断控制下恒温水箱的调节特性,基本概念,15,2.通断控制下恒温水箱的调节特性,水温的变化范围是多少？水温波动的周期是多少？水温达到稳定状态时平均水温等于设定温度？,16,2.通断控制下恒温水箱的数学模型,加热量,17,2.通断控制下恒温水箱的数学模型,水箱的简化模型忽

6、略传感器、加热器的惯性水箱内的水温均匀一致,通解:,加热器全开时：,加热器全关时：,18,2.通断控制下恒温水箱的数学模型,讨论：通断周期,回差为tc时:,时:,，最大可能温升,时间常数：c/U通断周期由Q0/Utc决定,19,2.通断控制下恒温水箱的数学模型,讨论：平均水温tm,达到稳定状态的平均水温为设定温度：无静差,20,2.通断控制下恒温水箱的数学模型,讨论：,时:,升温时间:,升温时间降温时间,降温时间:,时:,21,2.通断控制下恒温水箱的数学模型,讨论：,时:,升温时间:,降温时间:,升温时间降温时间,时:,22,2.通断控制下恒温水箱的调节特性总结,时，通断周期最短,可实现的温

7、度范围：,通断周期与c/U成正比，与Q0/Utc有关，Q0/Utc 越大，周期越短,通断周期范围：,时，通断周期最长,23,3. 恒温水箱的实际控制,温度传感器惯性的影响,传感器感知的温度是水温历史变化以 为权的积分反映当前时刻以前35个时间常数内的温度变化Ts/T很小时，可以忽略传感器惯性的影响传感器的惯性使得加热时上超调，降温时下超调传感器的惯性可通过修正回差来补偿,：传感器的时间常数,3. 恒温水箱的实际控制,执行器惯性的影响继电器开/关的延迟电加热器的惯性传感器、执行器惯性近似为纯延时作用实际回差：,3. 恒温水箱的实际控制,水箱温度的不均匀性的影响纵向的温度分布横向的温度分布传感器位

8、置的设置方法,4. 拉普拉斯变换的分析方法,拉普拉斯变换的定义拉普拉斯反变换,4. 拉普拉斯变换的分析方法,常用函数的拉普拉斯变换单位阶跃函数,4. 拉普拉斯变换的分析方法,常用函数的拉普拉斯变换指数函数,4. 拉普拉斯变换的分析方法,常用函数的拉普拉斯变换正弦、余弦函数,4. 拉普拉斯变换的分析方法,拉普拉斯变换的主要定理叠加定理 （1）齐次性 设 ，则（2）叠加性 设 ， ，则,4. 拉普拉斯变换的分析方法,拉普拉斯变换的主要定理微分定理 设 ，则 式中f(0)为函数f(t) 在t=0时刻的值，即初始值。 各阶微分的拉氏变换：,4. 拉普拉斯变换的分析方法,拉普拉斯变换的主要定理积分定理

9、设 ，则 式中f(-1)(0)为函数f(t)dt 在t=0时刻的值。 多重积分的拉氏变换：,4. 拉普拉斯变换的分析方法,拉普拉斯变换的主要定理初值定理 原函数的初值等于s乘以象函数的终值。终值定理原函数的终值等于s乘以象函数的初值。,4. 拉普拉斯变换的分析方法,恒温水箱的拉氏变换分析恒温水箱的状态方程,4. 拉普拉斯变换的分析方法,恒温水箱的拉氏变换分析恒温水箱的状态方程,4. 拉普拉斯变换的分析方法,恒温水箱的拉氏变换分析恒温水箱的状态方程,4. 拉普拉斯变换的分析方法,恒温水箱的拉氏变换分析传递函数 （transfer function）： 零初始条件下线性系统响应（即输出）量的拉普拉斯变换（或z变换）与激励（即输入）量的拉普拉斯变换之比。记作G（s）=Y（s）/U（s），其中Y（s）、U（s)分别为输出量和输入量的拉普拉斯变换。,4. 拉普拉斯变换的分析方法,恒温水箱的拉氏变换分析基于传递函数的计算框图,4. 拉普拉斯变换的分析方法,恒温水箱的拉氏变换分析恒温水箱的传递函数框图,5.第1次大作业：恒温水箱通断控制,实验结果分析搭建Simulink模型，模拟水箱控制过程建立分层水箱模型，模拟分析传感器、加热器位置的影响大作业报告30页，3月17日17:00前交,