中央空调怎么用自动控制常用术语都是什么意思?例如:被控变量,控制变量,偏差等等

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中央空调自动控制常用术语收藏
中央空调自动控制是相对于人工操控而言的,任何电器设备或电力系统的产品经过了一定时间的积淀,挨过了初期的发展阶段,需要上升到另一个发展时期时,那么自动化是必然的结果。说白了,自动控制就是脱离了工作人员的的直接操控,所有的控制工作均由机械设备来代劳。柯伊梅尔就来给你介绍一下中央空调自动控制常用术语
中央空调自动控制-被控变量
被控变量是指被控对象要求保持恒定的或按一定规律变化的物理量,也称被控参数或被控制量。被控制量是过程的输出变量,在控制过程中,通常用来定量表示控制目标。所选择的被控变量应对控制目标有直接的影,且与控制变量之间的传递函数比较简单,动态和静态特性较好。
中央空调自动控制-控制变量
中央空调自动控制的控制变量是指可为操作者或控制机构调节的变量,也称操作变量或操纵变量。控制变量是过程的输入变量,是控制过程中克服干扰的影响、使系统重新稳定运行的因素。所选择的控制变量应对相应的被控变量有直接的影响,而对其他输出变量的影响应尽可能的小。
中央空调自动控制-偏差
中央空调自动控制的偏差指的是被控变量的实际值与给定值之差。偏差又分为静态偏差和动态偏差两种。静态偏差是指过渡过程终了时,被控变量的稳定值与给定值之差;动态偏差是指过渡过程中被控变量偏离给定值的最大值。
中央空调自动控制-反馈
把输出信号送回到输入端并与输入信号相比较的过程,称为反馈。反馈分为正反馈和负反馈。反馈信号与输入信号的相位相反,使输入信号减弱的过程,称为负反馈,其结果是使偏差减小。反馈信号与输入信号的相位相同,使输入信号增强的过程,称为正反馈,其结果是使偏差进一步放大。
中央空调自动控制-被控对象自平衡
如果被控对象在扰动作用下偏离了原来的平衡状态,在没有外部干预的情况下,被控变量依靠被控对象内部的反馈机理,能自行达到新的平衡状态,则称这类对象是有自平衡能力的被控对象。
自动控制技术是对人力操作功能的一种延伸与扩展,它意义重大的原因在于它使人操作机械转换成了机械控制机械的生产模式,可以说是质的飞跃。正是这种科技的不断进步,才使中央空调的功能越来越强大。
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当今的闭环都是基于的概念以减少不确定性。反馈理论的要素包括三个部分:测量、比较和执行。测量关心的是被控的实际值,与期望值相比较,用这个偏差来纠正系统的响应,执行调节控制。在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件,由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。这个理论和应用的关键是,做出正确的测量和比较后,如何才能更好地纠正系统。PID((proportion)、(integration)、(differentiation))控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史,现在仍然是应用最广泛的工业控制器。简单易懂,使用中不需精确的等先决条件,因而成为应用最为广泛的控制器。PID由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为u(t)=kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt] 式中积分的上下限分别是0和t因此它的传递函数为:G(s)=U(s)/E(s)=kp[1+1/(TI*s)+TD*s]其中kp为比例系数; TI为积分时间常数; TD为微分时间常数应用领域工业控制器作&&&&用测量和比较,纠正系统
它由于用途广泛、使用灵活,已有系列化产品,使用中只需设定三个参数(Kp, Ti和Td)即可。在很多情况下,并不一定需要全部三个单元,可以取其中的一到两个单元,但比例是必不可少的。
首先,PID应用范围广。虽然很多工业过程是非线性或时变的,但通过对其简化可以变成基本线性和动态特性不随时间变化的系统,这样PID就可控制了。
其次,PID参数较易整定。也就是,PID参数Kp,Ti和Td可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化,例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化,PID参数就可以重新整定。
第三,PID控制器在实践中也不断的得到改进,下面两个改进的例子。
在工厂,总是能看到许多回路都处于手动状态,原因是很难让过程在“自动”模式下平稳工作。由于这些不足,采用PID的工业控制系统总是受产品质量、安全、产量和能源浪费等问题的困扰。PID参数自整定就是为了处理PID参数整定这个问题而产生的。现在,自动整定或自身整定的PID控制器已是工业和分散控制系统的一个标准。
在一些情况下针对特定的系统设计的PID控制器控制得很好,但它们仍存在一些问题需要解决:
如果自整定要以模型为基础,为了PID参数的重新整定在线寻找和保持好过程模型是较难的。闭环工作时,要求在过程中插入一个测试信号。这个方法会引起扰动,所以基于模型的PID参数自整定在工业应用不是太好。
如果自整定是基于控制律的,经常难以把由负载干扰引起的影响和过程动态特性变化引起的影响区分开来,因此受到干扰的影响控制器会产生超调,产生一个不必要的自适应转换。另外,由于基于控制律的系统没有成熟的稳定性分析方法,参数整定可靠与否存在很多问题。
因此,许多自身整定参数的PID控制器经常工作在自动整定模式而不是连续的自身整定模式。自动整定通常是指根据开环状态确定的简单过程模型自动计算PID参数。
PID在控制非线性、时变、耦合及参数和结构不确定的复杂过程时,工作得不是太好。最重要的是,如果PID控制器不能控制复杂过程,无论怎么调参数都没用。
虽然有这些缺点,但简单的PID控制器有时却是最好的控制器。目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。同时,控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和理论三个阶段。智能控制的典型实例是模糊等。可分为开环控制系统和。一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、、输入输出接口。控制器的输出经过输出接口、执行机构,加到上;控制系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。不同的控制系统,其传感器、变送器、执行机构是不一样的。比如要采用压力传感器,电加热控制系统的传感器是温度传感器。目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的(PLC),还有可实现PID控制的PC系统等等。可编程控制器(PLC) 是利用其闭环控制模块来实现PID控制,而可编程控制器(PLC)可以直接与ControlNet相连,如Rockwell的PLC-5等。还有可以实现 PID控制功能的控制器,如Rockwell 的Logix产品系列,它可以直接与ControlNet相连,利用网络来实现其功能。开环控制系统(open-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输入没有影响。在这种控制系统中,不依赖将被控量返送回来以形成任何闭环回路。闭环控制系统(closed-loop control system)是指被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输入,形成一个或多个闭环。闭环控制系统有正反馈和负反馈,若反馈给定值信号相反,则称为负反馈( Negative Feedback),若极性相同,则称为正反馈,一般闭环控制系统均采用负反馈,又称负反馈控制系统。闭环控制系统的例子很多。比如人就是一个具有负反馈的闭环控制系统,眼睛便是传感器,充当反馈,人体系统能通过不断的修正最后作出各种正确的动作。如果没有眼睛,就没有了反馈回路,也就成了一个开环控制系统。另例,当一台真正的全自动洗衣机具有能连续检查衣物是否洗净,并在洗净之后能自动切断电源,它就是一个闭环控制系统。阶跃响应是指将一个阶跃输入(step function)加到系统上时,系统的输出。稳态误差是指系统的响应进入稳态后,系统的期望输出与实际输出之差。控制系统的性能可以用稳、准、快三个字来描述。稳是指系统的稳定性(stability),一个系统要能正常工作,首先必须是稳定的,从阶跃响应上看应该是收敛的;准是指控制系统的准确性、控制精度,通常用稳态误差(Steady-state error)来描述,它表示系统输出稳态值与期望值之差;快是指控制系统响应的快速性,通常用来定量描述。PID是工业生产中最常用的一种控制方式,PID调节仪表也是工业控制中最常用的仪表之一,PID 适用于需要进行高精度测量控制的系统,可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数。
PID参数自整定控制仪可选择外给定(或阀位)控制功能。可取代伺服放大器直接驱动执行机构(如阀门等)。PID外给定(或阀位)控制仪可自动跟随外部给定值(或阀位反馈值)进行控制输出(模拟量控制输出或继电器正转、反转控制输出)。可实现自动/手动无扰动切换。手动切换至自动时,采用逼近法计算,以实现手动/自动的平稳切换。PID外给定(或阀位)控制仪可同时显示测量信号及阀位反馈信号。
PID光柱显示控制仪集数字仪表与模拟仪表于一体,可对测量值及控制目标值进行数字量显示(双LED数码显示),并同时对测量值及控制目标值进行相对模拟量显示( 双光柱显示),显示方式为双LED数码显示+双光柱模拟量显示,使测量值的显示更为清晰直观。
PID参数自整定控制仪可随意改变仪表的输入信号类型。采用最新无跳线技术,只需设定仪表内部参数,即可将仪表从一种输入信号改为另一种输入信号。
PID参数自整定控制仪可选择带有一路模拟量控制输出(或开关量控制输出、继电器和可控硅正转、反转控制)及一路模拟量变送输出,可适用于各种测量控制场合。
PID参数自整定控制仪支持多机通讯,具有多种标准串行双向通讯功能,可选择多种通讯方式,如RS-232、RS-485、RS-422等,通讯波特率300~9600bps 仪表内部参数自由设定。可与各种带串行输入输出的设备(如电脑、可编程控制器、PLC 等)进行通讯,构成管理系统。
1.PID常用口诀:
参数整定找最佳,从小到大顺序查
先是比例后积分,最后再把微分加
曲线振荡很频繁,比例度盘要放大
曲线漂浮绕大弯,比例度盘往小扳
曲线偏离回复慢,积分时间往下降
曲线波动周期长,积分时间再加长
曲线振荡频率快,先把微分降下来
动差大来波动慢。微分时间应加长
理想曲线两个波,前高后低4比1
一看二调多分析,调节质量不会低
2.PID控制器参数的工程整定,各种调节系统中P.I.D参数经验数据以下可参照:
温度T: P=20~60%,T=180~600s,D=3-180s
压力P: P=30~70%,T=24~180s,
液位L: P=20~80%,T=60~300s,
流量F: P=40~100%,T=6~60s。[1]在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,控制理论的其它技术难以采用时,系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得时,最适合用PID控制技术。PID控制,实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(Steady-state error)。在积分控制中,控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差,在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(PI)控制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差。在微分控制中,控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。这就是说,在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的控制器,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。PID控制器的参数整定是的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
PID控制器参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改。二是工程整定方法,它主要依赖工程经验,直接在控制系统的试验中进行,且方法简单、易于掌握,在工程实际中被广泛采用。
PID控制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照工程对控制器参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。现在一般采用的是临界比例法。
利用该方法进行 PID控制器参数的整定步骤如下:
(1)首先预选择一个足够短的采样周期让系统工作;
(2)仅加入比例控制环节,直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡,记下这时的比例放大系数和临界振荡周期;
(3)在一定的下通过公式计算得到PID控制器的参数。
此条应该不属于大的,抽象的PID控制理论的内容了,而是PID理论的具体应用。变频器的 PID 功能是利用目标信号和反馈信号的差值来调节输出频率的,一方面,我们希望目标信号和反馈信号无限接近,即差值很小,从而满足调节的精度:另一方面,我们又希望调节信号具有一定的幅度,以保证调节的灵敏度。解决这一矛盾的方法就是事先将差值信号进行放大。比例增益 P 就是用来设置差值信号的放大系数的。任何一种变频器的参数 P 都给出一个可设置的数值范围,一般在初次调试时, P 可按中间偏大值预置.或者暂时默认出厂值,待设备运转时再按实际情况细调。如上所述.比例增益 P 越大,调节灵敏度越高,但由于传动系统和控制电路都有惯性,调节结果达到最佳值时不能立即停止,导致“超调”,然后反过来调整,再次超调,形成振荡。为此引入积分环节 I ,其效果是,使经过比例增益 P 放大后的差值信号在积分时间内逐渐增大 ( 或减小 ) ,从而减缓其变化速度,防止振荡。但积分时间 I 太长,又会当反馈信号急剧变化时,被控物理量难以迅速恢复。因此, I 的取值与拖动系统的时间常数有关:拖动系统的时间常数较小时,积分时间应短些;拖动系统的时间常数较大时,积分时间应长些。微分时间 D 是根据差值信号变化的速率,提前给出一个相应的调节动作,从而缩短了调节时间,克服因积分时间过长而使恢复滞后的缺陷。D 的取值也与拖动系统的时间常数有关:拖动系统的时间常数较小时,微分时间应短些;反之,拖动系统的时间常数较大时, 微分时间应长些。PID 参数的预置是相辅相成的,运行现场应根据实际情况进行如下细调[2]:被控物理量在目标值附近振荡,首先加大积分时间 I ,如仍有振荡,可适当减小比例增益 P。被控物理量在发生变化后难以恢复,首先加大比例增益 P ,如果恢复仍较缓慢,可适当减小积分时间 I ,还可加大微分时间 D。这在IEEE《控制系统》杂志上有综述,可由格拉斯哥大学CAutoD网站[2]免费下载改善PID微分和积分的方法及:
Y Li, KH Ang, GCY Chong, Patents, software, and hardware for PID control: An overview and analysis of the current art, Control Systems, IEEE, 26(1),42-54。
上文给出了在一般情况下比例、积分、微分控制器三项各系数对各项性能指标的影响:
Effects of
(on) Rise Time
Settling time
Steady-state error
Decrease ↓
Increase ↑
Small Increase ↗
Decrease ↓
Degrade ↓
Small Decrease ↘
Increase ↑
Increase ↑
Large Decrease ↓↓
Degrade ↓
Small Decrease ↘
Decrease ↓
Decrease ↓
Minor Change →
Improve ↑
还警告了特定情况下增加Kd会反过来削弱稳定性。
新手上路我有疑问投诉建议参考资料 查看空调自控基本知识 日11:38 来源:慧聪空调制冷网|&&&&(一)基本概念
&&&&自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统,以代替人的手动操作,去调节空调参数,使之维持在给定数值上,或是按给定的规律变化,从而满足空调房间的要求。现在国内自动控制采用的方法,都是先测出调节参数对给定值的偏差,然后根据这个偏差,经控制系统的调节,消除干扰的影响,使调节参数再回到给定值(或允许范围)。
&&&&(二)自动控制系统的组成
&&&&目前空调自动控制系统多采用电动调节。这样的控制系统可由下面所示方块图表示:
自动控制系统方块图
&&&&由于外扰的作用,调节对象的调节参数发生变化,经敏感元件测量并传送给控制机构(调节器),调节器根据调节参数对给定值的偏差,指令执行机构使调节机构动作,去调节调节对象的负荷,使调节参数回到原来的给定值。在给执行机构供电的主电路上,为使调节稳定,常装有通断机构,以便对执行机构间断供电。
&&&&(三)自动调节常用术语
&&&&1.调节参数(也叫被调参数)
&&&&需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数,叫做调节参数。空调中的调节参数主要是温度、湿度、压力,还有水位等等。
&&&&2.给定值(也叫定值值)
&&&&就是根据需要给调节参数预先规定的不变值或波动范围,叫做给定值。例如规定维持房间温度为23±0.5℃,这个数值(即波动范围22.5~23.5℃)就是室温调节系统的给定值(范围)。
&&&&3.偏差
&&&&调节参数的实际数值同给定值之间的差值,叫做偏差。例如,规定控制温度(给定值)为20℃,而实际却是21℃,它们相差的1℃即为偏差。
&&&&4.扰动
&&&&能引起调节参数产生偏差的因素,叫做扰动或干扰。空调中引起空调房间温度变化的因素,象室外温度变化、送风温度变化以及室内余热变化等等,都是室温的扰动。自动调节的作用,也正是为消除扰动的影响,使调节参数恒定或在要求范围内。
&&&&5.调节对象
&&&&需要维持调节参数的数值不超过给定的变化限度的地方,就叫做调节对象。在空调中,需要调节空气参数的各个环节都是调节对象,如恒温室,喷水室出口、二次加热器之后等等。
&&&&6.敏感元件
&&&&测量和反映调节参数大小的部件,叫做敏感元件。空调中主要是感温元件,即测量温度的设备,象热电阻等。此外还有感湿元件、压力测量元件和水位指示设备等。
&&&&7.调节器
&&&&接受敏感元件的信号并指令执行机构动作的二次仪表或装置,统称调节器。
&&&&8.执行机构
&&&&接受控制机构(调节器)的指令并驱使调节机构动作的设备,叫做执行机构。比如接触器、和调压器等等。
&&&&9.调节机构
&&&&直接影响和调节被调参数的机构,叫做调节机构。比如电加热器、双通三通水阀、等等。
&&&&(四)调节对象的特性
&&&&调节对象是自动调节系统的服务对象。它的特性如何,直接影响到自动调节系统的效果。这些特性是;
&&&&1.对象的负荷
&&&&当调节过程处于稳定状态时,在单位时间内流入或流出调节对象的能量,叫做调节对象的负荷。比如,当空调房间的空气温度保持恒定时,单位时间流入或流出空调间的热量,就是空调间的负荷。这时流出的热量和流入的热量相平衡。
&&&&由于外扰的作用,将引起对象负荷的变化(比如对于空调间来说,由于室外温度的变化,便改变了它向室外的散热量),从而破坏了原来的能量平衡状态,引起调节参数的变化,于是调节过程便开始,以改变对象的输入或输出能量,使能量达到新的平衡,令调节参数回到给定值。可见调节对象负荷的变化情况,直接牵涉到对自动调节系统的要求。如果对象的负荷变化速度相当急剧,那么就要求自动调节系统具有较高的灵敏度,能够在调节参数偏差很小时就开始调节动作,以便迅速恢复平衡。反之,对自动调节系统灵敏度的要求就不一定那样高。一般空调对象负荷变化是比较缓慢的。
&&&&2.对象的传递系数
&&&&对象的负荷每变化一个单位能量时,引起调节参数相应的变化量,称为传递系数,以K表示。例如,喷水室的传递系数是指在一定喷水量和风量下,喷水温度每变化1℃时引起露点温度的变化,水加热器的传递系数是指热水温度变化l℃时通过它的空气温度变化值,恒温室的传递系数是指在一定送风量下,送风温度变化1℃时引起室温(一般指控制点)的变化值。综合以上所述就是,假设在对象负荷的温度变化为Δθf时,引起对象的温度变化为Δθ,则K=(Δθ)/(Δθf)。传递系数K值小,当扰动破坏平衡状态时,调节参数离开给定值的偏差小,自动调节系统就容易保持平衡,反之,传递系数大,调节参数离开给定值的偏差大,调节对象不易保持平衡。
&&&&3.对象的时间常数(也叫反应时间)
&&&&它表示当调节对象的负荷发生最大变化时,调节参数保持初始的变化速度,使其值改变到规定数值所需的时间,以T表示。反应时间的倒数叫对象的灵敏度,它的意思是当调节对象的负荷产生最大变化时,调节参数的变化速度。它们表示了当调节对象的负荷发生变化时,引起调节参数变化速度的快慢,反应时间长(灵敏度小)表示即使热量变化(扰动)很大,温度也只能是很缓慢的变化,反之,反应时间短(灵敏度大),表示室温的变化速度快,热惯性小。
&&&&在空调中对象的时间常数T是这样确定的,即对象的冷热负荷从某稳定值突然改变(阶跃)到某稳定值,调节参数――温度从原稳定值起达到负荷阶跃后最后稳定值的63.2%时的时间。
&&&&4.对象的滞后(也叫延迟)
&&&&当对象的负荷变化时,调节参数并不能立即随着变化,而是延迟一个时间后才开始变化,这段时间称为滞后时间,以τ表示。比如空调系统中,电加热器刚接通,空调房间控制点的温度不会马上上升,而要经过一段时间(在这段时间内进行热量输送和空气混合等)才开始上升。
&&&&调节对象的滞后,对于调节过程产生不利影响,它将降低调节系统的稳定性,增大调节参数的偏差,拖长调节时间。
调节对象的飞升变化曲线
&&&&综上所述,比较理想的调节对象是负荷变化要小,传递系数要小些,滞后时间短些。
&&&&(五)调节器的特性
&&&&调节器在自动调节系统中,象人的大脑一样,它负责接受信号并发出动作命令。它有以下主要特性:
&&&&1.调节范围
&&&&指的是调节器的工作范围,即调节器能在调节参数从某值到某值的范围内工作,一般即表盘刻度值。
&&&&2.精度等级
&&&&它代表仪表自身所产生的基本误差,是指仪表在正常工作条件下可能发生的最大绝对误差Δx(仪表读数与被测量的实际值之差),与仪表额定值XH(表盘最大刻度值即满标值)的百分比。有两种表示方法,一种是用百分数表示,比如说某表精度为1%,一种是以百分数中的数字表示,即把1%称为1级表,0.5%称为0.5级表等等。显然数字越小表示仪表误差越小。
&&&&由于仪表误差Δx出现的位置不定,所以测量数字愈小误差愈大。比如某一个1级表,其温度测量范围为0~50℃,那么它可能出现的最大误差Δx=50×1%=±0.5℃,这说明测量0~50℃时均可能出现0.50℃的误差,显然测量0℃时其误差为0.5℃,要比测量50℃时出现0.50℃的误差大得多。因此为充分利用仪表的准确度,提高测量精度,选仪表时应尽量采用小量程的仪表,或使仪表经常测量范围在其全量程的1/2以上。
&&&&3.不灵敏区(呆滞区)
&&&&不能引起调节动作的调节参数对给定值的偏差区间,如图所示。一般都是以对满刻度的百分数表示,比如刻度为0~50℃的调节器,其不灵敏区为0.5%,那么该调节器不灵敏区的温度值为50×0.5%=0.25℃,它表示实际温度在给定值附近0.25℃这个偏差区间内时,调节器没有输出动作讯号。显然不灵区愈小仪表愈灵敏。
仪表不灵敏区
&&&&4.调节器的滞后
&&&&当调节对象中安装测量元件处的调节参数开始变化时,一般要经过一段时间后调节器才使调节机构相应的动作,这段时间就是调节器的滞后。调节器的滞后
&&&&将引起自动控制系统的滞后。
&&&&5.反馈
&&&&为了保证自动调节系统的稳定性,把调节机构(或调节器的输出量)的某些量返回来对调节器起作用,就叫做反馈。如果调节参数对给定值产生偏差时,反馈作用使偏差信号减弱,叫做负反馈,反之,如果反馈作用使偏差信号增大,叫做正反馈。正反馈可以增大调节器的放大倍数,负反馈用来提高自动调节系统(或调节器)的稳定性。调节器一般都采用负反馈来调节调节器的品质,以提高调节的稳定性。
&&&&(六)调节器的种类
&&&&由于工业参数种类繁多,所以调节器的种类也很多。空调中多采用位式调节器,比例调节器和比例积分微分调节器。简述如下;
&&&&1.两位式调节器
&&&&两位式调节器的动作特点是:当调节参数产生偏差时,它输出信号只能使执行机构通或断,从而带动调节机构全开或全关,调节参数经常在上下两个极限之间波动。所以它一般常用于允许调节参数有一定波动、反应时间长、滞后时间小,负荷变动不频繁的调节对象,比如用于室温调节。
&&&&为了改善两位式调节的品质,空调中还采用三位式调节器,实际就是两个双位调节环节组成下上限定值,进行三位调节。它比两位式偏差小。
&&&&空调自动调节系统中采用的调节器,绝大部分是位式调节器。例如XCT―102、112、122,自动平衡电桥各系列中均有。
&&&&2.比例调节器
&&&&比例调节在各种连续调节作用中,是一种基本的调节方式。它的特点是,当调节参数与给定值产生偏差时,调节器按偏差的大小和方向,发出与偏差成比例的信号,不同的偏差相应有不同的调节机构位置。就是说,当调节参数偏离给定值时,调节机构便移到一个新位置,偏差消除后,调节机构又回到原始位置。调节机构的动作仅仅与偏差大小有关,而与调节参数的变化速度和偏差存在的时间没有关系。
&&&&比例调节器的调节速度快、稳定性好,一般不发生“振荡过程”,调节参数能稳定下来。但它调节终了,调节参数不能回到原来的给定值上,而存在一个剩余偏差,称为静差。这是因为这种调节器的偏差值与调节机构的位置成比例关系,当对象负荷发生变化时,调节机构必须改变相应的位置来调节负荷的流入量或流出量,使之达到新的平衡状态,而调节器的给定值,可以看做只是调节对象在某个给定负荷下的给定值,当对象的负荷在新的平衡状态下,这时的调节参,数并不一定是给定值(除非这时的负荷平衡状态正好是调节参数为给定值时之平衡状态),所以它们二者便存在一个差值。
&&&&“比例带”是比例调节器的主要特性。它的意思是:使调节机构从全关(全开)到全开(全关)所需产生调节参数变化的百分数,以P表示。或者说,和果把调节器的全量程(从起始值到满标值)作为100%时,使调节机构产生全程动作(从全开到全关,或从全关到全开)所需要调节参数变化的百分数。例如一个温度调节器的全量程为0―50℃,现在将给定值定在20℃,如果当温度升到21.5℃时就可以使调节热媒的全关,当温度下降到18.5℃时阀门就全开,即是说温度有21.5―18.5=3℃的变化,就使门产生全程动作,这个调节器的比例带为:
&&&&P=(21.5-18.5)/(50-0)=6%
&&&&上述“比例带”指的是相对值,有时用“准比例带”表示,指的是绝对值,即指调节参数变化某值时,使调节机构产生全程动作,则此调节参数值就为“准比例带”。例如,若被调温度变化1℃时,正好使门从全开(全关)变化到全关(全开),则称其准比例带为1℃。象上例,比例带为6%,准比例带则为3℃。
&&&&调节器的比例带一般都是可调的。比例带的宽窄(大小),表示调节机构动作的快慢,比例带愈窄,对调节参数变化的反应愈灵敏,调节器动作愈灵敏,静差也小,但系统的稳定性变坏,如当P&1%时,实际就是一个两位式调节器。反之,比例带愈宽,对调节参数变化的反应灵敏度减低,静差增大。
&&&&3.比例积分微分调节器(PID调节器)
&&&&比例积分微分调节器是比例、积分、微分三种调节的组合体。前面已经介绍了比例调节的特点,就是调节机构的位置与调节参数的偏差值保持比例关系,调节稳定后存在静差。下面我们来介绍积分、微分调节的特点。
&&&&积分调节的特点是:调节机构的移动速度与调节参数的偏差成比例,偏差越大,调节机构的移动就越快。同时它的动作是积累的,偏差存在越久,它的移动量就越大。只要有。偏差存在,调节机构就继续移动,直到偏差消除为止。这时调节机构可以在保持系统平衡的任何位置上。所以,积分作用不但与偏差值的大小有关,而且与偏差存在的时间有关。调节信号是偏差信号按时间的叠加(积分),因此称为积分作用。
&&&&“积分时间”(以TI表示)是积分调节的主要特性。含义是:当调节参数最初产生最大的偏差,而积分调节设备以不变的最初的恢复速度,使调节参数重新恢复到给定值所需的时间。积分时间短表示积分作用强度大,可以在较短时间内使调节过程趋于稳定,尽快消除偏差。反之,积分时间长,使调节过程稳定需要的时间长,消除偏差慢。
&&&&积分调节的优点是不存在静差,可以在负荷变化时维持调节参数在给定值上。但稳定性差,在调节过程中容易使调节参数产生波动,动偏差较大。
&&&&微分调节的特点是:调节机构的位置与调节参数的变化速度成比例。即它只受偏差变化的影响。当偏差值不变化时(即调节参数稳定在某值时),不管偏差值的大小和存在的时间都不引起微分作用。所以微分作用只阻止调节参数的一切变化。当调节参数在较大扰动下发生突然而又剧烈的变化时,微分元件会立即产生一个较大的校正动作,这样似乎有一种预先调节的作用。
&&&&微分作用的大小以“微分时间”(以TD表示)来衡量。它的含义是:在调节参数产生等速变化的情况下,比例调节作用使调节机构移动某一距离所需要的时间,与比例微分组合调节使调节机构移动同样距离所需时间之差,叫做“微分时间”。也就是说,经过时间TD之后,由比例作用产生的调节信号才和比例微分联用产生的调节信号相等。可见比例微分调节比纯比例调节提前TD时间发出调节信号。微分时间大,表示其作用强烈。反之,微分时间小,表示微分作用弱。微分作用可以缩短过渡过程和减小动差。但因为它不能消除偏差,所以微分作用不能单独使用,而是同比例积分等组成联合动作的调节器。
&&&&用上述不同调节规律的元件,即可组成各种调节器。比如比例积分调节器(PI调节器)、比例积分微分调节器(PID调节器)等。PID调节器是用积分调节消除静差,用微分调节来缩短过渡过程和减小动差。是动作比较完整的调节器。
&&&&由于调节器的调节规律不同,因此必须与所服务调节对象的特性相适应,这样才会得到好的调节效果。
&&&&(七)对自动调节系统的要求
&&&&在自动调节系统中,当由于扰动使调节对象的平衡状态被破坏时,经调节作用使调节对象过渡到新的平衡状态。从一个旧的平衡状态转入一个新的平衡状态所经历的过程,叫做过渡过程,如图。这段时间内。当时间在t0以前,调节参数等于给定值,调节对象处于平衡状态。在t0末突然受扰动,平衡被破坏,调节参数x开始升高,逐渐达到最大值xd,由于调节器的调节作用,x开始返向给定值,但是调节参数不能一下子就平息下来,经过两次反复后,最后达到新的平衡状态。这时调节参数与给定值之差为Δ。
调节过程示意图
&&&&所以,对过渡过程的基本要求是能在较短的时间内,使调节参数达到新的平衡。此外,还有以下调节质量指标;
&&&&1.静差:自动调节系统消除扰动,从原来的平衡状态过渡到新的平衡状态时,调节参数的新稳定值对原来给定值之。偏差,叫做静差(如图中的Δ)。静差当然愈小愈好。它的大小由调节器决定,象比例调节器有静差,而PID调节,器就不存在静差。
&&&&2.动态偏差:过渡过程中,调节参数对新的稳定值的最大偏差值,叫做动态偏差(如图中的xd)。动态偏差常是第一次出现的超调。当然也是动态偏差愈小愈好。
&&&&3.调节时间:调节系统从原来的平衡状态过渡到另一个新的平衡状态所经历的时间,叫做调节时间。显然调节时间短好。
&&&&以上三项指标根据要求不同而定。对于一般精度恒温室的自动调节系统,要求动差和静差不超过恒温精度(刚开车时除外)。例如室温要求23±1℃,那么它们一定要小于1℃,而且过渡过程要短。责任编辑:杨昕艳
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