室外温度控制加热器的控制方式

ⓘ控制与调节

控制指的是通过一个或几个输入值并按规定的规律调制输出值。控制的特征是开环作用过程。

调节是一个连续采集调节量并与控制量进行比较的过程，并不断地实现与调节量的匹配。与控制不同的是调节是一个闭环作用过程，其调节量是连续地自动调制。

在工程中，经常要对如电压、电流、转速或温度进行控制或调度。以图15-1所示的一个房间的采暖为例来说明控制与调节之间的区别。

图15-1所示的加热器的控制指的是通过由室外温度传感器采集的室外温度值（控制参数）来调整阀门位置。控制的缺点是不知道室内温度的下降程度，因而不能对加热器进行调整。

如果输入参数按给定的规律调制输出量，则为控制。输出量不对输入量起反向影响（开环作用过程），即一个干扰量的作用对此是无补偿的。

在图15-1中所示的控制意味着现有的加热器有一个不能补偿的因打开窗户而使室内温度下降的干扰。

小控制相反，调节意味着可以把测得的室内温度与给定的如20℃的理论值进行比较，并根据偏差量通过阀门调节热量输入而形成一个调节量。与控制的区别是，可以识别室内温度下降量并通过提高热量输入进行调节。为了改善调节，则把室外温度与室内温度结合到一起。

15.1.1.1 控制技术专业概念

用图15-2所示的作用图可以清晰地表示出参与控制的单个部件的共同作用。图15-2中的箭头表示控制信号及能流或物流的作用方向。

控制量w。如室外温度的输入量称为控制量w，由控制装置通过室外温度传感器的信号传感器采集。

图15-1 加热器的控制与调节

y—调节量 x—调节量 w—调节参数 ϑ_R—室内温度 ϑ_A—室外温度 w₀—控制参数（理论值，如20℃时）

控制链：参与到控制系统的部件形成一个控制链。控制链由控制装置和控制段（控制环节和线段）组成。

控制装置：控制装置指的是按任务经过控制环节作用到如加热器的线段的控制系统的部件。控制装置产生调节量y。

调节量y：通过控制量的信号处理（连接功能、时间功能或存储功能）以及控制量形成调节量y并放在控制环节上。

控制环节：通过如接到控制段始端的阀门的控制环节构成控制装置与控制段的连接。控制环节影响能流或物流。

线段：如加热器的线段是要控制的物理量的并形成任务量的控制段的部件，如室内温度传感器。

干扰量z：称为干扰量z的干扰量是从外部，如打开的窗户，对控制链产生干扰影响。干扰量影响任务量x_a。

在控制装置的内部有通过进一步分段的具有输入、处理和输出（EVA原理，见图15-3）功能的基本结构。

图15-2 控制作用过程

图15-3 控制装置中的信号处理

15.1.1.2 控制方式

控制系统主要按以下特征进行区分：

1）信息表示法。

2）信号处理。

3）程序执行。

（1）按信息表示方式区分 如图15-4所示，相关到信息表示法的控制分为模拟控制系统、二进制控制系统和数字控制系统。这种区别与信号处理方式有关。

1）模拟控制系统。在信号处理方面以处理模拟信号为主。

2）二进制控制系统。在信号处理方面主要用二进制信号的控制系统。二进制信号是双值的，即其只假定两个信号状态，如0或1，断开或接通，而且不是用数量来表示信息的组成部分。

3）数字控制系统。处理主要以二进制码表示的数字信息的数字信号。

图15-4 按信号处理方式区分的控制系统(www.xing528.com)

（2）按信号处理方式的区分 如图15-5所示，按信号处理方式控制系统分为以下两种：连接控制和过程控制。

1）连接控制系统。在存在由多个信号发生器控制输入信号时，则必须把这些信号进行合拼并考虑到对输出信号的逻辑连接未进行处理。这种控制也称为组合控制，包含有时间特性和存储特性。目前很少见到纯连接控制系统。图15-6所示的连接控制系统是一个过程控制的控制组成部分。连接控制系统用于机器保护装置与安全装置、运行状态的充分利用或闭塞装置和代码转换器。

图15-5 按信号处理方式的控制系统划分

图15-6 连接控制举例

2）过程控制。过程控制是用一个规定的次序进行的单独步工作。在满足此步转接条件时，控制再继续进行一步。转接条件与时间有关，即它是用一个脉冲发生器或时间继电器的定时元器件产生，这也就是所说的时间引导过程控制。

图15-7所示的三相交流电动机的自动星形-三角形控制是一个简单的时间引导过程控制。操作电控器S2，可以开始星形-三角形启动，星形保护继电器被控制，Q1阻止三角形保护继电器Q4启动并促使Q2把电动机以星形接法接到电网中（启动阶段）。Q2接通时间继电器Q4并释放受时间限制的过程步。此步结束后，K1断开星形保护继电器Q1，先通过释放的保护继电器Q1接通三角形保护继电器Q3，电动机以三角形接线运行（运行阶段）。

过程引导的过程控制给控制过程提供了转接条件，并以此形成了一个闭合的作用过程。因为在调节时一样对于与控制量匹配上未使用反馈量，所以按定义仍作为一种控制处理。

例如自动洗涤机就是由过程控制进行控制。如图15-8所示，在输入器中有一个通过由同步电动机驱动的凸轮盘操作的微动开关。通过此驱动使控制为一个时间引起的。另外还有一个附加条件，如自动洗涤机的水位和温度来决定同步电动机是否工作。这种控制不仅为时间引导，而且也与过程有关。如果用微处理机代替电子机构输入器电路，则可获得多种多样的程序以及由此而引起的与过程的良好匹配。

（3）按程序执行方式的区分 把按任务影响控制设备的所有的语句和协议称为程序。这些程序可以通过不同功能元件和连接或作为寄存在存储器中的控制语句顺序来实现。鉴于程序的执行方式，控制分为表15-1中所列的连接编程控制（VPS）和存储器编程控制（SPS）。

图15-7 通过保护继电器的自动星形-三角形控制（时间引导过程控制）

图15-8 自动洗涤机电子机构输入器（过程与时间引导过程控制）

表15-1 程序执行方式

复习题

1.如何理解控制？

2.控制与调节之间存在哪些主要区别？

3.利用作用图揭示控制作用过程。

4.解释以下概念：

a）控制量。

b）调节量。

c）干扰量。

d）控制环节。

5.按什么特征区别控制？

6.过程控制分为哪些方式？

7.鉴于程序执行方式来描述控制。

8.如何理解SPS的概念？

9.解释以下两种存储器之间的区别：

a）只读存储器。

b）随机存取存储器。

10.举出连接编程控制的范例。