Теория автоматического регулирования теплоэнергетических процессов : лабораторный практикум

УДК 621.1:681.51(076.58)
ББК 32.965я73
 
Н19

Рец енз ент ы: кафедра автоматизации производственных процессов и 
электротехники УО «Белорусский государственный технологический университет» (
кандидат технических наук, доцент О.Г. Барашко; заведующий 
кафедрой кандидат технических наук Д.С. Карпович); старший преподаватель 
кафедры «Промышленная теплоэнергетика и экология» УО «Гомельский 
государственный технический университет имени П.О. Сухого» В.В. Кисе-
левич

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее части 
не может быть осуществлено без разрешения издательства. 

ISBN 978-985-06-3195-4 
©  Назаров В.И., Павловская А.А., 
Ракевич С.И., 2020
 
©  Оформление. УП «Издательство 
“Вышэйшая школа”», 2020

Назаров, В. И.
Теория автоматического регулирования теплоэнергетических 
процессов : лабораторный практикум : учебное 
пособие / В. И. Назаров, А. А. Павловская, С. И. Раке-
вич. – Минск : Вышэйшая школа, 2020. – 126 с. : ил.
ISBN 978-985-06-3195-4.

Приведены теоретические сведения и лабораторные работы, которые 
охватывают математическое описание объектов и систем регулирования, 
расчет устойчивости, анализ качества переходных процессов, 
оптимизацию параметров настройки типовых линейных регуляторов. 
Материал изложен в соответствии со структурой учебной программы 
читаемого курса «Теория автоматического регулирования».
Для студентов специальностей теплоэнергетического профиля, а 
также для изучающих курсы «Теория автоматического регулирования», 
«Теория автоматического управления», «Автоматизированные системы 
управления на ТЭС», «Автоматизация водоподготовки и водно-химических 
режимов».

УДК 621.1:681.51(076.58) 
ББК 32.965я73 

Н19

ПРЕДИСЛОВИЕ

Трудоемкие процессы, связанные с производством и распределением 
тепловой и электрической энергии на современных 
ТЭС и АЭС, предопределяют важность автоматизации этих 
процессов. Теплоэнергетика, отличающаяся высокими параметрами 
рабочей среды, требованиями к точности их регулирования, 
является той областью науки и техники, где постоянно 
находят применение методы теории автоматического регулирования. 
В лабораторном практикуме приведены необходимые 
теоретические сведения и лабораторные работы, которые 
охватывают математическое описание объектов и систем регулирования, 
расчет устойчивости, анализ качества переходных 
процессов, оптимизацию параметров настройки типовых линейных 
регуляторов. Материал изложен в соответствии со 
структурой учебной программы читаемого курса «Теория автоматического 
регулирования».
Практикум предназначен для студентов специальностей «Паротурбинные 
установки атомных электрических станций», «Тепловые 
электрические станции», «Промышленная теплоэнергетика», «
Автоматизация и управление теплоэнергетическими 
процессами», а также для изучающих курсы «Теория автоматического 
регулирования», «Теория автоматического управления», 
«Автоматизированные системы управления на ТЭС», «Автоматизация 
водоподготовки и водно-химических режимов».
Целью изучения дисциплины «Теория автоматического регулирования» 
является получение знаний в области основ теории 
автоматического регулирования теплоэнергетическими 
процессами на АЭС с позиции применения полученных знаний 
для оптимального и надежного управления работой основного 
оборудования АЭС.
Для успешного усвоения «Теории автоматического регулирования» 
необходимы глубокие знания по дисциплинам: «Математика», «
Парогенераторы АЭС», «Турбины АЭС», «Парогенераторы 
ТЭС», «Турбины ТЭС», «Турбомашины», «Котельные 
установки».
Основной задачей преподавания дисциплины является подготовка 
студентов к последующему изучению курсов по специальности, 
а также к будущей практической деятельности.
Авторы

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

Общие требования безопасности

К выполнению работ в лаборатории допускаются сотрудники 
кафедры, прошедшие инструктаж по охране труда и имеющие 
квалификационную группу по электробезопасности не 
ниже второй.
К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, 
прошедшие инструктаж по охране труда у преподавателя, ведущего 
занятия, о чем должна быть сделана запись в журнале 
инструктажа по технике безопасности.
В лаборатории необходимо соблюдать правила внутреннего 
распорядка. Не допускается находиться в верхней одежде, курить, 
самовольно включать лабораторные установки и работать на них, 
употреблять алкогольные, наркотические и токсические средства.
Помещение лаборатории по степени опасности поражения 
электрическим током относится к категории повышенной опасности. 
Источником опасности является электрический ток напряжением 
220 В. Все электрооборудование должно иметь надежное 
защитное заземление.
Для исключения травмирования необходимо выполнять 
следующие правила:
 • делать только ту работу, которая входит в ваши обязанности;
 • 
пользоваться только исправными приборами, инструментами, 
приспособлениями;
 • работу производить на заранее подготовленном и исправном 
рабочем месте;
 • не загромождать проходы около своего рабочего места.
При выполнении работ в помещении лаборатории должно 
находиться не менее двух человек.
В случае травмирования, обнаружения неисправности оборудования 
сообщить руководителю работ. При получении травмы 
товарищем оказать ему доврачебную помощь и сообщить 
руководителю.
Каждый работающий обязан уметь оказывать первую (доврачебную) 
помощь пострадавшему человеку.
За невыполнение правил техники безопасности виновные 
несут ответственность в соответствии с действующим законодательством.

Требования безопасности перед началом работы

Подготовить рабочее место к работе. Для этого необходимо:
 • убрать все посторонние предметы;
 • проверить заземление, электрическую проводку, наличие 
и исправность приборов (вольтметры, амперметры, манометры, 
указатели высоты столба жидкости и т.д.). Методом визуального 
осмотра проверить исправность применяемого в данной 
работе оборудования, а также приспособлений, защитных 
ограждений, мест освещения, состояния проводов, кабелей.
Включение цепи под напряжением разрешается только после 
ее проверки преподавателем или лаборантом. Изменение 
электрической схемы должно проводиться при ее отключении 
и только с разрешения преподавателя или лаборанта.
Выполнение работы начинать только с разрешения преподавателя 
или лаборанта.

Требования безопасности при выполнении работы

Поддерживать на рабочем месте чистоту и порядок.
Во время работы контролировать параметры технологических 
процессов:
 • напряжение;
 • силу тока;
 • давление в элементах гидравлической установки;
 • высоту столба жидкости.
Не допускать превышения (уменьшения) параметров сверх 
предельных значений.
Во избежание травмирования не допускается:
 • осуществлять ремонт оборудования, находящегося под 
напряжением;
 • производить переключения в схемах, не предусмотренные 
экспериментом;
 • оставлять оборудование в рабочем состоянии без присмотра;
 • 
загромождать лабораторные столы и проходы;
 • оставлять вещи на включенном оборудовании;
 • отвлекаться и отвлекать товарищей посторонними разговорами 
и делами.
Если при проведении работы возникло какое-либо повреждение (
появился специфический запах, дым, накаляются проводники) 
или кто-нибудь попал под напряжение, немедленно 

снять напряжение со схемы и оказать помощь пострадавшему. 
Всякая растерянность и промедление в этих условиях может 
усилить поражение людей и повреждение элементов схемы.

Требования безопасности в аварийных ситуациях

При выполнении работ возможны ситуации, которые могут 
привести к аварии или несчастному случаю:
 • нарушение ограждения и попадание работающего по неосторожности 
за приборный щит;
 • утечка воды и попадание ее на электрические приборы и 
провода вследствие появления негерметичности трубопровода 
или деталей системы, заполнение водой;
 • нарушение изоляции электрических устройств.
В случае возникновения угрозы для жизни людей, аварий с 
оборудованием или пожара необходимо произвести отключение 
оборудования и сообщить руководителю.
При поражении электрическим током принять меры по 
 освобождению пострадавшего от тока, оказать первую медицинскую 
помощь, вызвать врача, сообщить о случившемся администрации.


Требования безопасности по окончании работы

По окончании лабораторных работ необходимо:
 • отключить приборы и аппаратуру;
 • привести в порядок рабочее место;
 • сообщить обо всех замечаниях в работе преподавателю.

ЛАБОРАТОРНАя РАБОТА № 1

Определение расходной характеристики 
вентиля стока гидравлического стенда

Цель работы: определить расходную характеристику регули-

рующего органа (вентиля) стока гидравлического стенда.

Общие сведения

Основной статической характеристикой регулирующего 

органа является зависимость расхода (Q) через него от степени 
открытия

 
Q
f h
=
( ), 
(1.1)

где h – ход затвора регулирующего органа.

Эта зависимость называется расходной характеристикой ре-

гулирующего органа. Поскольку регулирующий орган является 
частью трубопроводной сети, включающей в себя участки трубопровода, 
повороты и изгибы труб, восходящие и нисходящие 
участки, его расходная характеристика отражает фактически 
поведение гидравлической системы «регулирующий орган плюс 
трубопроводная сеть».

Характеристикой регулирующего органа, не зависящей от 

его внешних соединений, является пропускная характеристика.

Пропускная характеристика – это зависимость пропускной 

способности регулирующего органа от его открытия

 
K
f h
ν =
( ), 
(1.2)

где Kν – пропускная способность.

Порядок выполнения работы

Работа проводится на лабораторной установке (рис. 1.1).
1. Установите сливной бачок 7 в положение Н2 = 250 мм.
2. Установите вентиль стока на отметку «0» шкалы лимба.
3. С помощью вентиля 5 притока отрегулируйте установив-

шийся режим Н0 = 50 мм.

4. С помощью мерного сосуда и секундомера определите 

расход воды через вентиль 5. Показания запишите в табл. 1.1.

5. Затем последовательно проделайте пункты 3, 4 для отметок 
шкалы лимба «10», «20», «30», «40», «50», «60».
6. Рассчитайте расход Q и постройте расходную характеристику 
вентиля стока. Сделайте выводы.

Рис. 1.1. Схема лабораторной установки по исследованию динамических характеристик 
объектов регулирования:
1 – открытый сосуд; 2 – водомерное стекло; 3 – трубопровод; 4 – трубопровод стока; 
5, 6 – вентили; 7 – сливной бачок; 8 – напорный бак; 9 – водопроводная сеть; 10 – вентиль 
водопроводной воды; 11 – сток ограничения уровня в напорном баке 

Таблица 1.1

Положение стрелки 
крана стока
Показания секундомера, 
с
Объем воды в мерном 
сосуде, мл
Расход Q, мл/с

0

10

20

30

40

50

60

Содержание отчета

1. Краткий ход выполнения работы. 
2. Таблицы наблюдений (табл. 1.1). 
3. Графики расходной характеристики. 
4. Выводы о проделанной работе. 

Контрольные вопросы 

1. Что такое расходная характеристика регулирующего органа?

2. Что такое пропускная способность регулирующего органа?

3. В чем отличие расходной характеристики от пропускной 
способности регулирующего органа?
4. Как определить расходную характеристику регулирующего 
органа?

ЛАБОРАТОРНАя РАБОТА № 2 

Изучение динамических свойств объекта 
регулирования на гидравлической модели

Цель работы: 1) ознакомление с методикой снятия пере-

ходных характеристик (кривых разгона) объектов регулирования 
и с методикой определения динамических параметров по 
кривым разгона апериодического звена; 2) изучение динамических 
свойств (временных характеристик) апериодического 
звена.

Общие сведения 

Наиболее распространенным звеном в технике является 

апериодическое звено. Примерами такого звена могут служить 
сосуд со свободным сливом жидкости (рис. 2.1, а) и электрическая 
цепь, состоящая из сопротивления и конденсатора 
(рис. 2.1, б). Во всех этих примерах общим является то, что 
выходная величина X вых в результате изменения входной величины 
X вх начинает изменяться с некоторой максимальной скоростью, 
которая постепенно уменьшается до нуля.

Дифференциальное уравнение изображенных на рис. 2.1, а, б 

сосуда и электрической цепи записывается таким образом: 

 
TX
t
X
t
KX
t
′
+
=
вых
вых
вх
( )
( )
( ), 
(2.1)

решение которого будет иметь следующий вид:

 
X
X
K
e T

вых
вх
=
−
(
)
−
1

1

. 
(2.2)

Эта кривая разгона апериодического звена приведена на 

рис. 2.1, в. Из уравнения видно, что свойства апериодического 
звена определяются двумя параметрами передаточной функции: 

 
W p
K

Tp

X
p

X
p
( )
,
( )
( )
=
+ =
1

вых

вх

 
(2.3) 

т.е. постоянной времени Т и коэффициентом передачи (коэффициентом 
усиления) K этого звена.