化工儀表自動(dòng)化課第一章

1、化工儀表及自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化第一章第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容n 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式n 基本組成基本組成n 方塊圖方塊圖 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖n 圖形符號(hào)圖形符號(hào)n 字母代號(hào)字母代號(hào)n 儀表位號(hào)儀表位號(hào)n 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)n 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)n 控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)n 控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程n 控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)n 影響控制系

2、統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的主要因素影響控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的主要因素1第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式 4圖圖1-2 1-2 人工操作圖人工操作圖圖圖1-3 1-3 液位自動(dòng)控制系統(tǒng)圖液位自動(dòng)控制系統(tǒng)圖n人工操作與自動(dòng)控制比較圖人工操作與自動(dòng)控制比較圖控制速度和精度不能滿足大型控制速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式二、二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的表示形式自動(dòng)控制系統(tǒng)的表示形式1、方塊圖、方塊圖n在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了便于對(duì)系統(tǒng)分析研究，一在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了便于

3、對(duì)系統(tǒng)分析研究，一般都般都用方塊圖來(lái)表示控制系統(tǒng)的組成用方塊圖來(lái)表示控制系統(tǒng)的組成。n下頁(yè)圖為液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖，下頁(yè)圖為液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖，每個(gè)環(huán)節(jié)表示組每個(gè)環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為成系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為“環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)”。兩個(gè)方塊之間用一兩個(gè)方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號(hào)的相互關(guān)系，箭頭指向方條帶有箭頭的線條表示其信號(hào)的相互關(guān)系，箭頭指向方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開(kāi)方塊表示為這個(gè)環(huán)塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開(kāi)方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號(hào)。節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號(hào)。6n方塊圖中，方塊圖中， x 指設(shè)定值；指設(shè)定值；z

4、 指輸出信號(hào)；指輸出信號(hào)；e 指偏差信指偏差信號(hào)；號(hào)；p 指發(fā)出信號(hào)；指發(fā)出信號(hào)；q 指出料流量信號(hào)；指出料流量信號(hào)；y 指被控變指被控變量；量；f 指擾動(dòng)作用。當(dāng)指擾動(dòng)作用。當(dāng)x 取正值，取正值，z取負(fù)值取負(fù)值，e= x- z，負(fù)反饋；負(fù)反饋；x 取正值，取正值，z取正值，取正值， e= x+ z，正反饋。，正反饋。第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式n液位自動(dòng)控制的方塊圖液位自動(dòng)控制的方塊圖圖圖1-5 1-5 液位自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖液位自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖7第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式n 其他控制系統(tǒng)

5、其他控制系統(tǒng) 用同一種形式的方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)用同一種形式的方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)圖圖1-6 1-6 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng) 當(dāng)進(jìn)料流量或溫度變化當(dāng)進(jìn)料流量或溫度變化等因素引起出口物料溫度變等因素引起出口物料溫度變化時(shí)，可以將該溫度變化測(cè)化時(shí)，可以將該溫度變化測(cè)量后送至溫度控制器量后送至溫度控制器TCTC。溫。溫度控制器的輸出送至控制閥，度控制器的輸出送至控制閥，以改變加熱蒸汽量來(lái)維持出以改變加熱蒸汽量來(lái)維持出口物料的溫度不變。口物料的溫度不變。 這個(gè)控制系統(tǒng)同樣可這個(gè)控制系統(tǒng)同樣可以用上頁(yè)中的方塊圖以用上頁(yè)中的方塊圖表示表示8圖圖1-6 蒸汽加熱器溫度控

6、制系統(tǒng)：蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)：蒸汽加熱器蒸汽加熱器加熱蒸汽量加熱蒸汽量加熱蒸汽壓力的變化、加熱器內(nèi)部傳熱系數(shù)的變化、環(huán)境加熱蒸汽壓力的變化、加熱器內(nèi)部傳熱系數(shù)的變化、環(huán)境溫度的變化溫度的變化加熱蒸汽加熱蒸汽1.方塊圖方塊圖n 注意！注意！方塊圖中的每一個(gè)方塊都代表一方塊圖中的每一個(gè)方塊都代表一個(gè)具體的裝置。個(gè)具體的裝置。9n方塊與方塊之間的連接線，只是代表方塊之間的信號(hào)聯(lián)方塊與方塊之間的連接線，只是代表方塊之間的信號(hào)聯(lián)系，并不代表方塊之間的物料聯(lián)系。方塊之間連接線的箭系，并不代表方塊之間的物料聯(lián)系。方塊之間連接線的箭頭也只是代表信號(hào)作用的方向，與工藝流程圖上的物料線頭也只是代表信號(hào)作用的方向

7、，與工藝流程圖上的物料線是不同的。是不同的。n工藝流程圖上的物料線是代表物料從一個(gè)設(shè)備進(jìn)入另一工藝流程圖上的物料線是代表物料從一個(gè)設(shè)備進(jìn)入另一個(gè)設(shè)備，而方塊圖上的線條及箭頭方向有時(shí)并不與流體流個(gè)設(shè)備，而方塊圖上的線條及箭頭方向有時(shí)并不與流體流向相一致。向相一致。n自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)1.方塊圖方塊圖n 小結(jié)小結(jié)n自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 n與自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)操縱等開(kāi)環(huán)系統(tǒng)比較，最本質(zhì)的區(qū)與自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)操縱等開(kāi)環(huán)系統(tǒng)比較，最本質(zhì)的區(qū)別，就在于別，就在于自動(dòng)控制系統(tǒng)有負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)有負(fù)反饋，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)

8、中，被，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，被控（工藝）變量是不反饋到輸入端的?？兀üに嚕┳兞渴遣环答伒捷斎攵说?。10舉例舉例化肥廠的造氣自動(dòng)機(jī)就是典型的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的例子化肥廠的造氣自動(dòng)機(jī)就是典型的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的例子自動(dòng)操縱裝置自動(dòng)操縱裝置對(duì)象對(duì)象操縱作用操縱作用工藝參數(shù)工藝參數(shù)操縱指令操縱指令1.1.方塊圖方塊圖n小結(jié)小結(jié)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)：自動(dòng)機(jī)在操作時(shí)，自動(dòng)機(jī)在操作時(shí)，一旦開(kāi)機(jī)，就只能是按照預(yù)一旦開(kāi)機(jī)，就只能是按照預(yù)先規(guī)定好的程序周而復(fù)始地先規(guī)定好的程序周而復(fù)始地運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)被控變量如果發(fā)運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)被控變量如果發(fā)生了變化，自動(dòng)機(jī)不會(huì)自動(dòng)生了變化，自動(dòng)機(jī)不會(huì)自動(dòng)地根據(jù)被控變量的實(shí)際工況地根據(jù)被控變量的實(shí)際工況來(lái)改變自己的

9、操作。來(lái)改變自己的操作。比較比較閉環(huán)系統(tǒng)：閉環(huán)系統(tǒng)：有針對(duì)性有針對(duì)性地根據(jù)被控變量的變地根據(jù)被控變量的變化情況而改變控制作化情況而改變控制作用的大小和方向，從用的大小和方向，從而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)始終等于或接近于所始終等于或接近于所希望的狀態(tài)。希望的狀態(tài)。11設(shè)定器設(shè)定器控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象擾動(dòng)擾動(dòng)被控量被控量設(shè)定器設(shè)定器被控過(guò)程被控過(guò)程傳感器傳感器控制器控制器開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) :第三節(jié)第三節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)幾種分類(lèi)方法幾種分類(lèi)方法（一）按（一）按被控變量被控變量來(lái)分類(lèi)，如溫度、壓力等控制系統(tǒng)；來(lái)分類(lèi)，如溫度、壓力

10、等控制系統(tǒng)；（二）按（二）按控制器具有的控制規(guī)律控制器具有的控制規(guī)律來(lái)分類(lèi)，如比例、比例積分、來(lái)分類(lèi)，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；（三）將控制系統(tǒng)按照工藝過(guò)程需要控制的（三）將控制系統(tǒng)按照工藝過(guò)程需要控制的被控變量的給定值被控變量的給定值是否變化和如何變化是否變化和如何變化來(lái)分類(lèi)，這樣可將自動(dòng)控制系統(tǒng)分為三來(lái)分類(lèi)，這樣可將自動(dòng)控制系統(tǒng)分為三類(lèi)，即類(lèi)，即定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。12其中第三種分類(lèi)方法最普遍其中第三種分類(lèi)方法最普遍第三節(jié)第三節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)

11、“定值定值” ” 是是恒定給定值恒定給定值的簡(jiǎn)稱。工藝生產(chǎn)中，若要的簡(jiǎn)稱。工藝生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說(shuō)要求被控變量的給定值不變，就需要指標(biāo)上不變，或者說(shuō)要求被控變量的給定值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)。采用定值控制系統(tǒng)。13 給定值隨機(jī)變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參給定值隨機(jī)變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。第三節(jié)第三節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)3.3.程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）程序控制系

12、統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)） 給定值變化，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生給定值變化，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。這類(lèi)系統(tǒng)在間產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。這類(lèi)系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用比較普通。歇生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用比較普通。14第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo) 一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)15自動(dòng)控制目的：自動(dòng)控制目的：希望將被控變量保持在一個(gè)不變的給定希望將被控變量保持在一個(gè)不變的給定值上，這只有當(dāng)進(jìn)入被控對(duì)象的物料量（或能量）和流值上，這只有當(dāng)進(jìn)入被控對(duì)象的物料量（或能量）和流出對(duì)象的物料量（或能量）

13、相等時(shí)才有可能。出對(duì)象的物料量（或能量）相等時(shí)才有可能。 靜態(tài)靜態(tài)被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)（變化率被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)（變化率為為0 0，不是靜止）。，不是靜止）。第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo) 當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號(hào)也都處于相對(duì)靜止

14、狀態(tài)，其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號(hào)也都處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是這種狀態(tài)就是靜態(tài)靜態(tài)。 16第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)17動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài) 。 從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過(guò)控制，直到系統(tǒng)重從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過(guò)控制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時(shí)間中，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和新建立平衡，在這一段時(shí)間中，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和信號(hào)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做動(dòng)態(tài)。信號(hào)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做動(dòng)態(tài)。結(jié)論：結(jié)論：在自動(dòng)化工作中，了解系統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，但是了在自動(dòng)化工作中，了解系

15、統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，但是了解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更為重要。因?yàn)樵谏a(chǎn)過(guò)程中，干擾是客觀存解系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)更為重要。因?yàn)樵谏a(chǎn)過(guò)程中，干擾是客觀存在的，是不可避免的，就需要通過(guò)自動(dòng)化裝置不斷地施加控在的，是不可避免的，就需要通過(guò)自動(dòng)化裝置不斷地施加控制作用去對(duì)抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持制作用去對(duì)抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標(biāo)上。在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標(biāo)上。第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)二、控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程二、控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程n系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過(guò)渡到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過(guò)程系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過(guò)渡到另一

16、個(gè)平衡狀態(tài)的過(guò)程。 18當(dāng)干擾作用于對(duì)象，系統(tǒng)輸當(dāng)干擾作用于對(duì)象，系統(tǒng)輸出出y y發(fā)生變化，在系統(tǒng)負(fù)反發(fā)生變化，在系統(tǒng)負(fù)反饋?zhàn)饔孟?，?jīng)過(guò)一段時(shí)間，饋?zhàn)饔孟?，?jīng)過(guò)一段時(shí)間，系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡。系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡。舉例舉例圖圖1-7 1-7 控制系統(tǒng)方塊圖控制系統(tǒng)方塊圖 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)。 如果系統(tǒng)原來(lái)處于相對(duì)平衡狀態(tài)（靜態(tài)），當(dāng)出現(xiàn)干擾使被控變量發(fā)生變?nèi)绻到y(tǒng)原來(lái)處于相對(duì)平衡狀態(tài)（靜態(tài)），當(dāng)出現(xiàn)干擾使被控變量發(fā)生變化，此時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)生作用，調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差及其偏差的變化情況，改變調(diào)節(jié)化，此時(shí)控制系統(tǒng)發(fā)生作用，調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差及其偏差的變化情況，改變調(diào)節(jié)

17、器輸出，再經(jīng)執(zhí)行器改變操縱變量，使被控變量重新回到設(shè)定值來(lái)，這么器輸出，再經(jīng)執(zhí)行器改變操縱變量，使被控變量重新回到設(shè)定值來(lái)，這么一個(gè)一個(gè)從干擾發(fā)生、系統(tǒng)控制、直到重新建立平衡的過(guò)程稱為從干擾發(fā)生、系統(tǒng)控制、直到重新建立平衡的過(guò)程稱為“動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)”過(guò)程。過(guò)程。 工藝設(shè)計(jì)主要圍繞系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)主要圍繞系統(tǒng)“靜態(tài)靜態(tài)”特性開(kāi)展工作，自動(dòng)控制是在特性開(kāi)展工作，自動(dòng)控制是在“靜靜態(tài)態(tài)”特性基礎(chǔ)上研究其特性基礎(chǔ)上研究其“動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)”特性特性當(dāng)系統(tǒng)失去平衡以后，如何使當(dāng)系統(tǒng)失去平衡以后，如何使系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。 如何來(lái)評(píng)價(jià)自控系統(tǒng)的質(zhì)量？如何來(lái)評(píng)價(jià)自控系統(tǒng)的質(zhì)量？ 必須分析必須分析“系統(tǒng)

18、失穩(wěn)以后能否重新回到平衡狀態(tài)系統(tǒng)失穩(wěn)以后能否重新回到平衡狀態(tài)”、“從系統(tǒng)失穩(wěn)到重新回到平衡狀態(tài)從系統(tǒng)失穩(wěn)到重新回到平衡狀態(tài)”這個(gè)過(guò)程的各種指標(biāo)這個(gè)過(guò)程的各種指標(biāo)。 第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)n系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程中，被控變量是隨時(shí)間變化的。被控系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程中，被控變量是隨時(shí)間變化的。被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾變量隨時(shí)間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。形式。n在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒(méi)有固定形式的，且多半屬在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒(méi)有固定形式的，且多半屬于隨機(jī)性質(zhì)。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了安全和于隨機(jī)性質(zhì)。在分析和

19、設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是階常用的是階躍干擾。躍干擾。 19第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)采用階躍干擾的優(yōu)點(diǎn)：采用階躍干擾的優(yōu)點(diǎn)： 這種形式的干擾比較突然、這種形式的干擾比較突然、危險(xiǎn)，且對(duì)被控變量的影響危險(xiǎn)，且對(duì)被控變量的影響也最大。如果一個(gè)控制系統(tǒng)也最大。如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種類(lèi)型的能夠有效地克服這種類(lèi)型的干擾，那么一定能很好地克干擾，那么一定能很好地克服比較緩和的干擾。服比較緩和的干擾。 這種干擾的形式簡(jiǎn)單，容易這種干擾的形式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析

20、、實(shí)驗(yàn)和計(jì)實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算算。圖圖1-8 1-8 階躍干擾作用階躍干擾作用20第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過(guò)渡過(guò)程的四種形式自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過(guò)渡過(guò)程的四種形式21非周期衰減過(guò)程非周期衰減過(guò)程衰減震蕩過(guò)程衰減震蕩過(guò)程等幅震蕩過(guò)程等幅震蕩過(guò)程 發(fā)散震蕩過(guò)程發(fā)散震蕩過(guò)程X X？對(duì)于控制質(zhì)量要求不高對(duì)于控制質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合，如果被控變量的場(chǎng)合，如果被控變量允許在工藝許可的范圍允許在工藝許可的范圍內(nèi)振蕩（主要指在位式內(nèi)振蕩（主要指在位式控制時(shí)），才可采用。控制時(shí)），才可采用。 第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)

21、的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程是衡量品質(zhì)的依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程是衡量品質(zhì)的依據(jù)。22圖圖1-10 1-10 過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)示意圖過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)指標(biāo)示意圖 假定自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的假定自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的變化曲線如上圖所示，這是屬于衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程變化曲線如上圖所示，這是屬于衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程 多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過(guò)程，在此取這種多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過(guò)程，在此取這種過(guò)程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。過(guò)程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系

22、統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)23五種重要品質(zhì)指標(biāo)之一五種重要品質(zhì)指標(biāo)之一1. 1. 最大偏差最大偏差A(yù) A或超調(diào)量或超調(diào)量B B 最大偏差最大偏差A(yù) A 是指在過(guò)渡過(guò)程中，被控變量偏離給定值是指在過(guò)渡過(guò)程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過(guò)程中，最大偏差就是第一個(gè)波的最大數(shù)值。在衰減振蕩過(guò)程中，最大偏差就是第一個(gè)波的峰值。特別是對(duì)于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)的峰值。特別是對(duì)于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會(huì)對(duì)最大器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會(huì)對(duì)最大偏差的允許值有所限制。偏差的允許值有所限制。 超

23、調(diào)量超調(diào)量B B 也可以用來(lái)表征被控變量偏離給定值的程度。也可以用來(lái)表征被控變量偏離給定值的程度。 B=A-CB=A-C第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)2. 衰減比衰減比 B/B 衰減比衰減比是衰減程度的指標(biāo)，它是前后相鄰兩個(gè)峰值的是衰減程度的指標(biāo)，它是前后相鄰兩個(gè)峰值的比。習(xí)慣表示為比。習(xí)慣表示為 n n:1:1，一般，一般 n n 取為取為4 41010之間為宜。之間為宜。五種重要品質(zhì)指標(biāo)之二五種重要品質(zhì)指標(biāo)之二24第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)3. 余差余差 C 當(dāng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到

24、的新的穩(wěn)態(tài)值與當(dāng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差叫做給定值之間的偏差叫做余差余差，或者說(shuō)余差就是過(guò)渡過(guò)程終，或者說(shuō)余差就是過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)的殘余偏差。有余差的控制過(guò)程稱為了時(shí)的殘余偏差。有余差的控制過(guò)程稱為有差調(diào)節(jié)有差調(diào)節(jié)，相應(yīng)，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)有差系統(tǒng)。反之就為。反之就為無(wú)差調(diào)節(jié)無(wú)差調(diào)節(jié)和和無(wú)差系統(tǒng)無(wú)差系統(tǒng)。 25五種重要品質(zhì)指標(biāo)之三五種重要品質(zhì)指標(biāo)之三第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)4. 過(guò)渡時(shí)間過(guò)渡時(shí)間 從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，

25、過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間叫平衡時(shí)止，過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間叫過(guò)渡時(shí)間過(guò)渡時(shí)間。一般在穩(wěn)。一般在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個(gè)小范圍，當(dāng)被控變量進(jìn)入該范圍并不態(tài)值的上下規(guī)定一個(gè)小范圍，當(dāng)被控變量進(jìn)入該范圍并不再越出時(shí)，就認(rèn)為被控變量已經(jīng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值，或者說(shuō)再越出時(shí)，就認(rèn)為被控變量已經(jīng)達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值，或者說(shuō)過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)結(jié)束這個(gè)范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)結(jié)束這個(gè)范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的（也（也有的規(guī)定為有的規(guī)定為）。）。 26五種重要品質(zhì)指標(biāo)之四五種重要品質(zhì)指標(biāo)之四第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)5.5.震蕩周期或頻率震蕩周期或頻率 過(guò)渡過(guò)程同向兩波峰（或波谷）之間

26、的間隔時(shí)間叫過(guò)渡過(guò)程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時(shí)間叫振蕩周期振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率振蕩頻率。在衰減比相。在衰減比相同的情況下，周期與過(guò)渡時(shí)間成正比，一般希望振蕩周期同的情況下，周期與過(guò)渡時(shí)間成正比，一般希望振蕩周期短一些為好。短一些為好。27五種重要品質(zhì)指標(biāo)之五五種重要品質(zhì)指標(biāo)之五自動(dòng)控制系統(tǒng)希望的結(jié)果：自動(dòng)控制系統(tǒng)希望的結(jié)果：最大偏差（超調(diào)量）？最大偏差（超調(diào)量）？衰減比？衰減比？余差？余差？過(guò)渡時(shí)間？過(guò)渡時(shí)間？振蕩周期？振蕩周期？n n1 1等幅振蕩等幅振蕩 n n1 1發(fā)散振蕩發(fā)散振蕩 n n1 1衰減振蕩衰減振蕩 不振蕩不振蕩 為了保持有足夠的

27、穩(wěn)定程度，衰減比一般取為為了保持有足夠的穩(wěn)定程度，衰減比一般取為4 4：1 1至至1010：1 1；這種過(guò)渡過(guò)程；這種過(guò)渡過(guò)程不是最優(yōu)的結(jié)果，但操作人員容易掌握，一般也是操作人員所希望的過(guò)程不是最優(yōu)的結(jié)果，但操作人員容易掌握，一般也是操作人員所希望的過(guò)程不振蕩：不便于操作人員掌握。不振蕩：不便于操作人員掌握。 自動(dòng)控制系統(tǒng)性能要求自動(dòng)控制系統(tǒng)性能要求五個(gè)字：穩(wěn)、準(zhǔn)、快、壯、省五個(gè)字：穩(wěn)、準(zhǔn)、快、壯、省n穩(wěn)穩(wěn)： 擾動(dòng)下不發(fā)散擾動(dòng)下不發(fā)散n準(zhǔn)準(zhǔn)： 與設(shè)定值的偏差小與設(shè)定值的偏差小n快快： 用最少的時(shí)間達(dá)到要求用最少的時(shí)間達(dá)到要求n壯壯： 適應(yīng)寬范圍工況適應(yīng)寬范圍工況n省?。?控制能量最省，波動(dòng)小，

28、效率高控制能量最省，波動(dòng)小，效率高第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)28某換熱器的溫度控制系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如下圖所示。試分別求出最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間（給定值為200）。舉例舉例圖1-11 溫度控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)解解 : :最大偏差最大偏差A(yù) A230-200230-2003030 余差余差C C205-200205-200 由圖上可以看出，第一個(gè)波峰值由圖上可以看出，第一個(gè)波峰值B B230-205230-2052525， 第二

29、個(gè)波峰值第二個(gè)波峰值BB21021020520555， 故故衰減比衰減比應(yīng)為應(yīng)為B:BB:B25:525:55:15:1。 振蕩周期為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔，振蕩周期為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔， 故故周期周期T T20-520-51515（minmin）29第四節(jié)第四節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程和品質(zhì)指標(biāo) 分析分析 過(guò)渡時(shí)間與規(guī)定的被控變量限制范圍大小有關(guān)，假定過(guò)渡時(shí)間與規(guī)定的被控變量限制范圍大小有關(guān)，假定被控變量進(jìn)入額定值的被控變量進(jìn)入額定值的2 2，就可以認(rèn)為過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)，就可以認(rèn)為過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為結(jié)束，那么限制范圍為200200（2 2）44，這時(shí)，這時(shí)，可在新穩(wěn)態(tài)值（可在新穩(wěn)態(tài)值（205205）