自動控制系統(tǒng)的組成及其質量指標_

1、1.1自動控制系統(tǒng)的組成及其質量指標自動控制系統(tǒng)組成、方框圖及常用術語 重點自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的質量指標重點1.1.1自動控制系統(tǒng)組成、方框圖組成受控對象（過程） ：工作的機器、裝備或生產(chǎn)過程等，從傳感器到執(zhí)行器之間被控量（熱工參數(shù)、被控參數(shù)）：表征其工作狀態(tài)的物理量如T,P,濕度,流量,液位傳感器（測量變送）：對被控量進行測量（轉換成標準信號）的裝置，成比例地轉變其他物理量控制器（調節(jié)器）：把測定值和設定值進行比較的裝置執(zhí)行器（調節(jié)閥）：把調節(jié)器的指令成比例地轉換為直線或角位移地裝置自動控制系統(tǒng)：受控對象和控制裝置的總體，由控制對象和自動控制設備組成1一溫度傳感器 2一熱水加熱器

2、 3一溫度控制器 4一電動二通閥 qa一外侵熱量 a一室內溫度b一室外溫度 c一送風溫度圖1-1 室溫自動控制系統(tǒng)為了研究自動控制系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號聯(lián)系，通常使用自動控制系統(tǒng)方框圖來表示自動控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)的方框圖控制器：執(zhí)行器：被控對象：從傳感器到調節(jié)閥之間的管道設備傳感器：控制器執(zhí)行器被控對象傳感器 Ge (t)p (t)q (t) a z 干擾方框圖的畫法每個方框表示組成該系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)兩個方框之間一條帶有箭頭的連線表示其相互關系，不表示方框之間的物料聯(lián)系每個方框都有一個輸入信號和一個輸出信號控制器執(zhí)行器被控對象傳感器 Ge (t)p (t)q (t) a z +干擾

3、液位控制器儲罐HTHC差壓變送器液位調節(jié)器執(zhí)行器控制器執(zhí)行器被控對象傳感器x (t)e (t)u (t)q (t)y (t)z (t)干擾圖1-2 室溫自動控制系統(tǒng)框圖控制器執(zhí)行器被控對象傳感器 Ge (t)p (t)q (t) a z 干擾干擾作用通過干擾通道影響被控參數(shù)，而控制作用通過控制通道影響被控參數(shù)。系統(tǒng)中信號沿箭頭方向前進，最后又回到原來的起點，形成一個閉合回路，這種系統(tǒng)叫閉環(huán)系統(tǒng)。 在閉環(huán)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輸出信號 為被控參數(shù)，它通過傳感器這個環(huán)節(jié)再返回到系統(tǒng)的輸入端，與給定值 比較 ，這種將系統(tǒng)的輸出信號引回到輸入端的過程叫反饋。被測輸出信號減弱輸入信號的反饋，稱為負反饋；反之稱正

4、反饋。 aG控制器執(zhí)行器被控對象傳感器 Ge (t)p (t)q (t) a z 干擾負反饋控制具有自動修正被控參數(shù)偏離給定值的能力，控制精度高，適應面廣，是基本的控制系統(tǒng)。負反饋控制系統(tǒng)的工作原理是：當干擾作用 發(fā)生后，被控參數(shù) 偏離給定值，這種變化被傳感器測出 并送到控制器的比較環(huán)節(jié)與給定值 比較，得出偏差 ，偏差輸入到控制器中，經(jīng)過控制器加工運算，輸出一個和偏差 成一定關系的控制量 ，去調節(jié)執(zhí)行機構，改變輸入到控制對象中的能量 ，克服干擾造成的影響，使被控參數(shù)又趨于給定值。可見，負反饋控制的實質是以偏差克服偏差的控制過程。自動控制系統(tǒng)的基本功能是信號的測量、變送、比較和加工。fazGzG

5、eepq1.1.2自動控制系統(tǒng)的分類若按給定值的給定變化規(guī)律來分定值控制系統(tǒng)將被控制量保持在某一定值或很小的范圍中的控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)被控量的給定值按預定的時間程序而變化的控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)被控量的給定值隨時間任意地變化的控制系統(tǒng)若按控制動作與時間的關系來分 連續(xù)控制系統(tǒng)斷續(xù)控制系統(tǒng)如按控制器使用的能源種類分氣動控制系統(tǒng)液動控制系統(tǒng)電動控制系統(tǒng) 若按控制器的控制規(guī)律分雙位控制系統(tǒng)比例控制系統(tǒng)比例積分控制系統(tǒng)比例微分控制系統(tǒng)比例積分微分控制系統(tǒng)按系統(tǒng)的結構特點分類反饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)前饋反饋控制系統(tǒng)1.1.3自動控制系統(tǒng)的質量指標基本概念自動化領域內，把被控參數(shù)不隨時間而變化的平衡狀態(tài)稱

6、為系統(tǒng)的靜態(tài)把被控參數(shù)隨時間而變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。雙位控制系統(tǒng)階躍干擾典型干擾作用圖13 階躍干擾作用一、自動控制系統(tǒng)的過渡過程自動控制系統(tǒng)在干擾和控制的共同作用下，從一個穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一個穩(wěn)定狀態(tài)期間被控參數(shù)隨時間的變化過程稱為自動控制系統(tǒng)的過渡過程。自動控制系統(tǒng)過渡過程也就是系統(tǒng)的動態(tài)特性，它包括靜態(tài)和動態(tài)。研究過渡過程的目的就是為了研究控制系統(tǒng)的品質。系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)靜態(tài)：輸入不變，調節(jié)系統(tǒng)在調節(jié)器的自動調節(jié)作用下，被調量不再隨時間變化的平衡狀態(tài)動態(tài)：被調量隨時間變化，系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)一個運行的系統(tǒng)，時時刻刻都有擾動作用于對象，被調量偏離設定值，重點應研究系統(tǒng)和環(huán)節(jié)的動態(tài)

7、特性上。定值控制系統(tǒng)受到階躍干擾后，過渡過程有四種基本形式 a)發(fā)散振蕩過程 b)等幅振藹過程 c)衰減振蕩過程 d)單調衰減過程圖14 過渡過程的基本形式發(fā)散振蕩012340.00.51.01.52.0t等幅振蕩02468101214160.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0 h(t)t F105101520250.00.20.40.60.81.01.21.41.6 h(t)t最大偏差給定值余差tpts衰減振蕩(1)衰減振蕩(2)05100.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0 h(t)t（單調過程）無振蕩過程0246810120.00.

8、20.40.60.81.0 h(t)t 圖1-5 自動控制系統(tǒng)受到階躍干擾后 衰減振蕩過程質量指標余差（e） ：系統(tǒng)過渡過程終了時給定值與被控參數(shù)穩(wěn)定值之差 最大偏差（A）：被控參數(shù)第一個波的峰值與給定值的差衰減比（n）：振蕩過程的第一個波的振幅與第二個波的振幅之比衰減率（f）：經(jīng)過一個周期后，波動幅度衰減的百分比控制（過渡過程）時間（ts）：系統(tǒng)過渡過程曲線進入新的穩(wěn)定值的5%或2%范圍內所需的時間峰值時間（tp）：系統(tǒng)過渡過程曲線到達第一個峰值所需的時間，反映系統(tǒng)響應的靈敏程度二、自動控制系統(tǒng)的質量指標余差（e） ：系統(tǒng)過渡過程終了時給定值與被控參數(shù)穩(wěn)定值之差 最大偏差（A）：被控參數(shù)第一

9、個波的峰值與給定值的差二、自動控制系統(tǒng)的質量指標05101520250.00.20.40.60.81.01.21.41.6 h(t)t最大偏差給定值余差衰減振蕩的品質指標衰減比（n）：振蕩過程的第一個波的振幅與第二個波的振幅之比衰減率（f）：經(jīng)過一個周期后，波動幅度衰減的百分比05101520250.00.20.40.60.81.01.21.41.6 h(t)t給定值衰減振蕩的品質指標y2y1y1衰減比y2y1-y2衰減率y1控制（過渡過程）時間（ts）：系統(tǒng)過渡過程曲線進入新的穩(wěn)定值的5%或2%范圍內所需的時間峰值時間（tp）：系統(tǒng)過渡過程曲線到達第一個峰值所需的時間，反映系統(tǒng)響應的靈敏程度

10、05101520250.00.20.40.60.81.01.21.41.6 h(t)t給定值tp衰減振蕩的品質指標ts余差2%或5%等幅振蕩的品質指標024681012141618200.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0 h(t)t F1過渡時間？峰值時間？衰減率衰減比發(fā)散振蕩的品質指標過渡時間？峰值時間？0123456780.00.51.01.52.0t對控制系統(tǒng)的性能要求穩(wěn)：動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)重新恢復平衡工作狀態(tài)的能力05101520250.00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0 h(t)t過程2過程1012340.00.51.01.52.0t系統(tǒng)過渡到新的平衡工作狀態(tài)后或系統(tǒng)受到擾動后重新恢復平衡后，最終保持的精度，反映了動態(tài)后期的性能準：1012141618202224260.00.40.81.21.6t過程2過程1快：動態(tài)過程進