自動(dòng)化概論（35頁)ppt課件

1、2、自動(dòng)控制系統(tǒng)及 典 型 控 制 方 法汽包W給水給水調(diào)理閥省煤器水冷壁過熱器水位計(jì)蒸汽Dh汽包鍋爐給水人工調(diào)理表示圖人工/自動(dòng)2.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成2.1.1 人工調(diào)理給水 w蒸汽 D丈量單元調(diào)理單元給定單元執(zhí)行單元汽包鍋爐給水自動(dòng)調(diào)理表示圖h人工/自動(dòng)2.1.2 自動(dòng)調(diào)理差壓變送器氣動(dòng)調(diào)理閥調(diào)理器顯示操作器例：典型的自動(dòng)化元件 2.1.3 自動(dòng)調(diào)理中的一些常用術(shù)語1被調(diào)量被控制量 表征消費(fèi)過程能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)并需求加以調(diào)理的物理量。2給定值 按消費(fèi)要求被調(diào)量必需維持的希望值。3控制對(duì)象被控對(duì)象 被調(diào)理的消費(fèi)過程或設(shè)備稱為控制對(duì)象。4調(diào)理機(jī)構(gòu) 可用來改動(dòng)進(jìn)入控制對(duì)象的物質(zhì)或能量的安裝稱為調(diào)理

2、機(jī)構(gòu)。5控制量調(diào)理量 由調(diào)理機(jī)構(gòu)(閥門、擋板等)改動(dòng)的流量(或能量)，用以控制被調(diào)量的變化。 6擾動(dòng) 引起被調(diào)量偏離其給定值的各種緣由稱為擾動(dòng)。 假設(shè)擾動(dòng)不包括在控制回路內(nèi)部(例外界負(fù)荷)，稱為外擾。 假設(shè)擾動(dòng)發(fā)生在控制回路內(nèi)部，稱為內(nèi)擾。 由于調(diào)理機(jī)構(gòu)開度變化呵斥的擾動(dòng)，稱為根本擾動(dòng)。 變卦控制器的給定值的擾動(dòng)稱為給定值擾動(dòng),也稱控制造用擾動(dòng)。7控制過程調(diào)理過程 原來處于平衡形狀的控制對(duì)象，一旦遭到擾動(dòng)作用，被調(diào)量就會(huì)偏離給定值。要經(jīng)過自動(dòng)控制儀表或運(yùn)轉(zhuǎn)人員的調(diào)理作用使被調(diào)量重新恢復(fù)到新的平衡形狀的過程，稱為調(diào)理過程。8自動(dòng)控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制儀表和控制對(duì)象經(jīng)過信號(hào)的傳送相互聯(lián)絡(luò)起來就構(gòu)成一個(gè)

3、自動(dòng)控制系統(tǒng)。 2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)分類一、按任務(wù)原理分類 1前饋控制系統(tǒng) 2反響控制系統(tǒng) 3前饋 反響控制系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng)二、按給定值特點(diǎn)分類 1. 定值控制系統(tǒng) 2. 隨動(dòng)控制系統(tǒng) 3程序控制系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng)/反響控制系統(tǒng)/復(fù)合控制系統(tǒng)擾動(dòng)通道調(diào)理通道前饋調(diào)理器y “擾動(dòng)調(diào)理或“擾動(dòng)補(bǔ)償 開環(huán)控制系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn) 缺陷-r擾動(dòng)通道調(diào)理通道調(diào)理器丈量變送調(diào)理機(jī)構(gòu)y “按偏向調(diào)理 閉環(huán)控制系統(tǒng) 優(yōu)點(diǎn) 缺陷 前饋控制系統(tǒng)/反響控制系統(tǒng)/復(fù)合控制系統(tǒng)-r擾動(dòng)通道調(diào)理通道調(diào)理器丈量變送調(diào)理機(jī)構(gòu)y調(diào)理通道前饋調(diào)理器 前饋控制系統(tǒng)/反響控制系統(tǒng)/復(fù)合控制系統(tǒng)2.3 控制系統(tǒng)的性能目的 自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)理質(zhì)量的

4、優(yōu)劣，表示了控制系統(tǒng)抑制外來干擾才干的大小。 常把對(duì)階躍干擾的反映作為判別系統(tǒng)抗干擾才干好壞的規(guī)范。 一個(gè)控制系統(tǒng)的調(diào)理質(zhì)量，可用控制系統(tǒng)在遭到單位階躍輸入作用后，被調(diào)量在控制過程中的變化曲線來分析。 2.3.1控制過程的根本方式綜合性能目的單項(xiàng)性能目的時(shí)域目的頻域目的靜態(tài)偏向y()或e()最大動(dòng)態(tài)偏向ym或超調(diào)量 衰減率衰減比n 控制過程時(shí)間ts 其它目的2.3.2控制系統(tǒng)的性能質(zhì)量目的調(diào)理時(shí)間 tS靜態(tài)偏向y()或e() 最大動(dòng)態(tài)偏向ym或超調(diào)量 衰減率衰減比n 1靜態(tài)偏向y()或e() 靜態(tài)偏向是指被調(diào)量的穩(wěn)態(tài)值與給定值的長期偏向。e()= r()y() 靜態(tài)偏向是衡量控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性的重

5、要目的之一，它反映了控制系統(tǒng)的調(diào)理精度 。2控制過程時(shí)間調(diào)理時(shí)間ts 對(duì)于定值控制系統(tǒng)，控制過程時(shí)間是指階躍呼應(yīng)曲線由開場起到最后一次進(jìn)入偏離穩(wěn)態(tài)值為范圍，并且以后不再越出此范圍的時(shí)間即 tts 時(shí) yt y ， = 5%或2%5%y1或2%y1 對(duì)于隨動(dòng)控制系統(tǒng)，控制過程時(shí)間是指被調(diào)量與其穩(wěn)態(tài)值之差不超越穩(wěn)態(tài)值的5%或2%所需求的時(shí)間，就以為控制過程曾經(jīng)終了。即tts 時(shí) yt y 5%y或2%y3最大動(dòng)態(tài)偏向ym或超調(diào)量 在定值控制系統(tǒng)中，常用最大動(dòng)態(tài)偏向ym這個(gè)目的來衡量被調(diào)量偏離給定值的程度。 ymy1y() 隨動(dòng)控制系統(tǒng)常用超調(diào)量這個(gè)目的來衡量被控制量偏離給定值的程度。超調(diào)量可定義為

6、：哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院4.衰減率衰減比n 衰減率是指每經(jīng)過一個(gè)動(dòng)搖周期，被調(diào)量動(dòng)搖幅值減少的百分?jǐn)?shù)。 式中 y1偏離穩(wěn)態(tài)值的第一個(gè)波峰幅值； y3偏離穩(wěn)態(tài)值的第三個(gè)波峰幅值。 它常被工程上用來描畫過渡過程為衰減振蕩時(shí)的衰減速度。 假設(shè)0，那么調(diào)理過程是發(fā)散振蕩，這種系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 假設(shè)0，那么調(diào)理過程是等幅振蕩，這種系統(tǒng)處于邊境穩(wěn)定。假設(shè)01，那么調(diào)理過程是衰減振蕩，這種系統(tǒng)是穩(wěn)定的。可以運(yùn)用。 假設(shè)1，那么調(diào)理過程是不振蕩的衰減過程(非周期過程)，這種系統(tǒng)穩(wěn)定。 在01的范圍內(nèi)，的數(shù)值還可闡明系統(tǒng)穩(wěn)定裕量(富有量或貯備量)的大小 ，普通取0.750.90。 衰減比n是指振蕩過程的第一個(gè)波

7、的振幅y1與第三個(gè)波的振幅y3之比， 即 ny1/y3 它也是衡量系統(tǒng)過渡過程穩(wěn)定性的一個(gè)動(dòng)態(tài)目的，反映了振蕩的衰減程度。 n1表示系統(tǒng)穩(wěn)定； n=4表示系統(tǒng)為4:1的衰減振蕩。 在定值控制系統(tǒng)中，突出的要求是抑制擾動(dòng)的性能。 在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中突出的要求是跟蹤性能。 衡量控制系統(tǒng)調(diào)理質(zhì)量的優(yōu)劣可以歸納為三個(gè)方面即穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性、快速性。 2.2 調(diào)理器的控制規(guī)律 調(diào)理器的控制規(guī)律中最根本的作用是:比例(P)、積分(I)和微分(D)作用 常用的調(diào)理器按其控制規(guī)律可分為：比例調(diào)理器P、比例積分調(diào)理器PI、比例微分調(diào)理PD、比例積分微分調(diào)理器PID 哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 1. 比例作用 (P作用)

8、 動(dòng)態(tài)方程式： 傳送函數(shù)為： 比例作用的比例系數(shù) 特點(diǎn)為： 1無慣性、無遲延、動(dòng)作快,而且調(diào)理動(dòng)作的方向正確, 在控制系統(tǒng)中是促使控制過程穩(wěn)定的要素；2有差作用 2.2.1根本調(diào)理作用 哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院2. 積分作用(I作用) 動(dòng)態(tài)方程式： 傳送函數(shù)為： 積分速度 特點(diǎn)為： 1控制過程終了時(shí),被調(diào)量與其給定值之間沒有穩(wěn)態(tài)偏向 (無差調(diào)理)；2積分作用在控制系統(tǒng)中是使控制過程振蕩的要素,很少單獨(dú)運(yùn)用哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3. 微分作用(D作用) 動(dòng)態(tài)方程式： 傳送函數(shù)為： 微分作用的比例系數(shù) 特點(diǎn)為： 1微分作器具有超前調(diào)理的特點(diǎn) 2能提高控制過程的穩(wěn)定性 3不能單獨(dú)運(yùn)用哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)

9、學(xué)院總結(jié): 比例作用能單獨(dú)地執(zhí)行調(diào)理義務(wù),并能使控制過程趨于穩(wěn)定,但使被調(diào)量產(chǎn)生靜態(tài)偏向。 積分作用只需極少的情況(對(duì)象自平衡才干大,慣性和遲延很小等)才干單獨(dú)運(yùn)用,會(huì)使控制過程變成振蕩甚至不穩(wěn)定 , 但能使被調(diào)量元靜態(tài)偏向。 微分作用不能單獨(dú)運(yùn)用,但能提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有效地減少被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏向. 哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院1. 比例(P)調(diào)理器傳送函數(shù)為: Kp ：調(diào)理器的比例系數(shù),即偏向改動(dòng)一個(gè)單位時(shí)，調(diào)理機(jī)構(gòu)的位移變化量，它是調(diào)理器的參數(shù) ; ：比例系數(shù)Kp的倒數(shù),即當(dāng)調(diào)理機(jī)關(guān)的位置改動(dòng)100% 時(shí)，偏向應(yīng)有的改動(dòng)量, 稱為比例帶，越大比例作用越弱 。2.2.2調(diào)理器的控制規(guī)律 哈爾濱

10、電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院2. 比例積分(PI)調(diào)理器動(dòng)態(tài)方程為 ：傳送函數(shù)為: KI : 調(diào)理器的積分速度, 即當(dāng)偏向改動(dòng)100% 時(shí),調(diào)理機(jī)構(gòu)的挪動(dòng)速度 Ti : 積分時(shí)間 哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院2. 比例積分(PI)調(diào)理器PI 調(diào)理器的階躍呼應(yīng)曲線 比例調(diào)理 + 積分調(diào)理粗調(diào) + 細(xì)調(diào)哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3. 比例微分(PD)調(diào)理器動(dòng)態(tài)方程為 ：傳送函數(shù)為: 微分時(shí)間越長 , 表示微分作用越強(qiáng);比例帶不但影響比例作用的強(qiáng)弱而且也影響微分作用的強(qiáng)弱 .哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3. 比例微分(PD)調(diào)理器階躍呼應(yīng)曲線: (b)(a)斜坡呼應(yīng)曲線: 導(dǎo)前時(shí)間 哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3. 比例微分(PD)調(diào)理器實(shí)踐比例微分調(diào)理器的動(dòng)態(tài)方程式為: 傳送函數(shù)為: 慣性環(huán)節(jié)TD : PD調(diào)理器的微分慣性時(shí)間常數(shù) 哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3. 比例