控制系統(tǒng)的基本概念解析課件

1、 自控原理的基本內(nèi)容1 控制系統(tǒng)的基本概念 自控原理的基本內(nèi)容1 控制系統(tǒng)的基本概念 控制系統(tǒng)正常工作的首要條件是系統(tǒng)穩(wěn)定。一個(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不能正常工作的，當(dāng)然更談不上高質(zhì)量地工作了。研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性是控制理論的首要問(wèn)題。經(jīng)典控制理論對(duì)于判定系統(tǒng)是否穩(wěn)定提供了多種方法，幾種線性定常系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)及其使用?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定分析 控制系統(tǒng)正常工作的首要條件是系統(tǒng)穩(wěn)定。一 系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指自動(dòng)控制系統(tǒng)在受到擾動(dòng)作用使平衡狀態(tài)破壞后，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)能重新達(dá)到平衡狀態(tài)的性能。即 系統(tǒng)是穩(wěn)定的 系統(tǒng)是不穩(wěn)定的?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定的基本條件 系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指自動(dòng)控制系統(tǒng)在受到擾動(dòng)作用使平衡描述線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的微分方程

2、為 系統(tǒng)穩(wěn)定性的數(shù)學(xué)含義是指系統(tǒng)去掉擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，即當(dāng)方程右邊 為零時(shí)（即齊次方程）， 是否收斂。當(dāng)時(shí)間t時(shí)， 存在，系統(tǒng)穩(wěn)定。 控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件描述線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的微分方程為當(dāng)時(shí)間t時(shí)， 控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件 線性閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定，是系統(tǒng)本身的一種特性，與系統(tǒng)輸入量無(wú)關(guān)。因此，假設(shè)線性系統(tǒng)在初始條件為零時(shí)，作用一個(gè)理想單位脈沖 ，這時(shí)系統(tǒng)的輸出增量為脈沖響應(yīng)c(t)。這相當(dāng)于系統(tǒng)在擾動(dòng)信號(hào)作用下，輸出信號(hào)偏離平衡狀態(tài)。若 時(shí)，脈沖響應(yīng) 。對(duì)應(yīng)上式的拉氏變換 特征方程?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定的充要條件因式分解得有n個(gè)根，k個(gè)實(shí)數(shù)根，2r個(gè)復(fù)數(shù)根。上式的反拉氏變換，有控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件只

3、有當(dāng)實(shí)數(shù)根i，復(fù)數(shù)根的實(shí)部 i 為負(fù)值時(shí)，有 ，系統(tǒng)穩(wěn)定。否則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。因式分解得控制系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件只有當(dāng)實(shí)數(shù)根i，復(fù)數(shù)根的實(shí) 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根均具有負(fù)實(shí)部；或者說(shuō)，閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)均位于s平面的左半部。下圖給出了s平面上閉環(huán)極點(diǎn)（特征根）的位置與穩(wěn)定性的關(guān)系?？刂葡到y(tǒng)穩(wěn)定的充要條件6個(gè)根均在虛軸的左側(cè)，所以該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 線性系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件是：閉環(huán)系統(tǒng)特征方程的所有根均具控制系統(tǒng)的基本概念解析課件 系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法可總結(jié)如下勞斯-赫爾維茨（Routh-hurwitz）判據(jù) 代數(shù)判據(jù)方法。根據(jù)系統(tǒng)特征方程式判斷特征根在s平面的位置。根軌跡

4、法 圖解求特征根的方法。根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)，以某一參數(shù)做出閉環(huán)系統(tǒng)的特征根在s平面的軌跡。奈奎斯特（Nyquist）判斷 復(fù)變函數(shù)的方法。根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)的頻率特性確定閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。李雅普諾夫方法 根據(jù)李雅普諾夫函數(shù)的特征確定穩(wěn)定性，適用于線性和非線性系統(tǒng)。 系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法可總結(jié)如下 系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法可總結(jié)如下直接方法 求解特征方程式的根。由上述系統(tǒng)穩(wěn)定性充要條件來(lái)判定系統(tǒng)的。當(dāng)階次高于4，根的求解就很困難。間接方法 間接分析方法通常有代數(shù)穩(wěn)定判據(jù)法、頻域穩(wěn)定判據(jù)法等。（1）代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)，也稱勞斯-霍爾維茨穩(wěn)定性判據(jù)；（2）頻率穩(wěn)定性判據(jù)，也稱奈奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)。 (3) 根軌跡

5、法，特征方程根在s平面的變化軌跡，圖解法分析穩(wěn)定性。 頻域法分析系統(tǒng)穩(wěn)定性不僅能分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，也能方便地分析系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性。 系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定方法可總結(jié)如下其他內(nèi)容 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析控制系統(tǒng)的校正線性離散系統(tǒng)的分析其他內(nèi)容 2022/10/1212第一章 控制系統(tǒng)的基本概念過(guò)程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用2022/10/1012第一章 控制系統(tǒng)的基本概念過(guò)程裝備2022/10/1213第一章 控制系統(tǒng)的基本概念1-1概述1-2控制系統(tǒng)的組成1-3控制系統(tǒng)方框圖1-4控制系統(tǒng)的分類1-5控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及其性能指標(biāo)本章重點(diǎn)內(nèi)容2022/10/1013第一章 控制系統(tǒng)的基本概念1-12022/

6、10/1214生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的作用確保生產(chǎn)正常運(yùn)行提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗降低生產(chǎn)成本改善勞動(dòng)條件，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化自動(dòng)化裝置已成為大型設(shè)備不可分割的重要組成部分。 自動(dòng)化程度成為衡量工業(yè)企業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。 1-1概述2022/10/1014生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的作用確保生產(chǎn)正常運(yùn)行2022/10/12151-1概述過(guò)程裝備控制是指在過(guò)程設(shè)備上，配上一些自動(dòng)化裝置以及合適的自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)代替操作人員的部分或全部直接勞動(dòng)，使設(shè)計(jì)、制造、裝配、安裝等在不同程度上自動(dòng)地進(jìn)行。過(guò)程裝備控制生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的重要分支2022/10/10151-1概述過(guò)程裝備控制是指在過(guò)程設(shè)2022/10/1

7、216一、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)容 自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)工藝參數(shù)P,Q,T測(cè)量值Px,Qx,Tx設(shè)定值2022/10/1016一、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)的內(nèi)容 自動(dòng)控2022/10/12171、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)作用：自動(dòng)連續(xù)地對(duì)各種工藝變量進(jìn)行測(cè)量，并將測(cè)量結(jié)果“信息”傳送給控制系統(tǒng)，作為自動(dòng)控制的依據(jù)。常見的自動(dòng)檢測(cè)儀表有哪些？2022/10/10171、自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)作用：自動(dòng)連續(xù)地對(duì)各2022/10/12182、信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)作用：在事故發(fā)生前自動(dòng)地發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，引起操作員的注意以便及早采取措施 。實(shí)施：打開安全閥，切斷某種通路或緊急停車，防止事故發(fā)生或擴(kuò)大。2022

8、/10/10182、信號(hào)聯(lián)鎖系統(tǒng)作用：在事故發(fā)生前2022/10/12193、自動(dòng)操縱系統(tǒng)作用：一種根據(jù)預(yù)先規(guī)定的程序，自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作，極大地減輕操作人員的繁重或重復(fù)性體力勞動(dòng)的裝置。 2022/10/10193、自動(dòng)操縱系統(tǒng)作用：一種根據(jù)預(yù)先規(guī)2022/10/12204、自動(dòng)控制系統(tǒng)作用：利用一些自動(dòng)控制儀表及裝置，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中某些重要的工藝變量進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使它們?cè)谑艿酵饨绺蓴_影響偏離正常狀態(tài)后，能夠自動(dòng)地重新回復(fù)到規(guī)定的范圍之內(nèi)，從而保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。2022/10/10204、自動(dòng)控制系統(tǒng)作用：利用一些自動(dòng)控2022/10/1221二、過(guò)程裝備控制的任務(wù)和要求 控

9、制參數(shù)：溫度、壓力、流量、液位、成分和物性等。安全性穩(wěn)定性經(jīng)濟(jì)性人身安全和設(shè)備安全生產(chǎn)成本低，效率高抵抗干擾，穩(wěn)定運(yùn)行要求2022/10/1021二、過(guò)程裝備控制的任務(wù)和要求 控制參2022/10/1222二、過(guò)程裝備控制的任務(wù)和要求 任務(wù)：了解、掌握特性 理論分析和綜合 選擇技術(shù)手段加以實(shí)現(xiàn) 安全性、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性 2022/10/1022二、過(guò)程裝備控制的任務(wù)和要求 任務(wù)：2022/10/1223二、過(guò)程裝備控制的任務(wù)和要求 控制理論 計(jì)算機(jī)技術(shù) 工藝知識(shí) 儀器儀表 過(guò)程裝備控制 2022/10/1023二、過(guò)程裝備控制的任務(wù)和要求 控制理2022/10/12241-2 控制系統(tǒng)的組成 (

10、a)人工控制 (b)自動(dòng)控制 鍋爐水位控制方式示意圖 為什么需要 控制鍋爐水位？2022/10/10241-2 控制系統(tǒng)的組成 2022/10/1225一、人工控制和自動(dòng)控制的比較人工控制自動(dòng)控制眼睛檢測(cè)系統(tǒng)大腦信號(hào)系統(tǒng)手操縱系統(tǒng)2022/10/1025一、人工控制和自動(dòng)控制的比較人工控制2022/10/1226二、液位自動(dòng)控制的流程圖 (a)示意圖 (b)流程圖 鍋爐水位自動(dòng)控制2022/10/1026二、液位自動(dòng)控制的流程圖 2022/10/1227三、控制系統(tǒng)流程圖符號(hào)及其含義字母ACDEFILM首位分析電導(dǎo)率密度電壓流量電流液位水分濕度后位報(bào)警控制檢測(cè)元件指示第1位字母：被測(cè)變量 第2

11、位字母：儀表的功能字母PQRSTVWZ首位壓力數(shù)量放射性速度溫度粘度力位置后位累積記錄開關(guān)連鎖傳送變送閥擋板套管執(zhí)行2022/10/1027三、控制系統(tǒng)流程圖符號(hào)及其含義字母A2022/10/1228下列符號(hào)的意義PICFRTRCLICALICPI2022/10/1028下列符號(hào)的意義PICFRTRCLIC流程圖(P&ID 圖, Piping and Instrumentation Diagram) 脫乙烷塔的工藝管道及儀表流程圖舉例 使用自控設(shè)計(jì)的文字符號(hào)和圖形符號(hào)在工藝流程圖上描述生產(chǎn)過(guò)程自控原理圖。FR-流量記錄儀PI-壓力指示儀PIC-壓力顯示控制器LIC-液位顯示控制器流程圖(P&I

12、D 圖, Piping and InstrumP&ID 圖中所采用的圖例符號(hào)要按有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：GB/T 2625-1981 過(guò)程檢測(cè)和控制流程圖用圖形符號(hào)和文字代號(hào)適用于化工、石油、冶金、電力、輕工、紡織、建材和其他工業(yè)，旨在為過(guò)程檢測(cè)和控制流程圖所用的儀表裝置規(guī)定統(tǒng)一的表示方法。HG/T 20505-2000 過(guò)程測(cè)量與控制儀表的功能標(biāo)志及圖形符號(hào)適用于化工自控專業(yè)的初步設(shè)計(jì)/基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)/施工圖設(shè)計(jì)中儀表位號(hào)編制，監(jiān)控系統(tǒng)原理圖等設(shè)計(jì)工作。P&ID 圖中所采用的圖例符號(hào)要按有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：（一）儀表位號(hào) 工藝管道及儀表流程圖中每個(gè)系統(tǒng)、每臺(tái)儀表都有一個(gè)唯一的標(biāo)識(shí)，這個(gè)標(biāo)識(shí)叫作位號(hào)。

13、 儀表位號(hào)由儀表功能標(biāo)志與儀表回路編號(hào)兩部分組成。儀表功能標(biāo)志由一個(gè)首位字母及一個(gè)或二至三個(gè)后繼字母組成。回路編號(hào)可以用工序號(hào)加儀表順序號(hào)組成，也可以用其它規(guī)定方法進(jìn)行編號(hào)。（一）儀表位號(hào) 示例回路編號(hào)后繼字母（表示儀表功能）首位字母（表示被測(cè)變量）P IC 2 07示例回路編號(hào)后繼字母（表示儀表功能）首位字母（表示被測(cè)變量） 儀表位號(hào)在管道儀表流程圖和系統(tǒng)圖中的標(biāo)注方法是：字母代號(hào)填寫在儀表圓圈的上半圓中；回路編號(hào)填寫在下半圓中。 TRCPI1201(a) 集中儀表盤面安裝儀表 (b) 就地安裝儀表131 儀表位號(hào)在管道儀表流程圖和系統(tǒng)圖中的標(biāo)注方法是：字母代被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)（二

14、）文字代號(hào) 被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)（二）文字代號(hào) （三）圖形符號(hào)（三）圖形符號(hào)示例：FC壓力指示儀，就地安裝，回路編號(hào)121流量控制器TRC溫度記錄控制器TT溫度變送器PDT差壓變送器溫度記錄控制儀，集中盤面安裝，回路編號(hào)141示例：FC壓力指示儀，就地安裝，回路編號(hào)121流量控制器TR2022/10/1237四、控制系統(tǒng)的組成輔助裝置：給定裝置、轉(zhuǎn)換裝置、顯示儀表等 自動(dòng)控制裝置被控對(duì)象測(cè)量元件變送器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器加熱爐反應(yīng)器換熱器2022/10/1037四、控制系統(tǒng)的組成輔助裝置：給定裝置2022/10/12381-3 控制系統(tǒng)的方框圖一、方框圖的作用 更清楚地表示出控制系統(tǒng)的組成、作

15、用以及各個(gè)組成部分之間的相互影響和信息聯(lián)系。簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的方框圖 調(diào)節(jié)器執(zhí)行器被控過(guò)程測(cè)量元件及變送器參比信號(hào) ys偏差e控制信號(hào) u操縱變量 m被控變量 yf 干擾作用 ym2022/10/10381-3 控制系統(tǒng)的方框圖一、方框圖2022/10/1239二、常用術(shù)語(yǔ)及說(shuō)明被控變量：需要控制的工藝參數(shù)，是被控對(duì)象的輸出信號(hào)。在控制系統(tǒng)方框圖中，它也是自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)。給定值：對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)過(guò)程中被控變量的期望值。分為內(nèi)給定值和外給定值。測(cè)量值：由檢測(cè)元件得到的被控變量的實(shí)際值。操縱變量：受控于調(diào)節(jié)閥，用以克服干擾影響，具體實(shí)現(xiàn)控制作用的變量稱為操縱變量，它是調(diào)節(jié)閥的輸出信號(hào)。液位控制被控變

16、量：液位。給定值：液位高度。測(cè)量值：液位（通過(guò)壓差測(cè)量）。操縱變量：流量（閥門控制）。2022/10/1039二、常用術(shù)語(yǔ)及說(shuō)明被控變量：需要控制2022/10/1240二、常用術(shù)語(yǔ)及說(shuō)明干擾：引起被控變量偏離給定值的，除操縱變量以外的各種因素。最常見的干擾因素是負(fù)荷改變，電壓、電流的波動(dòng)，氣候變化等。偏差信號(hào)：被控變量的實(shí)際值與給定值之差?？刂菩盘?hào)：控制器將偏差按一定規(guī)律計(jì)算得到的量。干擾：流量波動(dòng)的因素。偏差信號(hào)：液位的變化量。控制信號(hào)：驅(qū)動(dòng)閥門電流大小。2022/10/1040二、常用術(shù)語(yǔ)及說(shuō)明干擾：引起被控變量換熱器溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)換熱器溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)2022/10/12421-4

17、控制系統(tǒng)的分類按不同的被控變量溫度控制系統(tǒng)流量控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng) 按調(diào)節(jié)器的不同控制規(guī)律比例控制系統(tǒng)比例積分控制系統(tǒng)比例微分控制系統(tǒng)比例微分積分控制系統(tǒng)PIDProportionIntegralDifferential2022/10/10421-4 控制系統(tǒng)的分類按不同的被控2022/10/12431-4 控制系統(tǒng)的分類按給定值的 不同特點(diǎn)定值控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng) 按信號(hào)對(duì)變量的 不同影響程度閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)2022/10/10431-4 控制系統(tǒng)的分類按給定值的定2022/10/12441-4 控制系統(tǒng)的分類按系統(tǒng)克服干擾的不同方法反饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)前

18、饋-反饋控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) 按系統(tǒng)的 不同復(fù)雜程度2022/10/10441-4 控制系統(tǒng)的分類按系統(tǒng)克服干1.4 控制系統(tǒng)的分類一、按給定值的特點(diǎn)劃分1.定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)給定值是恒定不變，因此稱為“定值”。1.4 控制系統(tǒng)的分類一、按給定值的特點(diǎn)劃分2.隨動(dòng)控制系統(tǒng) 隨動(dòng)控制系統(tǒng)的給定值是一個(gè)不斷變化的信號(hào)，而且這種變化不是預(yù)先規(guī)定好的，也就是說(shuō)給定值的變化是隨機(jī)的。2.隨動(dòng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的基本概念解析課件3.程序控制系統(tǒng) 程序控制系統(tǒng)的給定值也是一個(gè)小斷變化的信號(hào)，但這種變化是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即給定值按一定的時(shí)間程序變化。3.程序控制系統(tǒng)二、按系統(tǒng)輸出信號(hào)對(duì)操縱

19、變量影響劃分1.閉環(huán)控制 系統(tǒng)輸出信號(hào)的改變會(huì)返回影響操縱變量，即操縱變量依賴于輸出變量。閉環(huán)控制系統(tǒng)的最常見形式是負(fù)反饋控制系統(tǒng)。二、按系統(tǒng)輸出信號(hào)對(duì)操縱變量影響劃分1.閉環(huán)控制2.開環(huán)控制 系統(tǒng)的操縱變量不受系統(tǒng)輸出信號(hào)的影響。 一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)，當(dāng)反饋回路斷開或調(diào)節(jié)器置于“手操”位置時(shí)，就成為開環(huán)控制系統(tǒng)。2.開環(huán)控制 一個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)，當(dāng)反饋回路斷開三、按系統(tǒng)的復(fù)雜程度劃分1.簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)只有一個(gè)簡(jiǎn)單的反饋回路，也可稱為單回路控制系統(tǒng)。是單輸入單輸出的線性控制系統(tǒng)。三、按系統(tǒng)的復(fù)雜程度劃分2.復(fù)雜控制系統(tǒng)系統(tǒng)中包含多個(gè)調(diào)節(jié)器、多個(gè)檢測(cè)變送器或多個(gè)執(zhí)行器；系統(tǒng)中存在有多個(gè)回路或者在系統(tǒng)中

20、存在有多個(gè)輸入信號(hào)和多個(gè)輸山信號(hào)。2.復(fù)雜控制系統(tǒng)2.復(fù)雜控制系統(tǒng) 夾套反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)有兩個(gè)回路，反應(yīng)器的溫度T1通過(guò)進(jìn)入夾套的蒸汽量加以控制。夾套反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)2.復(fù)雜控制系統(tǒng) 夾套反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)有兩個(gè)回 由圖可見，該系統(tǒng)具有兩個(gè)反饋回路，工程上又稱串級(jí)控制系統(tǒng)。夾套反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)方框圖 由圖可見，該系統(tǒng)具有兩個(gè)反饋回路，工程上又稱四、按系統(tǒng)克服干擾的方法劃分1.反饋控制系統(tǒng)干擾 f 使系統(tǒng)的被控變量發(fā)生改變。被控變量反饋至系統(tǒng)輸入端與給定值相比較并得到偏差信號(hào)。偏差信號(hào)經(jīng)調(diào)節(jié)器及調(diào)節(jié)閥影響操縱變量，以減弱或消除被控變量的變化。四、按系統(tǒng)克服干擾的方法劃分干擾 f 使系統(tǒng)的被

21、控變量發(fā)生改2.前饋控制系統(tǒng)干擾 f 引起被控對(duì)象的輸出y2改變?？刂葡到y(tǒng)測(cè)得干擾信號(hào)的大小（不是輸出信號(hào)），輸入前饋補(bǔ)償器，其輸出去控制操縱變量m，引起被控對(duì)象輸出y1的改變，且y1與y2的方向相反，由此減弱或消除被控變量y受干擾影響而產(chǎn)生的變化。當(dāng)前饋完全補(bǔ)償時(shí)，有y = y1 + y2 = 0。2.前饋控制系統(tǒng)干擾 f 引起被控對(duì)象的輸出y2改變。3.前饋-反饋控制系統(tǒng)當(dāng)受到干擾 f 的影響時(shí)，可以通過(guò)前饋控制器使被控變量不變，若前饋補(bǔ)償不完全，還可以通過(guò)反饋控制系統(tǒng)加以修正?？刂葡到y(tǒng)受其他因素影響，或系統(tǒng)的給定值發(fā)生改變時(shí)，則由反饋控制系統(tǒng)加以控制。3.前饋-反饋控制系統(tǒng)當(dāng)受到干擾 f

22、 的影響時(shí)，可以通過(guò)前饋2022/10/12581-5控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及其性能指 自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用：檢測(cè)變化、計(jì)算偏差并消除偏差。自動(dòng)控制系統(tǒng)質(zhì)量的依據(jù):被控變量的變化情況、偏離給定值的最大程度以及系統(tǒng)消除偏差速度、精度等。過(guò)渡過(guò)程：系統(tǒng)受到干擾后，被控變量發(fā)生變化而偏離給定值，系統(tǒng)即進(jìn)入過(guò)渡過(guò)程。2022/10/10581-5控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及其性能指2022/10/1259一、控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 定義：從被控對(duì)象受到干擾作用使被控變量偏離給定值時(shí)起，調(diào)節(jié)器開始發(fā)揮作用，使被控變量回復(fù)到給定值附近范圍內(nèi)。然而這一回復(fù)并不是瞬間完成的，而是要經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程就是控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。

23、形成：控制系統(tǒng)在閉環(huán)情況下，在干擾和自動(dòng)控制的共同作用下形成的。 2022/10/1059一、控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 定義：從被控2022/10/1260階躍干擾階躍干擾的形成：負(fù)荷的變化直流電路的突然斷開或接通閥門的突然變化2022/10/1060階躍干擾階躍干擾的形成：2022/10/1261階躍干擾下，控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程形式發(fā)散振蕩過(guò)程等幅振蕩過(guò)程衰減振蕩過(guò)程非振蕩的單調(diào)過(guò)程2022/10/1061階躍干擾下，控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程形式發(fā)2022/10/1262階躍干擾下控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的基本形式發(fā)散振蕩過(guò)程：系統(tǒng)在受到階躍干擾的作用后，不但不能使被控變量回到給定值，反而越來(lái)越偏離給定值，以致超

24、出生產(chǎn)的規(guī)定限度，嚴(yán)重時(shí)引起事故。應(yīng)用：這是一種不穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程，因此要盡量避免。 2022/10/1062階躍干擾下控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的基本形式2022/10/1263階躍干擾下控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的基本形式衰減振蕩過(guò)程：被控變量在穩(wěn)定值附近上下波動(dòng)，經(jīng)過(guò)二三個(gè)周期就穩(wěn)定下來(lái)。應(yīng)用：這是一種穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程，在過(guò)程控制中，多數(shù)情況下都希望得到這樣的過(guò)渡過(guò)程。 2022/10/1063階躍干擾下控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的基本形式2022/10/1264階躍干擾下控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的基本形式應(yīng)用：某些工藝上允許被控變量在一定范圍內(nèi)被動(dòng)的、控制質(zhì)量要求不高的場(chǎng)合。等幅振蕩過(guò)程：被控變量在某穩(wěn)定值附近振蕩，而振蕩幅度

25、恒定不變。這意味著系統(tǒng)在受到階躍干擾作用后，就不能再穩(wěn)定下來(lái)，一般不采用。2022/10/1064階躍干擾下控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的基本形式2022/10/1265階躍干擾下控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的基本形式應(yīng)用：與衰減振蕩相比，其回復(fù)到平衡狀態(tài)的速度慢、時(shí)間長(zhǎng)。因此一般不采用。 非振蕩的單調(diào)過(guò)程：被控變量最終穩(wěn)定下來(lái)了，是一個(gè)穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程。2022/10/1065階躍干擾下控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程的基本形式2022/10/1266階躍干擾下，控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程形式發(fā)散振蕩過(guò)程等幅振蕩過(guò)程衰減振蕩過(guò)程非振蕩的單調(diào)過(guò)程2022/10/1066階躍干擾下，控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程形式發(fā)2022/10/1267結(jié)論一個(gè)自動(dòng)控

26、制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 應(yīng)是一個(gè)漸趨穩(wěn)定的過(guò)程，這是滿足生產(chǎn)要求的基本保證； 在大多數(shù)場(chǎng)合下，應(yīng)是一個(gè)衰減振蕩的過(guò)程。2022/10/1067結(jié)論一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程2022/10/1268二、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)最優(yōu)目標(biāo)：？?jī)?yōu)點(diǎn)：被控變量在受到干擾作用后重新趨于穩(wěn)定控制速度快回復(fù)時(shí)間短衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程2022/10/1068二、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)最優(yōu)目標(biāo)：？?jī)?yōu)2022/10/1269評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：兩大類過(guò)渡過(guò)程的質(zhì)量指標(biāo)：以系統(tǒng)受到單位階躍輸入作用后的響應(yīng)曲線(又稱過(guò)渡過(guò)程線)的形式給出的，如最大偏差(或超調(diào)量)、衰減比、余差、回復(fù)時(shí)間等。偏差積分性能指標(biāo)：一般是希望輸出與系統(tǒng)實(shí)際輸出之間誤差的

27、某個(gè)函數(shù)的積分，這些值達(dá)到最小值的系統(tǒng)是某種意義下的最優(yōu)系統(tǒng)。常用的有平方誤差積分指標(biāo)、時(shí)間乘平方誤差的積分指標(biāo)、絕對(duì)誤差積分指標(biāo)以及時(shí)間乘誤差的積分指標(biāo)等。2022/10/1069評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：兩大類過(guò)渡過(guò)程的質(zhì)量指標(biāo)：2022/10/12701.以階躍響應(yīng)曲線形式表示的質(zhì)量指標(biāo) 一個(gè)定值控制系統(tǒng)和隨動(dòng)控制系統(tǒng)在受到階躍干擾作用后的衰減振蕩過(guò)渡過(guò)程曲線。由于輸入作用于系統(tǒng)的位置不同，故階躍響應(yīng)也有所區(qū)別。2022/10/10701.以階躍響應(yīng)曲線形式表示的質(zhì)量指標(biāo)2022/10/12711.以階躍響應(yīng)曲線形式表示的質(zhì)量指標(biāo) 對(duì)于定值系統(tǒng)(a)，由于給定值不變，因此被控變量總是圍繞著過(guò)程的初始值變

28、化；2022/10/10711.以階躍響應(yīng)曲線形式表示的質(zhì)量指標(biāo)2022/10/12721.以階躍響應(yīng)曲線形式表示的質(zhì)量指標(biāo) 對(duì)于隨動(dòng)系統(tǒng)(b)，由于給定值的變化是輸入作用，整個(gè)過(guò)渡過(guò)程始終圍繞這個(gè)變化了的給定值而波動(dòng)。 2022/10/10721.以階躍響應(yīng)曲線形式表示的質(zhì)量指標(biāo)2022/10/1273對(duì)一個(gè)定值控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最大偏差是指過(guò)渡過(guò)程中被控變量第一個(gè)波的峰值與給定值的差，如圖 (a)中的A；最大偏差2022/10/1073對(duì)一個(gè)定值控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最大偏差是指2022/10/1274在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，通常采用另一個(gè)指標(biāo)超調(diào)量。超調(diào)量2022/10/1074在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中，通常采用

29、另一個(gè)指標(biāo)2022/10/1275過(guò)渡過(guò)程曲線上同方向的相鄰兩個(gè)波峰之比，即B1:B2，一般用n：1表示。衰減比2022/10/1075過(guò)渡過(guò)程曲線上同方向的相鄰兩個(gè)波峰之2022/10/1276n越小，衰減程度越小;反之，越接近非周期的單調(diào)過(guò)程。n1時(shí)，過(guò)渡過(guò)程為等幅振蕩；nl時(shí)，過(guò)渡過(guò)程為發(fā)散振蕩；n1時(shí)，過(guò)渡過(guò)程為衰減振蕩；n，過(guò)渡過(guò)程為單調(diào)過(guò)程。衰減比2022/10/1076衰減比2022/10/1277n值究竟多大為合適，沒有嚴(yán)格的規(guī)定。從便于操作管理，過(guò)程進(jìn)行又有適當(dāng)?shù)乃俣冗@兩方面結(jié)合考慮，般希望衰減比在4：110：1之間為好，中國(guó)多習(xí)慣采用4：1。衰減比2022/10/1077n值究竟多大為合適，沒有嚴(yán)格的規(guī)定。2022