31自動化-01第一章 基本概念Rev2

1、化工自動化及儀表第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念100第一章授課教師：和萌林101章章節(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)第一章自自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)基本概概念第一節(jié)化化工自自動化的的主要內(nèi)內(nèi)容第二節(jié)自自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)的基本本組成及及方塊圖圖第三節(jié)自自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)的分類類第四節(jié)自自控系系統(tǒng)的過過渡過程程和品質(zhì)質(zhì)指標一、控制制系統(tǒng)的的靜態(tài)與與動態(tài)二、控制制系統(tǒng)的的過渡過過程三、控制制系統(tǒng)的的品質(zhì)指指標四、影響響控制系系統(tǒng)過渡渡過程品品質(zhì)的主主要因素素第五節(jié)工工藝管管道及控控制流程程圖一、圖形形符號二、字母母代號三、儀表表位號第一章基基本本概念第二章對對象象數(shù)學模模型第三章儀儀表與與傳感器器第四章顯顯示示儀表第五章自自動動控制儀儀

2、表第六章執(zhí)執(zhí)行行器第七章簡簡單單控制系系統(tǒng)第八章復復雜雜控制系系統(tǒng)第九章新新型型控制系系統(tǒng)第十章計計算算機控制制系統(tǒng)第11章典典型控制制方案教學基本本要求：掌握自動動控制系系統(tǒng)的組組成，了了解各組組成部分分的作用用及相互互影響關(guān)關(guān)系；理解自動動控制系系統(tǒng)中常常用的各各種術(shù)語語，掌握握方塊圖圖的意義義及畫法法；熟悉管道道及控制制流程圖圖上常用用符號的的意義；了解控制制系統(tǒng)的的幾種分分類，掌握系統(tǒng)統(tǒng)的動態(tài)態(tài)與靜態(tài)態(tài)；掌握閉環(huán)環(huán)控制系系統(tǒng)在階階躍干擾擾作用下下過渡過過程的幾幾種基本本形式及及過渡過過程品質(zhì)質(zhì)指標的的含義。教學要求求第 一章章第一節(jié)主要內(nèi)容容第二節(jié)系統(tǒng)組成成及方塊圖圖第三節(jié)系系統(tǒng)分類類

3、第四節(jié)過過渡過程程和品質(zhì)指指標1.靜態(tài)與動動態(tài)2.過渡過程程3.品質(zhì)指標標4.影響過渡渡過程品質(zhì)主要要因素第五節(jié)工工藝管道道及控制流程程圖1.圖形符號號2.字母代號號3.儀表位號號第 一章章第一節(jié)主要內(nèi)容容第二節(jié)系統(tǒng)組成成及方塊圖圖第三節(jié)系系統(tǒng)分分類第四節(jié)過過渡過過程和品質(zhì)指指標1.靜態(tài)與動動態(tài)2.過渡過程程3.品質(zhì)指標標4.影響過渡渡過程品質(zhì)主要要因素第五節(jié)工工藝管道道及控制流程程圖1.圖形符號號2.字母代號號3.儀表位號號過程自動動化在生產(chǎn)設(shè)設(shè)備上配配置一些些裝置，代替人人工的部部分直接接勞動，使生產(chǎn)產(chǎn)過程在在不同程程度上自自動地進進行。這這種用自自動化裝裝置來管管理生產(chǎn)產(chǎn)過程的的方式稱稱

4、為過程程自動化化。自動檢測測系統(tǒng)自動信號號和聯(lián)鎖鎖保護系系統(tǒng)自動操縱縱及自動動開停車車系統(tǒng)自動控制制系統(tǒng)110第第一節(jié)第一節(jié)化化工工自動化化的主要要內(nèi)容過程自動化化工自動動化化工類（化工、煉油、輕工、食品）生產(chǎn)過程程的自動動化控制制簡稱為為“化工工自動化化”。第一節(jié)主主要內(nèi)內(nèi)容111自自動檢測測自動檢測測系統(tǒng)利用各種種檢測儀儀器儀表表對主要要參數(shù)（溫度、壓力、流量、料位）進行測量量、指示示或記錄錄，“了解”生產(chǎn)的任任務(wù)，這這種系統(tǒng)統(tǒng)稱為自自動檢測測系統(tǒng)。1-1化工自動動化的主主要內(nèi)容容自動檢測測系統(tǒng)自動信號號和聯(lián)鎖鎖保護系系統(tǒng)自動操縱縱及自動動開停車車系統(tǒng)自動控制制系統(tǒng)過程自動化圖中熱交交換器

5、是是利用蒸蒸汽來加加熱冷介介質(zhì)的，冷介質(zhì)質(zhì)經(jīng)加熱熱后的溫溫度是否否達到要要求，可可用測溫溫元件配配上平衡衡電橋來來測量、指示和和記錄；冷介質(zhì)質(zhì)的流量量可以用用孔板流流量計來來檢測，蒸汽壓壓力可用用壓力表表來指示示，這就就是一些些常用的的、簡單單的自動動檢測系系統(tǒng)。由此可見見，自動動檢測儀儀表可包包括包括括壓力、溫度、流量、液位等等的簡單單測量儀儀表或它它們的傳傳感器、變送器器、顯示示表等。 溫度計 溫度表 液位計 浮子流量計 彈簧管壓力表 質(zhì)量流量計自動檢測測系統(tǒng)實實際上是是代替了了操作人人員對工工藝參數(shù)數(shù)的觀察察與記錄錄，起到到人的眼眼睛的作作用。自動檢測測系統(tǒng)的的本質(zhì)（特點）:利用各種種檢

6、測儀儀器儀表表對主要要工藝參參數(shù)進行行檢測、指示或或記錄，達到“了解” 生產(chǎn)產(chǎn)任務(wù)的的目的。112聯(lián)聯(lián)鎖保護護在生產(chǎn)過過程中，有時由由于偶然然因素的的影響，導致工工藝參數(shù)數(shù)超出允允許范圍圍而出現(xiàn)現(xiàn)不正常常情況，有可能能引起事事故。為為此常對對一些關(guān)關(guān)鍵參數(shù)數(shù)設(shè)置自動信號號和聯(lián)鎖鎖保護裝裝置，當工藝藝參數(shù)超超過允許許范自動檢測測系統(tǒng)自動信號號和聯(lián)鎖鎖保護系系統(tǒng)自動操縱縱及自動動開停車車系統(tǒng)自動控制制系統(tǒng)過程自動化圍，在事事故發(fā)生生以前，信號系系統(tǒng)會自自動地發(fā)發(fā)出聲光光信號，告誡操操作人員員及時采采取措施施。如工工況已到到達危險險狀態(tài)，聯(lián)鎖系系統(tǒng)會立立即自動動采取緊緊急措施施，打開開安全閥閥或切斷

7、斷某些通通路，必必要時緊緊急停車車，以防防止事故故的發(fā)生生和擴大大。自動信號號和聯(lián)鎖鎖保護系系統(tǒng)是生產(chǎn)過過程中的的一種安安全裝置置。1-1化工自動動化的主主要內(nèi)容容113自自動操縱縱自動檢測測系統(tǒng)自動信號號和聯(lián)鎖鎖保護系系統(tǒng)自動操縱縱及自動動開停車車系統(tǒng)自動控制制系統(tǒng)過程自動化根據(jù)預先先規(guī)定的的步驟自自動地對對生產(chǎn)設(shè)設(shè)備進行行某種周周期性操操作，這這種系統(tǒng)統(tǒng)稱為自動操縱縱系統(tǒng)。例如：合合成氨造造氣車間間的煤氣氣發(fā)生爐爐自動加料料系統(tǒng)按照預先先規(guī)定好好的步驟驟，將生生產(chǎn)過程程自動地地投入運運行或自自動停車車，這種種系統(tǒng)稱稱為自動開停停車系統(tǒng)統(tǒng)。1-1化工自動動化的主主要內(nèi)容容114自自動控制制自

8、動檢測測系統(tǒng)自動信號號和聯(lián)鎖鎖保護系系統(tǒng)自動操縱縱及自動動開停車車系統(tǒng)自動控制制系統(tǒng)過程自動化生產(chǎn)過程程中各種種工藝條條件不可可能是一一成不變變的。特特別是化化工生產(chǎn)產(chǎn)，大多多數(shù)是連連續(xù)性生生產(chǎn)，設(shè)設(shè)備之間間相互關(guān)關(guān)聯(lián)，其其中一臺臺設(shè)備的的工藝條條件發(fā)生生變化時時，會引引起其他他設(shè)備的的某些參參數(shù)波動動，偏離離正常的工工藝條件件，因此此需要設(shè)設(shè)置一些些自動控控制裝置置，對生生產(chǎn)中一一些關(guān)鍵鍵性參數(shù)數(shù)進行自自動控制制，使它它們在受受到外界界干擾(擾動)的影響響而偏離離正常狀狀態(tài)時，能自動動地控制制而回到到規(guī)定的的數(shù)值范范圍內(nèi)，為此目目的而設(shè)設(shè)置的系系統(tǒng)就是是自動控制制系統(tǒng)。1-1化工自動動化的主

9、主要內(nèi)容容114自自動控制制a自動檢測測系統(tǒng)自動信號號和聯(lián)鎖鎖保護系系統(tǒng)自動操縱縱及自動動開停車車系統(tǒng)自動控制制系統(tǒng)過程自動化 溫度傳感/變送器 控制器 液位傳感/變送器 執(zhí)行器 料位變送器 壓力變送器 流量變送器1-1化工自動動化的主主要內(nèi)容容11e化工生產(chǎn)產(chǎn)的特點點：（1）連連續(xù)進行行物理或或化學反反應（2）密密閉空間間，高壓壓（3）高高溫（深深冷）（4）易易燃、易易爆介質(zhì)質(zhì)（5）有有毒、強強腐蝕性性介質(zhì)（6）類類型紛繁繁，控制制系統(tǒng)多多種多樣樣對化工儀儀表、控控制系統(tǒng)統(tǒng)的要求求：（1）適應應生產(chǎn)環(huán)環(huán)境高溫、高壓、易燃、腐蝕（2）適適應生產(chǎn)產(chǎn)要求控制穩(wěn)定定、準確、靈敏1-1化工自動動化的主

10、主要內(nèi)容容11e第一節(jié)小小結(jié)1由以上介介紹可以以看出：自動檢測測系統(tǒng)只能完成成“了解解”生產(chǎn)產(chǎn)過程進進行情況況的任務(wù)務(wù)；信號聯(lián)鎖鎖保護系系統(tǒng)只能在工工藝條件件進入某某種極限限狀態(tài)時時，采取取安全措措施，以以避免生生產(chǎn)事故故的發(fā)生生；自動操縱縱系統(tǒng)只能按照照預先規(guī)規(guī)定好的的步驟進進行某種種周期性性的操縱縱；只有自動控制制系統(tǒng)才能自動動地排除除各種干干擾因素素對工藝藝參數(shù)的的影響，使它們們始終保保持在預預先規(guī)定定的數(shù)值值上，保保證生產(chǎn)產(chǎn)維持在在正常或或最佳的的工藝操操作狀態(tài)態(tài)。因此，自動控制制系統(tǒng)是自動化化生產(chǎn)中中的核心心部分，也是本本課程了了解和學學習的重重點。自動檢測測系統(tǒng)自動信號號和聯(lián)鎖鎖保

11、護系系統(tǒng)自動操縱縱及自動動開停車車系統(tǒng)自動控制制系統(tǒng)過程自動化1-1化工自動動化的主主要內(nèi)容容120第第二節(jié)自動控制制系統(tǒng)是在人工工控制的的基礎(chǔ)上上產(chǎn)生和和發(fā)展起起來的。所以，在開始始介紹自自動控制制的時候候，先分分析人工工操作，并與自自動控制制加以比比較，可可以幫助助我們分分析和了了解自動動控制系系統(tǒng)。人工控制自動控制第 一章章第一節(jié)主要內(nèi)容容第二節(jié)系統(tǒng)組成成及方塊圖圖第三節(jié)系系統(tǒng)分分類第四節(jié)過過渡過過程和品質(zhì)指指標1.靜態(tài)與動動態(tài)2.過渡過程程3.品質(zhì)指標標4.影響過渡渡過程品質(zhì)主要要因素第五節(jié)工工藝管道道及控制流程程圖1.圖形符號號2.字母代號號3.儀表位號號第二節(jié)系統(tǒng)組成成及方塊圖圖第

12、二節(jié)自自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)的基本本組成及及方塊圖圖121人人工控制制人工控制制自動控制制 執(zhí)行 (手)行動: 根據(jù)大腦發(fā)出的命令，通過手去改變閥門開度，以改變出口流量Qo，從而使液位保持在所需高度上。 運算 (腦)思考、判斷、決策、命令: 大腦根據(jù)眼睛看到的液位高度，加以思考并與要求的液位值進行比較，得出偏差的大小和正負，然后根據(jù)操作經(jīng)驗，經(jīng)思考、決策后發(fā)出命令。 檢測 (眼)觀察: 用眼睛觀察玻璃管液位計(測量元件)中液位的高低，并通過神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦。動 手腦 想眼 看1-2自動控制制系統(tǒng)的的組成及及方框圖圖121自自動控制制檢測器(變送器) 將某一物理量（如：液位、流量、壓力、壓差或溫度等）

13、轉(zhuǎn)變成可利用信號；變送器將該信號轉(zhuǎn)變成標準信號。 控制器 根據(jù)變送器信號和工藝需求，算出偏差，經(jīng)過某種運算發(fā)出控制信息。 執(zhí)行器 根據(jù)控制器的控制信息，改變閥門開度。 人工控制制自動控制制檢測元件件與變送送器自動控制制器（控制器器）執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥閥、控制制閥）自動化系統(tǒng)組成自動控制制系統(tǒng)是在人工工控制的的基礎(chǔ)上上產(chǎn)生和和發(fā)展起起來的，其主要要裝置包包括測量量元件與與變送器器、控制制器、執(zhí)執(zhí)行器，分別代代替了人人的眼、腦、手手三個器器官的功功能。1-2自動控制制系統(tǒng)的的組成及及方框圖圖121系系統(tǒng)組成成在自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)的組成成中，除除了必須須具有前前述的自自動化裝裝置外，還必須須具有控控制裝置

14、置所控制制的生產(chǎn)產(chǎn)設(shè)備。在自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)中，將將需要控控制其工工藝參數(shù)數(shù)的生產(chǎn)產(chǎn)設(shè)備或或機器叫叫做被控對象象，簡稱對象。前面舉例例中液體體貯槽化工生產(chǎn)產(chǎn)中的各各種容器器、反應應器、換換熱器、泵和壓壓縮機甚至一段段輸氣管管道精餾塔、吸收塔塔等一個個設(shè)備可可能有幾幾個控制制回路被控對象象檢測元件件與變送送器自動控制制器（控制器器）執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥閥、控制制閥）自動化系統(tǒng)組成1-2自動控制制系統(tǒng)的的組成及及方框圖圖122方方塊圖在研究自自動控制制系統(tǒng)時時，為了了能清楚楚地表示示出自動動控制系系統(tǒng)中各各個組成成環(huán)節(jié)之之間的相相互影響響和信號號聯(lián)系，便于對對系統(tǒng)分分析研究究，一般般都用方塊圖來表示控控制

15、系統(tǒng)統(tǒng)的組成成。1、方塊塊圖的組組成2、開環(huán)環(huán)與閉環(huán)環(huán)3、正反反饋與負負反饋1-2自動控制制系統(tǒng)的的組成及及方框圖圖1、“方方塊圖”的組成成：這種表示示方式稱稱為自動動控制系系統(tǒng)方塊圖。方塊之間間用一條條帶有箭箭頭的線線條表示示其信號號的相互互作用關(guān)關(guān)系，箭箭頭指向向方塊表表示為這這個環(huán)節(jié)節(jié)的輸入入，箭頭頭離開方方塊表示示為這個個環(huán)節(jié)的的輸出；122用方塊表表示控制制系統(tǒng)的的每個組組成部分分(環(huán)節(jié)節(jié))；線條旁的的字母或或文字表表示環(huán)節(jié)節(jié)間相互互作用的的變量。對象？測量元件件、變送送器？控制器？執(zhí)行器？給定值x偏差e控制器輸輸出p操縱變量量q被控變量量y執(zhí)行器對 象測量元件件變送器控制器測量值z

16、干擾作用用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1221對象a對 象自動控制制系統(tǒng)中中，將需需要控制制其工藝藝參數(shù)的的生產(chǎn)設(shè)設(shè)備或機機器（有有時是生生產(chǎn)設(shè)備備或機器器的一部部分）叫叫做被控對象象，簡稱對象。?換熱器 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+換熱器1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1221b對象的輸輸出y,y(t)在生產(chǎn)過過程中需需要保持持恒定的的變量稱稱為被控變量量。出口物料溫度T 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方

17、方塊圖及及方框圖圖1221c對象的輸輸入q,q(t)具體實現(xiàn)現(xiàn)控制作作用的變變量稱為為操縱變量量。用來實現(xiàn)現(xiàn)控制作作用的物物料稱為為操縱介質(zhì)質(zhì)或操縱劑。蒸汽流量Q 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1221d對象的輸輸入f,f(t)引起被控控變量波波動的外外來因素素在自動動控制系系統(tǒng)中稱稱為干擾作用用（擾動作用用）。蒸汽溫度T蒸汽壓力P進料溫度T進料流量P進料組分 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方

18、方塊圖及及方框圖圖1222測量元元件a測量元件件、變送送器將某一物物理量(如：液液位、流流量、壓壓力、壓壓差或溫溫度等)轉(zhuǎn)變成可可以利用用的信號號的元件件稱為測量元件件；進一步步將該信信號轉(zhuǎn)變變成標準準信號的的儀表稱稱為變送器。 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+測溫元件件變送器1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1222b測量元件件的輸入入y,y(t)出口物料溫度T 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1222c測量

19、元件件的輸出出z,z(t)測量值 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1223控制器器a控 制器器根據(jù)變送送器信號號和工藝藝需求，算出偏偏差，經(jīng)經(jīng)過運算算發(fā)出控控制信息息的儀表表稱為控制器。 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1223b控制器的的輸入e,e(t)變送器的的輸出信信號z被送入比比較機構(gòu)構(gòu)，與工工藝上希希望保持持的被控控變量的的數(shù)值(給定值值、設(shè)定定值)x進行比較較，得到

20、到偏差信信號e，exz。設(shè)定值測量值 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1223c控制器的的輸出p,p(t)控制器的的輸出信信號p可能是各各種類型型的信號號：420mA，15V，20100kPa等。控制器輸出信號 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1224調(diào)節(jié)閥閥a執(zhí)行器根據(jù)控制制器給出出的控制制信息，改變操操縱變量量。?調(diào)節(jié)閥 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行

21、器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+調(diào)節(jié)閥1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1224b執(zhí)行器的的輸入p,p(t)執(zhí)行器的的輸入信信號p可能是各各種類型型的信號號：420mA，15V，20100kPa等?？刂破鬏敵鲂盘?給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1224c執(zhí)行器的的輸出q,q(t)具體實現(xiàn)現(xiàn)控制作作用的變變量稱為為操縱變量量。用來實現(xiàn)現(xiàn)控制作作用的物物料稱為為操縱介質(zhì)質(zhì)或操縱劑。蒸汽流量Q 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送

22、器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1225注意.方塊塊圖具有有通用性，用同一一種形式式的方塊塊圖可以以代表不不同的控控制系統(tǒng)統(tǒng)。.用方方塊表示示的每個個“環(huán)節(jié)節(jié)”都是是組成系系統(tǒng)的一一部分實物（具體裝裝置）。.方塊塊之間帶帶有箭頭頭的線條條只表示信信號的作作用關(guān)系系與方向向，不代表表工藝管管道、物物料的流流向。.“環(huán)環(huán)節(jié)”的的輸入會會引起輸輸出的變變化，而而輸出不不會反過過來直接接引起輸輸入的變變化。環(huán)環(huán)節(jié)的這這一特性性稱為“單向性” 。注意/關(guān)關(guān)鍵點：1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1225a注意/關(guān)關(guān)鍵點：1.方方塊圖的的通用性性；2.方方塊代表

23、表的是實實物；3.箭箭頭和線線條僅表表示信號號作用；4.環(huán)環(huán)節(jié)的單單向性。方塊圖具具有通用用性，用用同一種種形式的的方塊圖圖可以代代表不同同的控制制系統(tǒng)。 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1225b注意/關(guān)關(guān)鍵點：1.方方塊圖的的通用性性；2.方方塊代表表的是實實物；3.箭箭頭和線線條僅表表示信號號作用；4.環(huán)環(huán)節(jié)的單單向性。用方塊表表示的每每個“環(huán)環(huán)節(jié)”都都是組成成系統(tǒng)的的一部分分實物（具體裝裝置）。 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測

24、量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1225c注意/關(guān)關(guān)鍵點：1.方方塊圖的的通用性性；2.方方塊代表表的是實實物；3.箭箭頭和線線條僅表表示信號號作用；4.環(huán)環(huán)節(jié)的單單向性。方塊間帶帶有箭頭頭的線條條只表示示信號的的作用關(guān)關(guān)系與方方向，不不代表工工藝管道道、物料料的流向向。 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1225d注意/關(guān)關(guān)鍵點：1.方方塊圖的的通用性性；2.方方塊代表表的是實實物；3.箭箭頭和線線條僅表表示信號號作用；4.環(huán)環(huán)節(jié)的單單向性?！碍h(huán)節(jié)”的輸入入

25、會引起起輸出的的變化，而輸出出不會反反過來直直接引起起輸入的的變化。環(huán)節(jié)的的這一特特性稱為為“單向向性”。 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1226開環(huán)與與閉環(huán)A在控制系系統(tǒng)的方方塊圖中中，信號號沿箭頭頭方向前前進，通通過若干干環(huán)節(jié)后后，最終終又返回回到原來來的起始始點，稱稱為閉環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)。所有的自自動控制制系統(tǒng)都都是閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)。2、開環(huán)環(huán)與閉環(huán)環(huán) 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖

26、圖1226B 操縱指令 操縱作用 工藝參數(shù)自動操縱裝置對 象在控制系系統(tǒng)的方方塊圖中中，信號號沿箭頭頭方向前前進，通通過若干干環(huán)節(jié)后后，最終終不能返返回到原原來的起起始點，稱為開環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)。自動操縱縱系統(tǒng)就就屬于典典型的開環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)。1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1227反饋A系統(tǒng)或環(huán)環(huán)節(jié)的輸輸出信號號直接或或經(jīng)過一一些環(huán)節(jié)節(jié)后重新新返回到到輸入端端的做法法叫做反饋。3、反饋饋反饋信號號取負值值時稱為為負反饋；負反饋饋能夠削削弱原來來的信號號。反饋信號號取正值值時稱為為正反饋；正反饋饋能夠使使原來的的信號進進一步增增強。反饋正反饋負反饋 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)

27、行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖 閉環(huán)控制系統(tǒng)中就利用了信息反饋作用： 當 被控變量y 由于某種原因的影響而偏離 給定值 x（例如：升高)時，只有 測量值z 取負值才能夠使 偏差信號 exz 降低，此時 控制器 經(jīng)過相應運算將發(fā)出信號使 調(diào)節(jié)閥 的開度發(fā)生變化，從而使被 控變量y 下降，回到 給定值x 。 此時 測量值z 若不取負值，則會起到“火上澆油”的作用。 因此，所有的自動控制系統(tǒng)都采用 閉環(huán)負反饋系統(tǒng)。1227B 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-2自動控

28、制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖1227c自動控制制系統(tǒng)與自動操縱縱裝置二者本質(zhì)質(zhì)上的區(qū)區(qū)別在于于：自動控制制系統(tǒng)是是具有負負反饋的的閉環(huán)系系統(tǒng)；自動操縱縱裝置是是開環(huán)系系統(tǒng)。自動操縱縱裝置的的缺點：在開環(huán)系系統(tǒng)中，被控變變量不反反饋到輸輸入端，自動操操縱裝置置只能按按照預先先規(guī)定好好的程序序周而復復始地運運轉(zhuǎn)。即即使工況況發(fā)生了了變化，自動操操縱裝置置也不能能自動地地根據(jù)實實際工況況來改變變自己的的操作。自動操操縱裝置置不能隨隨時“了了解”被被控對象象的情況況并依此此來改變變自己的的操作狀狀態(tài)，這這是開環(huán)環(huán)系統(tǒng)的的缺點。自動控制制系統(tǒng)的的優(yōu)點：由于自動動控制系系統(tǒng)是具具有負反反饋的閉閉環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)，

29、它可可以隨時時了解被被控對象象的情況況，有針針對性地地根據(jù)被被控變量量的變化化情況而而改變控控制作用用的大小小和方向向，從而而使系統(tǒng)統(tǒng)的工作作狀態(tài)始始終等于于或接近近于所希希望的狀狀態(tài)，這這是閉環(huán)環(huán)系統(tǒng)的的優(yōu)點。1-2自動控制制系統(tǒng)方方塊圖及及方框圖圖給定值x解：偏差e控制器輸輸出p操縱變量量p被控變量量y調(diào)節(jié)閥反應器溫度測量量元件變送器控制器測量值z干擾作用用f+被控對象象為反應應器;圖示為反反應器溫溫度控制制系統(tǒng)示示意圖。A、B兩種物料料進入反反應器反反應，通通過改變變冷卻水水流量來來控制反反應器內(nèi)內(nèi)的溫度度恒定。試畫出出該溫度度控制系系統(tǒng)的方塊圖，并指出出該控制制系統(tǒng)中中的被控對象象、被

30、控變量量、操縱變量量及可能的擾擾動各是什么么?被控變量量為反應應器內(nèi)溫溫度;操縱變量量為夾套套冷卻水水流量;主要干擾擾有：進進入反應應器的A、B物料流量量、溫度度、濃度度；夾套入口口冷卻水水溫度、壓力；攪拌器轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速等。例：解： 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量p被控變量y調(diào)節(jié)閥鍋爐汽包液位測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+被控對象象為鍋爐爐汽包;被控變量量為鍋爐爐汽包液液位;操縱變量量為鍋爐爐給水流流量;主要干擾擾有：鍋鍋爐給水水溫度、壓力；蒸汽壓力力、流量量；爐膛溫度度等。根據(jù)鍋爐爐汽包水水位控制制示意圖圖：（1）畫畫出控制制系統(tǒng)的的方塊圖；（2）指指出系統(tǒng)統(tǒng)中的被控對象象、被控

31、變量量、操縱變量量及可能的擾擾動分別是什什么?（3）當當蒸汽負負荷突然然增加時時，根據(jù)據(jù)方塊圖圖分析自控控系統(tǒng)是是如何實實現(xiàn)自動動控制的的。130第第三節(jié)自動控制制系統(tǒng)有有多種分分類方法法：一、按被被控變量量分類二、按控控制規(guī)律律分類三、按給給定值變變化規(guī)律律分類最常用第 一章章第一節(jié)主要內(nèi)容容第二節(jié)系統(tǒng)組成成及方塊圖圖第三節(jié)系系統(tǒng)分分類第四節(jié)過過渡過過程和品質(zhì)指指標1.靜態(tài)與動動態(tài)2.過渡過程程3.品質(zhì)指標標4.影響過渡渡過程品質(zhì)主要要因素第五節(jié)工工藝管道道及控制流程程圖1.圖形符號號2.字母代號號3.儀表位號號第三節(jié)系系統(tǒng)分分類第三節(jié)自自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)的分類類131分分類一、按被被控變量量

32、分類二、按控控制規(guī)律律分類三、按給給定值變變化規(guī)律律分類被控變量溫度控制制系統(tǒng)T壓力控制制系統(tǒng)P液位控制制系統(tǒng)L流量控制制系統(tǒng)F1-3自動控制制系統(tǒng)的的分類132分分類控制規(guī)律比例控制制P比例積分分控制PI比例微分分控制PD比例微分分積分控控制PID一、按被被控變量量分類二、按控控制規(guī)律律分類三、按給給定值變變化規(guī)律律分類1-3自動控制制系統(tǒng)的的分類133分分類給定值變化定值控制制系統(tǒng)給定值x恒定不變變的系統(tǒng)統(tǒng)稱為定定值控制制系統(tǒng)。隨動控制制系統(tǒng)（自動跟跟蹤控制制）給定值x隨機變化化的系統(tǒng)統(tǒng)稱為隨隨動控制制系統(tǒng)，又稱自自動跟蹤蹤控制。程序控制制系統(tǒng)（順序控控制系統(tǒng)統(tǒng)）給定值x按照已知知規(guī)律(時

33、間函函數(shù))變變化的系系統(tǒng)稱為為程序控控制系統(tǒng)統(tǒng)，又稱稱順序控控制系統(tǒng)統(tǒng)。 一、按被被控變量量分類二、按控控制規(guī)律律分類三、按給給定值變變化規(guī)律律分類定值控制制系統(tǒng)隨動控制制系統(tǒng)(自動跟跟蹤控制制)程序控制制系統(tǒng)(順序控控制系統(tǒng)統(tǒng))一、按被被控變量量分類二、按控控制規(guī)律律分類三、按給給定值變變化規(guī)律律分類1-3自動控制制系統(tǒng)的的分類133a定值控制制系統(tǒng)給定值x恒定不變變的系統(tǒng)統(tǒng)稱為定定值控制制系統(tǒng)。所謂“定定值”就就是給定定值恒定定的簡稱稱。在實際生生產(chǎn)過程程中，通通?？刂浦葡到y(tǒng)的的作用是是使被控控制的工工藝參數(shù)數(shù)保持在在一個生生產(chǎn)指標標上不變變，或者者說要求求被控變量量y恒定不變變，即給定值

34、x不變，這這時就需需要采用用定值控控制系統(tǒng)統(tǒng)。前面討論論的水槽對象象液位控控制系統(tǒng)統(tǒng)、換熱器溫溫度控制制系統(tǒng)都是定值值控制系系統(tǒng)的例例子，其其目的就就是使水水槽內(nèi)的的液位、換熱器器的出口口物料溫溫度保持持恒定不不變。化工生產(chǎn)產(chǎn)中要求求的大都都是這種種類型的的控制系系統(tǒng)，因因此后面面所討論論的，如如果未加加特別說說明，都都是指定值控控制系統(tǒng)統(tǒng)。一、按被被控變量量分類二、按控控制規(guī)律律分類三、按給給定值變變化規(guī)律律分類定值控制制系統(tǒng)隨動控制制系統(tǒng)(自動跟跟蹤控制制)程序控制制系統(tǒng)(順序控控制系統(tǒng)統(tǒng))1-3自動控制制系統(tǒng)的的分類133b隨動控制制系統(tǒng)（自動跟跟蹤控制制）給定值x隨機變化化的系統(tǒng)統(tǒng)稱為

35、隨動控制制系統(tǒng)，又稱自動跟蹤蹤控制系系統(tǒng)。這類系系統(tǒng)的特特點是給給定值不不斷地變變化，而而且這種種變化不不是已知知的、預預先規(guī)定定好的，而是隨隨機的。隨動系系統(tǒng)的目目的就是是使所控控制的參參數(shù)準確確而快速速地跟隨隨給定值值的變化化而變化化。隨動控制制系統(tǒng)的的典型應應用有：航空導導航雷達達系統(tǒng)，電視臺臺天線接接收系統(tǒng)統(tǒng) 在化工生生產(chǎn)中，有些比值控制制系統(tǒng)就屬于隨隨動控制制系統(tǒng)。例如要要求B物料的流流量與A物料的流流量保持持一定的的比值，當A物料的流流量變化化時，要要求B物料的流流量能快快速而準準確地隨隨之變化化。由于于A物料的流流量變化化在生產(chǎn)產(chǎn)中可能能是隨機機的，所所以B物料的流流量給定定值也

36、是是隨機的的，故屬屬于隨動動控制系系統(tǒng)。一、按被被控變量量分類二、按控控制規(guī)律律分類三、按給給定值變變化規(guī)律律分類定值控制制系統(tǒng)隨動控制制系統(tǒng)(自動跟跟蹤控制制)程序控制制系統(tǒng)(順序控控制系統(tǒng)統(tǒng))1-3自動控制制系統(tǒng)的的分類133c程序控制制系統(tǒng)（順序控控制系統(tǒng)統(tǒng)）給定值x按照已知知規(guī)律(時間函函數(shù))變變化的系系統(tǒng)稱為為程序控控制系統(tǒng)統(tǒng)，又稱稱順序控控制系統(tǒng)統(tǒng)。這類系統(tǒng)統(tǒng)的給定定值x雖然也是是變化的的，但與與隨動控控制系統(tǒng)統(tǒng)有所不不同，它它是一個個已知的的時間函函數(shù)。這類系統(tǒng)統(tǒng)在間歇歇式生產(chǎn)產(chǎn)過程中中應用比比較普遍遍，如：合成纖纖維錦綸綸生產(chǎn)中中的熟化化罐溫度度控制，金屬熱熱處理的的溫度控控制

37、近年來來，程序序控制系系統(tǒng)應用用日益廣廣泛，一一些定型型的或非非定型的的程控裝裝置越來來越多地地被應用用到生產(chǎn)產(chǎn)中，微微型計算算機的廣廣泛應用用也為程程序控制制提供了了良好的的技術(shù)工工具與有有利條件件。由于專業(yè)業(yè)和課時時限制，這類控控制系統(tǒng)統(tǒng)在本課課程中不不作介紹紹。一、按被被控變量量分類二、按控控制規(guī)律律分類三、按給給定值變變化規(guī)律律分類定值控制制系統(tǒng)隨動控制制系統(tǒng)(自動跟跟蹤控制制)程序控制制系統(tǒng)(順序控控制系統(tǒng)統(tǒng))1-3自動控制制系統(tǒng)的的分類140第第四節(jié)第 一章章第一節(jié)主要內(nèi)容容第二節(jié)系統(tǒng)組成成及方塊圖圖第三節(jié)系系統(tǒng)分類類第四節(jié)過過渡過程程和品質(zhì)指指標1.靜態(tài)與動動態(tài)2.過渡過程程3.

38、品質(zhì)指標標4.影響過渡渡過程品質(zhì)主要要因素第五節(jié)工工藝管道道及控制流程程圖1.圖形符號號2.字母代號號3.儀表位號號第四節(jié)過過渡過過程和品質(zhì)指指標第四節(jié)自自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)的過渡過過程和品品質(zhì)指標標一、控制制系統(tǒng)的的靜態(tài)與與動態(tài)二、控制制系統(tǒng)的的過渡過過程三、控制制系統(tǒng)的的品質(zhì)指指標四、影響響控制系系統(tǒng)過渡渡過程品品質(zhì)指標標的主要要因素141靜靜態(tài)與動動態(tài)a一、控制制系統(tǒng)的的靜態(tài)與與動態(tài)在研究自自動控制制系統(tǒng)過過程中：將被控變量量不隨時時間而變變化的平衡狀狀態(tài)稱為為系統(tǒng)的的靜態(tài)。將被控變量量隨時間間而變化化的不平衡衡狀態(tài)稱稱為系統(tǒng)統(tǒng)的動態(tài)。設(shè)定值的的變化，稱為設(shè)定作用用或控制作用用；擾動的變變化

39、，稱稱為干擾作用用f。自動控制制系統(tǒng)的的輸入：當輸入（給定值值和干擾擾）不變變時，整整個系統(tǒng)統(tǒng)能夠建建立“平平衡”，系統(tǒng)的的各個環(huán)環(huán)節(jié)暫時時不動作作，處于于相對靜靜止狀態(tài)態(tài)，這種種狀態(tài)稱稱為自控控系統(tǒng)的的“靜態(tài)” 。 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標141b被控變量量不隨時間間而變化化的平衡衡狀態(tài)稱稱為系統(tǒng)統(tǒng)的靜態(tài)。當自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)的輸入入（給定定值x和干擾作作用f）和輸出y均恒定不不變時，整個系系統(tǒng)就處處于一種種相對穩(wěn)穩(wěn)定的平平衡狀態(tài)態(tài)，系統(tǒng)統(tǒng)的各個個環(huán)節(jié)（變送器器、控制制

40、器、執(zhí)執(zhí)行器）都不改改變其原原有狀態(tài)態(tài)，其輸輸出信號號都處于于相對靜靜止狀態(tài)態(tài)，這就就是所謂謂的“靜態(tài)”。這里所指指的“靜態(tài)”與習慣慣上所講講的靜止止是不同同的：習慣上所所說的靜止是指靜止止不動(即相對對靜止)；自動化領(lǐng)領(lǐng)域中的的“靜態(tài)”是指系系統(tǒng)中各各信號的的變化率率為零，即信號號保持不不變，而而不是指指物料不不流動或或能量不不交換。因為在在自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)的“靜靜態(tài)”下下，生產(chǎn)產(chǎn)仍在進進行，物物料和能能量有進進有出，只是平平穩(wěn)進行行、沒有有變化。1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標141c假如一個個系統(tǒng)原原先處于于“靜態(tài)”，由于于干擾的的作用而而打破了了這種“靜態(tài)”時，被被控變

41、量量就會發(fā)發(fā)生變化化，從而而使控制制器、執(zhí)執(zhí)行器等等自動化化裝置改改變原來來平衡時時所處的的狀態(tài)，產(chǎn)生控控制作用用來克服服干擾的的影響，并力圖圖使系統(tǒng)統(tǒng)恢復平平衡。從干擾發(fā)發(fā)生開始始，經(jīng)過過調(diào)節(jié)控控制，直到系統(tǒng)統(tǒng)重新建建立平衡衡，這段段時間中中整個系系統(tǒng)的各各個環(huán)節(jié)節(jié)和信號號都處于于變動狀狀態(tài)，故故稱之為為“動態(tài)”。在研究自自動控制制過程中中，了解解系統(tǒng)的的靜態(tài)是是必要的的，但是是了解系統(tǒng)統(tǒng)的動態(tài)態(tài)更為重重要：因為在在生產(chǎn)過過程中，干擾是是客觀存存在的、不可避避免的，干擾總總會破壞壞系統(tǒng)的的平衡狀狀態(tài)、導導致被控控變量發(fā)發(fā)生變化化。系統(tǒng)統(tǒng)中時刻刻都有干干擾作用用，因此此就需要要通過自自動控制制

42、系統(tǒng)不不斷地施施加控制制作用，從而消消除干擾擾作用的的影響，使被控控變量保保持在工工藝生產(chǎn)產(chǎn)所要求求的指標標上。顯顯然，自自動控制制系統(tǒng)在在正常工工作時，總是處處于一波波未平，一波又又起，波波動不止止，往復復不息的的動態(tài)過過程中。由此可可見，研研究自動動控制系系統(tǒng)的重重點應該該是研究究系統(tǒng)的的動態(tài)。被控變量量隨時間變變化的平平衡狀態(tài)態(tài)稱為系系統(tǒng)的動態(tài)。1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標142過過渡過程程a二、控制制系統(tǒng)的的過渡過過程在上圖所所示的簡簡單控制制系統(tǒng)方方塊圖中中，假定定系統(tǒng)原原先處于于平衡狀狀態(tài)“靜態(tài)”，系統(tǒng)統(tǒng)中的各各個環(huán)節(jié)節(jié)都不改改變其原原有狀態(tài)態(tài)，其輸輸出信號號都

43、處于于相對靜靜止狀態(tài)態(tài)；動態(tài)靜態(tài)靜態(tài)過渡過程在某一時時刻t0，有一干擾擾因素作作用于對對象，引引起輸出出y發(fā)生變化化，系統(tǒng)統(tǒng)進入“動態(tài)” ;由于自動動控制系系統(tǒng)的負負反饋作作用，經(jīng)經(jīng)過一段段時間后后，系統(tǒng)統(tǒng)會重新新恢復平平衡，達達到一個個新的平平衡狀態(tài)態(tài) “靜態(tài)”。系統(tǒng)從一一個平衡衡狀態(tài)過過渡到另另一個平平衡狀態(tài)態(tài)的過程程，稱為為系統(tǒng)的的過渡過程程。 給定值x 偏差e控制器輸出p操縱變量q被控變量y執(zhí)行器對 象測量元件變送器控制器測量值 z干擾作用f+1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標142b在過渡過過程中，被控變變量是隨隨時間變變化的。了解過過渡過程程中被控控變量的的變化規(guī)規(guī)律

44、，對對于研究究自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)十分重重要。顯然，被被控變量量隨時間間的變化化規(guī)律首首先取決決于作用用于系統(tǒng)統(tǒng)的干擾擾形式。在實際際生產(chǎn)中中，干擾擾是沒有有固定形形式的，多半屬屬于隨機機性質(zhì)。在分析析和設(shè)計計控制系系統(tǒng)時，為了安安全和方方便，常常選擇一一些定型型的干擾擾形式，其中常常用的是是階躍干干擾。所謂階躍干擾擾，就是在在某一瞬瞬間t0，干擾(即即輸入量量)突然然地、階階躍式的的加到系系統(tǒng)中，并繼續(xù)續(xù)保持在在這個幅幅度。階躍干擾擾t0 時間 t 輸入量采取階躍躍干擾的的形式來來研究自自動控制制系統(tǒng)的的原因：（1）這這種形式式的干擾擾比較突突然，比比較危險險，它對對被控變變量的影影響也最最大。

45、如如果一個個控制系系統(tǒng)能夠夠有效地地克服這這種類型型的干擾擾，那么么對于其其他比較較緩和的的干擾也也一定能能很好地地克服；（2）這這種干擾擾的形式式簡單，易于實實現(xiàn)，便便于分析析、實驗驗和計算算；（3）其其他形式式的干擾擾可以看看作是多多個階躍躍干擾的的疊加。1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標142d自動控制制系統(tǒng)在在階躍干干擾作用用下過渡渡過程的的基本形形式有：（1）非非周期衰衰減過程程（2）單調(diào)調(diào)發(fā)散（非周期期發(fā)散）（3）衰衰減振蕩蕩過程（4）等幅幅振蕩過過程（5）發(fā)發(fā)散振蕩蕩過程t0 時間 t 輸入量t0 時間 t 被控變量階躍干擾擾出現(xiàn)后后，被控控變量在在給定值值的某一一

46、側(cè)作緩緩慢變化化，沒有有來回波波動，最最后穩(wěn)定定在某一一數(shù)值上上，這種種過渡過過程形式式稱為非周期衰衰減過程程。這這是一種種穩(wěn)定過過渡的過過程。1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標142et0 時間 t 輸入量t0 時間 t 被控變量階躍干擾擾出現(xiàn)后后，被控控變量在在給定值值的某一一側(cè)作緩緩慢變化化，沒有有來回波波動，逐逐漸遠離離給定值值，這種種過渡過過程形式式稱為單調(diào)發(fā)散散過程或非周期發(fā)發(fā)散過程程。這這是一種種不穩(wěn)定定的過渡渡過程，應盡量量避免。自動控制制系統(tǒng)在在階躍干干擾作用用下過渡渡過程的的基本形形式有：（1）非非周期衰衰減過程程（2）單調(diào)調(diào)發(fā)散（非周期期發(fā)散）（3）衰衰減振

47、蕩蕩過程（4）等幅幅振蕩過過程（5）發(fā)發(fā)散振蕩蕩過程1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標142ft0 時間 t 輸入量t0 時間 t 被控變量階躍干擾擾出現(xiàn)后后，被控控變量上上下波動動，但幅幅度逐漸漸減少，最后穩(wěn)穩(wěn)定在某某一數(shù)值值上，這這種過渡渡過程形形式為衰衰減振蕩蕩過程。這這是一種種穩(wěn)定過過程，是是自動控控制的最最佳狀態(tài)態(tài)。自動控制制系統(tǒng)在在階躍干干擾作用用下過渡渡過程的的基本形形式有：（1）非非周期衰衰減過程程（2）單調(diào)調(diào)發(fā)散（非周期期發(fā)散）（3）衰衰減振蕩蕩過程（4）等幅幅振蕩過過程（5）發(fā)發(fā)散振蕩蕩過程1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標142gt0 時間 t

48、 輸入量t0 時間 t 被控變量階躍干擾擾出現(xiàn)后后，被控控變量在在給定值值附近來來回波動動，且波波動幅度度基本保保持不變變，這種種情況稱稱為等幅振蕩蕩過程。這這是一種種不穩(wěn)定定過程，但在某某現(xiàn)情況況下可以以使用。自動控制制系統(tǒng)在在階躍干干擾作用用下過渡渡過程的的基本形形式有：（1）非非周期衰衰減過程程（2）單調(diào)調(diào)發(fā)散（非周期期發(fā)散）（3）衰衰減振蕩蕩過程（4）等幅幅振蕩過過程（5）發(fā)發(fā)散振蕩蕩過程1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標142ht0 時間 t 輸入量t0 時間 t 被控變量階躍干擾擾出現(xiàn)后后，被控控變量來來回波動動，且波波動幅度度逐漸變變大，即即偏離給給定值越越來越遠遠

49、，這種種情況稱稱為發(fā)散振蕩蕩過程。這這是一種種不穩(wěn)定定的過渡渡過程，應當避避免。自動控制制系統(tǒng)在在階躍干干擾作用用下過渡渡過程的的基本形形式有：（1）非非周期衰衰減過程程（2）單調(diào)調(diào)發(fā)散（非周期期發(fā)散）（3）衰衰減振蕩蕩過程（4）等幅幅振蕩過過程（5）發(fā)發(fā)散振蕩蕩過程1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標142i都是發(fā)散散的過渡渡過程，稱為不不穩(wěn)定過過渡過程程，其被被控變量量在控制制過程中中，不但但不能達達到平衡衡狀態(tài)，而且逐逐漸遠離離給定值值，這將將導致被被控變量量超越工工藝允許許范圍，嚴重時時會引起起事故，這是生生產(chǎn)上所所不允許許的，應應竭力避避免。過渡過程分類發(fā)散的過過渡過程程

50、，又稱稱為不穩(wěn)穩(wěn)定過渡渡過程衰減的過過渡過程程，又稱稱為穩(wěn)定定過渡過過程等幅的過過渡過程程，也認認為是不不穩(wěn)定的的過渡過過程t0 時間 t 被控變量被控變量t0 時間 t 單調(diào)發(fā)散散（非周周期發(fā)散散）過程程和發(fā)散振蕩蕩過程1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標142j都是衰減減的過渡渡過程，稱為穩(wěn)穩(wěn)定過渡渡過程，其被控控變量在在控制過過程中，經(jīng)過一一段時間間后，逐逐漸趨向向原來的的或新的的平衡狀狀態(tài)，這這是所希希望的。非周期衰衰減過程程和衰減振蕩蕩過程對于非周期衰衰減過程程，由于過過渡過程程變化較較慢，被被控變量量長時間間地偏離離給定值值而不能能很快恢恢復平衡衡狀態(tài)，所以一一般不采采

51、用，只只是在生生產(chǎn)上不不允許被被控變量量有波動動時才采采用。對于衰減振蕩蕩過程，由于能能夠較快快地使系系統(tǒng)達到到穩(wěn)定狀狀態(tài)，所所以在多多數(shù)情況況下都希希望得到到這種過過渡形式式。t0 時間 t 被控變量t0 時間 t 被控變量過渡過程分類發(fā)散的過過渡過程程，又稱稱為不穩(wěn)穩(wěn)定過渡渡過程衰減的過過渡過程程，又稱稱為穩(wěn)定定過渡過過程等幅的過過渡過程程，也認認為是不不穩(wěn)定的的過渡過過程1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標142k等幅振蕩蕩過程介介于不穩(wěn)穩(wěn)定與穩(wěn)穩(wěn)定之間間，一般般也認為為是不穩(wěn)穩(wěn)定過渡渡過程，實際生生產(chǎn)中一一般不采采用，只只有在某某些控制制質(zhì)量要要求不高高的場合合，如果果允許

52、被被控變量量在工藝藝許可的的范圍內(nèi)內(nèi)振蕩時時 (例例如位式式控制)，這種種過渡過過程的形形式才可可以采用用。被控變量t0 時間 t 過渡過程分類發(fā)散的過過渡過程程，又稱稱為不穩(wěn)穩(wěn)定過渡渡過程衰減的過過渡過程程，又稱稱為穩(wěn)定定過渡過過程等幅的過過渡過程程，也認認為是不不穩(wěn)定的的過渡過過程1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標143品品質(zhì)指標標a三、控制制系統(tǒng)的的品質(zhì)指指標控制系統(tǒng)統(tǒng)的過渡渡過程是是衡量控控制系統(tǒng)統(tǒng)品質(zhì)的的依據(jù)。由于在在多數(shù)情情況下，由于自自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程基本本上都是是衰減振振蕩過程程，所以以以衰減減振蕩的的過渡過過程為例例來分析析自動控控制系統(tǒng)統(tǒng)的品質(zhì)質(zhì)指標

53、。假定系統(tǒng)統(tǒng)在階躍躍輸入作作用下被被控變量量的變化化如圖所所示，屬屬于衰減減振蕩過過程。圖圖中橫坐坐標為時時間t，縱坐標為為被控變變量y。tt0之前，系系統(tǒng)穩(wěn)定定，且被被控變量量等于給給定值；tt0時刻，在在外加階階躍輸入入作用下下，系統(tǒng)統(tǒng)的被控控變量開開始按衰衰減振蕩蕩的規(guī)律律變化；經(jīng)過相當當長時間間后，t，被控變量量y逐漸穩(wěn)定定在一定定值。t0 時間 t 被控變量y為了直觀觀起見，將被控控變量曲曲線圖進進行簡化化：時間 t0yy1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標143b控制系統(tǒng)統(tǒng)的品質(zhì)質(zhì)指標:（1）過渡時間間TS（2）余差C（3）最大偏差差A（或超調(diào)量量B）（4）衰減比n（5

54、）振蕩周期期T（或振蕩頻頻率）（7）振蕩次數(shù)數(shù)（8）上升時間間t0 時間 t 被控變量y時間 t1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標143過過渡時間間b1.過過渡時間間TS從干擾作作用發(fā)生生的時刻刻起，直直到系統(tǒng)統(tǒng)重新建建立新的的平衡時時，過渡渡過程所所經(jīng)歷的的時間叫叫過渡時間間，用TS表示。嚴格地講講，要完完全達到到新的平平衡狀態(tài)態(tài)需要無無限長的的時間。實際上上，由于于儀表靈靈敏度的的限制，當被控控變量接接近穩(wěn)態(tài)態(tài)值時，指示值值就基本本上不再再改變了了。一般般是在穩(wěn)穩(wěn)態(tài)值的的上下規(guī)規(guī)定一個個范圍( 5或或2)，當被控控變量進進入這一一范圍不不再越出出時，就就認為被被控變量量已經(jīng)達

55、達到新的的穩(wěn)態(tài)值值，過渡渡過程已已經(jīng)結(jié)束束。時間t被控變量量y2%TS過渡時間間短，表表示過渡渡過程進進行得比比較迅速速，這種種情況下下，即使使干擾頻頻繁出現(xiàn)現(xiàn)，系統(tǒng)統(tǒng)也能適適應，系系統(tǒng)控制制質(zhì)量就就高；反反之，過過渡時間間過長，第一個個干擾引引起的過過渡過程程尚未結(jié)結(jié)束，第第二個干干擾就已已經(jīng)出現(xiàn)現(xiàn)，這樣樣，幾個個干擾的的影響疊疊加起來來，就可可能使系系統(tǒng)滿足足不了生生產(chǎn)的要要求。1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標143余余差c 時間 t 被控變量yC2.余余差C當過渡過過程終了了時，被被控變量量所達到到的新的的穩(wěn)態(tài)值值與給定定值之間間的偏差差叫做余差，如圖中中“C”所示。或者

56、說，余差就是過渡渡過程終終了時的的殘余偏偏差。余差C 新的穩(wěn)態(tài)態(tài)值 給定定值由此可見見，余差差可正可可負。給定值是是生產(chǎn)的的技術(shù)指指標，所所以，被被控變量量越接近近給定值值越好，即余差差越小越越好（但但也不能能一概而而論?？伎紤]到投投資問題題，一般般儲槽液液位與合合成塔觸觸媒層溫溫度控制制要有所所側(cè)重、區(qū)別）。有余差的的控制過過程稱為為有差調(diào)節(jié)節(jié)，相應的的系統(tǒng)稱稱為有差系統(tǒng)統(tǒng)；無余差的的控制過過程稱為為無差調(diào)節(jié)節(jié)，相應的的系統(tǒng)稱稱為無差系統(tǒng)統(tǒng)。1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標143偏偏差d 時間 t 被控變量yCAB3.最最大偏差差A（或超調(diào)量量B）最大偏差差是指過渡渡過程中中

57、被控變變量偏離離給定值值的最大大數(shù)值。在衰減振振蕩過程程中，最最大偏差差就是第第一個波波的峰值值，如下下圖所示示的“A”值。最大偏差差表示系系統(tǒng)瞬間間偏離給給定值的的最大程程度。偏偏離越越大，表表明系統(tǒng)統(tǒng)離規(guī)定定的工藝藝指標就就越遠，這對穩(wěn)穩(wěn)定生產(chǎn)產(chǎn)是不利利的。因因此最大大偏差可可以作為為衡量系系統(tǒng)質(zhì)量量的一個個品質(zhì)指指標。一般來講講，最大大偏差越越小越好好，特別別是對化化工生產(chǎn)產(chǎn)有時也可可以用超調(diào)量B來表征被被控變量量偏離給給定值的的程度。超調(diào)量B就是第一一個峰值值（最大偏差差A）與余差C之差超調(diào)量B =最大偏差差A 余差C對于無差差調(diào)節(jié)系系統(tǒng)，余差C為零，新新的穩(wěn)定定值等于于給定值值,此時

58、時最大偏差差A等于超調(diào)量B。1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標143衰衰減比e 時間 t 被控變量yBB前后相鄰鄰兩個峰峰值的比（即即B:B）是表示衰減減程度的的指標，稱為衰減減比，習習慣上表表示為n:1，一般n取 410。假如n只比1稍稍大一點點，則過過渡過程程的衰減減程度很很小，接接近于等等幅振蕩蕩過程，這種過過程振蕩蕩過于頻頻繁，一一般不采采用。如果n很大，則則又接近近于非振振蕩過程程，過渡渡過程過過于緩慢慢，通常常這也是是不希望望的。4.衰衰減比n一般n取 410為為宜。衰減比在在4:1到10:1之之間時，過渡過過程開始始階段的的變化速速度比較較快，被被控變量量能比較較快

59、地達達到一個個峰值，然后馬馬上下降降，又較較快地達達到一個個低峰值值，而且且第二個個峰值遠遠遠低于于第一個個峰值，操作人人員可以以判斷出出被控變變量會很很快穩(wěn)定定下來。如果過渡渡過程接接近于非非振蕩的的衰減過過程，操操作人員員可能在在較長的的時間內(nèi)內(nèi)看到被被控變量量一直上上升(或或下降) 不止止，很可可能會手手動調(diào)節(jié)節(jié)，對系系統(tǒng)施加加人為干干擾，使使系統(tǒng)處處于難于于控制的的狀態(tài)。1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標143振振蕩周期期f時間t被控變量量yT5.振振蕩周期期T（或振蕩頻率率）過渡過程程同向兩兩波峰(或波谷谷)之間間的間隔隔時間叫叫振蕩周期期，用T表示，如如圖所示示振蕩周

60、期期T的倒數(shù)稱稱為振蕩蕩頻率，用表示。1/T在衰減比比相同的的情況下下，振蕩蕩周期與與過渡時時間成正正比，一一般希望望振蕩周周期短一一些為好好。1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標143振振蕩次數(shù)數(shù)g時間t被控變量量y2%6.振振蕩次數(shù)數(shù)過渡過程程內(nèi)被控控變量的的振蕩周周期數(shù)，稱為振蕩次數(shù)數(shù)。振蕩次數(shù)數(shù)實際上上與衰減減比n有關(guān)，數(shù)數(shù)學上等等于TS/T。當n4時，過渡渡過程振振蕩二次次就能夠夠穩(wěn)定下下來，即即所謂的的“理想想過渡二二個波”，“二二次波動動即安定定”。TST1-4自動控制制系統(tǒng)的的過渡過過程和品品質(zhì)指標標143上上升時間間h時間t被控變量量y7.上上升時間間自干擾（或變