反饋控制系統(tǒng)的基本概念

船舶電氣與自動化第二篇船舶自動化泉州海洋學院主講黃武川§5船舶反饋控制系統(tǒng)基礎

§5-1反饋控制系統(tǒng)的基本概念◎返回目錄一反饋控制系統(tǒng)的概念反饋控制系統(tǒng)的組成◎反饋控制系統(tǒng)的結構方框圖◎返回本章1.反饋控制系統(tǒng)的組成控制對象：被控制的設備或過程（冷卻器）。系統(tǒng)的輸出就是指被控對象的輸出（或稱被控量）?？刂破鳎ɑ蚍Q調(diào)節(jié)器）：根據(jù)偏差按一定規(guī)律輸出控制量，送至執(zhí)行機構。它有兩個輸入，即設定值輸入和測量值輸入。偏差=設定值－測量值3.執(zhí)行器（執(zhí)行機構）：接受控制器送來的控制信號，驅動調(diào)節(jié)機構，作用于被控對象。4.測量變送器（測量單元）：將被控對象的物理輸出量，即被控量轉換為標準信號輸出（也稱測量輸出），送到調(diào)節(jié)器，作為反饋信號。Fig.1-5a◎返回本節(jié)2.反饋控制系統(tǒng)的結構框圖特點：（1）信號傳遞的單向性；（2）閉合回路（閉環(huán)系統(tǒng)）；（3）負反饋：反饋通道的信號與前向通道的信號相減。反

之，則為正反饋。（4）控制單元根據(jù)偏差進行控制，因此又稱偏差驅動。Fig.1-6◎若控制單元、測量單元和執(zhí)行單元合為一體，則稱為

基地式控制儀表；若三者分開，則稱為組合式控制儀

表。返回本節(jié)二反饋控制系統(tǒng)的工作過程1．自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)

穩(wěn)態(tài)——被控量不隨時間而變化的平衡狀態(tài)（也稱靜態(tài)）動態(tài)——被控量隨時間而變化的不平衡狀態(tài)（也稱瞬態(tài)）穩(wěn)態(tài)（平衡）動態(tài)過程擾動變化平衡破壞控制作用克服擾動影響新穩(wěn)態(tài)（平衡）返回本章二反饋控制系統(tǒng)的工作過程2．自動控制系統(tǒng)的過渡過程自動控制系統(tǒng)在動態(tài)過程中被控量隨時間而變化的過程，或者說是從一個平衡態(tài)過渡到另一個平衡態(tài)的過程。Fig.1-8◎

根據(jù)過渡過程的特點，控制系統(tǒng)可分為：（1）發(fā)散過程（2）等幅振蕩過程Fig.1-14◎

（3）衰減過程（4）非周期過程其中，（1）、（2）稱為不穩(wěn)定過程；（3）、（4）稱為穩(wěn)定過程。返回本節(jié)三、反饋控制系統(tǒng)的品質指標:一）穩(wěn)定性指標：1、衰減率：設A、B為衰減振蕩過程中同

相第一、第二兩個波峰的幅度。

Ф=（A-B）/AФ=0等幅振蕩

Ф=1非周期衰減過程

Ф<0發(fā)散振蕩

Ф>0衰減振蕩一般希望Ф=0.75（即衰減比4∶1）2、振蕩次數(shù)：過渡過程中被控參數(shù)振蕩的

次數(shù)。

fig.1-15自動控制系統(tǒng)過渡過程曲線ytt∞t0y∞Δysy1y2y3y0根據(jù)衰減率

的大小可以判定過渡過程的性質：

<0，為發(fā)散振蕩過程

=0，為等幅振蕩過程0<<1，為率減振蕩過程

=1，為非周期過程最佳衰減率：=0.75~0.9emax二）精確性指標1、最大動態(tài)偏差：是指過渡過程中，被控參數(shù)偏離給定值的最大值。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個波的峰值，以emax表示。2、靜態(tài)偏差（穩(wěn)態(tài)誤差）：過渡過程結束

后被控參數(shù)所達到的新穩(wěn)態(tài)值與給定值

之間的偏差。用ε表示。3、超調(diào)量σp1、過渡過程時間：從干擾作用發(fā)生起，直

到被控參數(shù)進入新穩(wěn)態(tài)值的±2%或±5%

的范圍內(nèi)，且不再越出時所經(jīng)歷的時間。

用ts表示。穩(wěn)定性（由衰減率來恒量）主要品質指標準確性（靜態(tài)偏差來恒量）快速性（過渡過程時間恒

量）三）快速性指標三）快速性指標2、上升時間tr：在衰減震蕩中，被控量從初始平衡狀態(tài)第一次達到新穩(wěn)態(tài)值y（∞）所需的的時間。tr=t1-t03、峰值時間tp：在衰減震蕩中，被控量從初始平衡狀態(tài)達到第一次波峰峰值所需要的時間。tp=t2-t1

fig.1-16自動控制系統(tǒng)過渡過程曲線tstt0y∞Δy1y2y3ymaxyy0Δysemax

fig.1-5a柴油機氣缸冷卻水溫度手動控制過程冷卻器三通閥淡水泵主機眼腦手海水入口海水出口手動控制過程Fig.1-5b◎

fig.1-5b柴油機氣缸冷卻水溫度自動控制過程

冷卻器三通閥淡水泵主機手海水入口海水出口自動控制過程溫度變送器調(diào)節(jié)器執(zhí)行機構Fig.1-5◎

fig.1-5電動儀表控制的主機冷卻水溫度控制系統(tǒng)溫度變送器控制器伺服放大器執(zhí)行器蝶閥機構溫度傳感器

fig.1-6自動控制系統(tǒng)結構方框圖控制單元執(zhí)行單元控制對象測量單元p(t)q(t)y(t)b(t)r(t)e(t)+-e(t)——偏差信號e(t)=r(t)-b(t)y(t)——被控量p(t)——控制量f(t)——擾動量f(t)

fig.1-8自動控制系統(tǒng)過渡過程曲線yt平衡狀態(tài)過渡過程平衡狀態(tài)

fig.1-14過程曲線基本類型(a)(b)(c)(d)fig.1-9tr(t)0Rtr(t)0Rttr(t)01/2Rt2fig.1-10fig.1-11tr(t)fig.1-13fig.1-12r(t)