自動控制系統(tǒng)的組成及其質(zhì)量指標(biāo)概述.ppt

1.1自動控制系統(tǒng)的組成及其質(zhì)量指標(biāo),自動控制系統(tǒng)組成、方框圖及常用術(shù)語重點自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)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(jìn)行測量（轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號）的裝置，成比例地轉(zhuǎn)變其他物理量控制器（調(diào)節(jié)器）：把測定值和設(shè)定值進(jìn)行比較的裝置執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）：把調(diào)節(jié)器的指令成比例地轉(zhuǎn)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(shè)備組成,1一溫度傳感器2一熱水加熱器3一溫度控制器4一電動二通閥qa一外侵熱量a一室內(nèi)溫度b一室外溫度c一送風(fēng)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(diào)節(jié)閥之間的管道設(shè)備傳感器：,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(guān)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,+,干擾,液位控制器,儲罐,HT,HC,差壓變送器,液位調(diào)節(jié)器,執(zhí)行器,干擾,圖1-2室溫自動控制系統(tǒng)框圖,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(jìn)，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(fù)反饋；反之稱正反饋。,干擾,負(fù)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(yīng)面廣，是基本的控制系統(tǒng)。負(fù)反饋控制系統(tǒng)的工作原理是：當(dāng)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(guān)系的控制量，去調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)，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?？梢姡?fù)反饋控制的實質(zhì)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。,1.1.2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(yù)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(guān)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(jié)構(gòu)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(zhì)量指標(biāo),基本概念自動化領(lǐng)域內(nèi)，把被控參數(shù)不隨時間而變化的平衡狀態(tài)稱為系統(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(zhì)。,系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài),靜態(tài)：輸入不變，調(diào)節(jié)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)器的自動調(diào)節(jié)作用下，被調(diào)量不再隨時間變化的平衡狀態(tài)動態(tài)：被調(diào)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(diào)量偏離設(shè)定值，重點應(yīng)研究系統(tǒng)和環(huán)節(jié)的動態(tài)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(diào)衰減過程,圖14過渡過程的基本形式,發(fā)散振蕩,等幅振蕩,給定值,余差,tpts,衰減振蕩(1),衰減振蕩(2),（單調(diào)過程）無振蕩過程,圖1-5自動控制系統(tǒng)受到階躍干擾后衰減振蕩過程質(zhì)量指標(biāo),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(jìn)入新的穩(wěn)定值的5%或2%范圍內(nèi)所需的時間峰值時間（tp）：系統(tǒng)過渡過程曲線到達(dá)第一個峰值所需的時間，反映系統(tǒng)響應(yīng)的靈敏程度,二、自動控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo),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,二、自動控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo),衰減振蕩的品質(zhì)指標(biāo),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,給定值,衰減振蕩的品質(zhì)指標(biāo),y2,y1,控制（過渡過程）時間（ts）：系統(tǒng)過渡過程曲線進(jìn)入新的穩(wěn)定值的5%或2%范圍內(nèi)所需的時間峰值時間（tp）：系統(tǒng)過渡過程曲線到達(dá)第一個峰值所需的時間，反映系統(tǒng)響應(yīng)的靈敏程度,給定值,tp,衰減振蕩的品質(zhì)指標(biāo),ts,余差2%或5%,等幅振蕩的品質(zhì)指標(biāo),過渡時間？峰值時間？衰減率衰減比,發(fā)散振蕩的品質(zhì)指標(biāo),過渡時間？峰值時間？,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(fù)平衡工作狀態(tài)的能力,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(fù)平衡后，最終保持的精度，反映了動態(tài)后期的性能,準(zhǔn)：,快：,動態(tài)過程進(jìn)行的時間長短，過程時間持續(xù)很長，將使系統(tǒng)長時間出現(xiàn)大偏差，同時也說明系統(tǒng)響應(yīng)很遲鈍，難以復(fù)現(xiàn)快速變化的信號,小節(jié),自