任務(wù)二十一自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本概念_第1頁
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1、,項(xiàng)目七 自動(dòng)調(diào)節(jié)基本知識(shí),自動(dòng)調(diào)節(jié):在沒有人直接參與的情況下,使調(diào)節(jié)設(shè)備過生產(chǎn)過程的工況自動(dòng)地達(dá)到預(yù)期效果,成為自動(dòng)調(diào)節(jié);完成調(diào)節(jié)任務(wù)的所有設(shè)備成為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,任務(wù)二十一 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本概念,眼看,眼看的方框圖表示,在自動(dòng)控制系統(tǒng)中稱為檢測(cè)、測(cè)量等,調(diào)節(jié)器相當(dāng)于人的大腦,對(duì)檢測(cè)來的信號(hào)進(jìn)行分析,并決策執(zhí)行結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)力度。,相當(dāng)于人的手,方框上方表示蒸汽變化時(shí)對(duì)水位的影響;左側(cè)表示給水對(duì)水位的影響。這種對(duì)象稱為多輸入對(duì)象。,一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)術(shù)語: 1)被調(diào)對(duì)象:(控制對(duì)象、被控對(duì)象)被調(diào)節(jié)的生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程。如:汽包等。,2)被調(diào)量: (被控量)表征生產(chǎn)過程是否正常需要調(diào)節(jié)的物理量。如水位

2、。,3)給定值:根據(jù)生產(chǎn)工藝要求,被調(diào)量應(yīng)該達(dá)到的數(shù)值。例如,水位在正常運(yùn)行期間應(yīng)等于0cm。,4)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu):受控制器(調(diào)節(jié)器)控制其開大或關(guān)小的調(diào)節(jié)閥門、檔板等機(jī)構(gòu)。,5)調(diào)節(jié)量(被控量):也稱為調(diào)節(jié)手段,在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制下,改變被調(diào)節(jié)量的大小,該量稱為調(diào)節(jié)量。如水位調(diào)節(jié)中的閥門開度稱為調(diào)節(jié)量。,6)擾動(dòng):引起被調(diào)量變化的所有量稱為擾動(dòng)?;蛘叻材芤鸨徽{(diào)量變化的所有量稱為擾動(dòng)。調(diào)節(jié)量也是擾動(dòng)的一種。蒸汽流量也屬于擾動(dòng)。,7)調(diào)節(jié)過程:當(dāng)對(duì)象受到擾動(dòng)后,調(diào)節(jié)儀表將被調(diào)量重新調(diào)節(jié)到預(yù)期的目標(biāo)數(shù)值的過程稱為調(diào)節(jié)過程。往往通過調(diào)節(jié)過程可以分析一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的好壞。,8)調(diào)節(jié)系統(tǒng):參與自動(dòng)調(diào)節(jié)的

3、所有儀表和被調(diào)對(duì)象總稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,二、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖,1、環(huán)節(jié): 環(huán)節(jié)是表示輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間關(guān)系的載體,是輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的橋梁。整個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由各環(huán)節(jié)組成。在系統(tǒng)圖中一個(gè)方框表示一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)于實(shí)際設(shè)備來講,一條導(dǎo)線、一個(gè)閥門、一臺(tái)設(shè)備甚至一個(gè)機(jī)組都可稱為一個(gè)環(huán)節(jié)。一個(gè)環(huán)節(jié)可以有很多輸入信號(hào),但對(duì)于古典調(diào)節(jié)理論而言,一個(gè)環(huán)節(jié)只能有一個(gè)輸入和輸出。環(huán)節(jié)有多個(gè)輸入信號(hào)和多個(gè)輸出信號(hào)存在關(guān)系時(shí),分析環(huán)節(jié)要使用現(xiàn)代控制理論。,調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本概念,2、信號(hào)線:組成系統(tǒng)框圖的要素,表示信號(hào)傳遞方向。,3、相加點(diǎn):求和點(diǎn),將指相求和點(diǎn)(一般使用圓中帶x號(hào)表示)的所有信號(hào)按其箭頭旁的符號(hào)進(jìn)行疊加

4、。,4、分支點(diǎn):表示一個(gè)信號(hào)分別傳輸?shù)蕉鄠€(gè)環(huán)節(jié)中。注意:信號(hào)分支后其大小不變化。例如,使用一個(gè)測(cè)量?jī)x表測(cè)量某汽包水位為12cm,若將此信號(hào)傳輸給兩個(gè)調(diào)節(jié)儀表,每個(gè)儀表得到的水位信號(hào)都應(yīng)該等于12cm,而不是12/2cm。注意信號(hào)分支和工藝流程不相同。,三、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分類,1、按原理分類: 1)反饋調(diào)節(jié),由調(diào)節(jié)誤差(被測(cè)量和給定的差),通過各環(huán)節(jié)到達(dá)輸出后又通過測(cè)量環(huán)節(jié)反饋到調(diào)節(jié)的輸入端(誤差,反饋調(diào)節(jié)必然存在一 個(gè)信號(hào)環(huán)路,2)前饋調(diào)節(jié):也稱為開環(huán)調(diào)節(jié),根據(jù)信號(hào)大小按比例進(jìn)行調(diào)節(jié)后,不關(guān)心調(diào)節(jié)結(jié)果的調(diào)節(jié)方式稱為前饋調(diào)節(jié)。,由蒸汽流量變化引起的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變(例如給水閥門的開大或關(guān)?。?,對(duì)水位的影

5、響如何不用關(guān)小。,開環(huán)調(diào)節(jié)不存在 信號(hào)環(huán)路,3)復(fù)合系統(tǒng):當(dāng)反饋和開環(huán)兩種調(diào)節(jié)都存在時(shí)稱為復(fù)合調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,存在開環(huán),存在閉環(huán),2、按給定數(shù)值不同分類:,1)定值調(diào)節(jié)系統(tǒng):在系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程中,給定數(shù)值為常數(shù),系統(tǒng)允許改變給定數(shù)值的大小。電廠自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)多采用此種給定數(shù)值。,2)程序調(diào)節(jié)系統(tǒng):按預(yù)先制定的規(guī)律或按時(shí)間順序進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)稱為程序控制系統(tǒng)。又稱為順序控制系統(tǒng)、開關(guān)量控制系統(tǒng)等。例如,自動(dòng)行使的汽車等。,3)隨動(dòng)系統(tǒng):系統(tǒng)的控制目標(biāo)隨機(jī)變化,系統(tǒng)要不斷調(diào)節(jié)使系統(tǒng)緊緊跟隨目標(biāo)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)。例如導(dǎo)彈是典型的隨動(dòng)系統(tǒng)。,3、按系統(tǒng)中閉環(huán)個(gè)數(shù)分類可分為:?jiǎn)位芈泛投嗷芈贰?1)單回路系統(tǒng):

6、調(diào)節(jié)系統(tǒng)只存在一個(gè)閉環(huán),系統(tǒng)中僅存在一個(gè)反饋回路,信號(hào)并未反饋回去。在電工上可以認(rèn)為一電流或電壓環(huán)路,但在此不可以認(rèn)為是環(huán)路。,2)多回路調(diào)節(jié)系統(tǒng):兩個(gè)以上反饋回路的系統(tǒng)稱為多回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)調(diào)節(jié)回路,系統(tǒng)的外環(huán)調(diào)節(jié)回路,有由于存在兩個(gè)反饋調(diào)節(jié)環(huán)稱為多回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,4、按信號(hào)數(shù)量分類:?jiǎn)屋斎牒投噍斎胂到y(tǒng),1)單輸入系統(tǒng):系統(tǒng)只有一個(gè)給定和一個(gè)被調(diào)節(jié)量。,系統(tǒng)只有一個(gè)給定數(shù)值。,系統(tǒng)只有一個(gè)被調(diào)節(jié)量,2)多輸入多輸出系統(tǒng):系統(tǒng)有多個(gè)給定和多個(gè)被調(diào)節(jié)量。,系統(tǒng)有多個(gè)給定數(shù)值。,系統(tǒng)有多個(gè)被調(diào)節(jié)量。,四、元件及系統(tǒng)的特性,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí),系統(tǒng)或元件的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)都不隨時(shí)間變化,二者

7、之間的關(guān)系稱為靜態(tài)特性(或穩(wěn)態(tài)特性)。靜態(tài)特性可用代數(shù)方程式表示,也可以用輸入和輸出信號(hào)為軸的直角坐標(biāo)圖上的曲線表示。,1、靜態(tài)特性,橫軸代表輸入信號(hào),縱軸代表輸出信號(hào)。每個(gè)輸入信號(hào)作用一段時(shí)間后必然對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出,2、動(dòng)態(tài)特性 環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)作用后,輸出的變化過程成為動(dòng)態(tài)特性。,動(dòng)態(tài)特性強(qiáng)調(diào)輸出量在輸入信號(hào)作用對(duì)時(shí)間的變化情況。百分?jǐn)?shù)代表閥門兩側(cè)壓力變化(對(duì)應(yīng)閥門開大或關(guān)?。?。,靜態(tài)特性表示輸入信號(hào)和輸出信號(hào)穩(wěn)定后的對(duì)應(yīng)關(guān)系。,動(dòng)態(tài)或靜態(tài)特性都和環(huán)節(jié)輸入相關(guān),選擇何種輸入信號(hào)能準(zhǔn)確快速得到環(huán)節(jié)的特性?一般使用以下幾種信號(hào)作為輸入。,時(shí)間起點(diǎn)t0可以定義為t=0,輸出幅度起始數(shù)值x0也可以人為從

8、零開始。,階躍信號(hào)頻譜豐富,1、階躍函數(shù) 數(shù)學(xué)表達(dá)式為,2、斜坡函數(shù) 數(shù)學(xué)表達(dá)式為,斜坡信號(hào)用于特殊的環(huán)節(jié)輸入。,調(diào)節(jié)系統(tǒng)在輸入擾動(dòng)后能否穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速將輸出量調(diào)整到預(yù)期的目標(biāo),稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能指標(biāo)。一般調(diào)節(jié)指標(biāo)分為穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性三方面指標(biāo)。,1、穩(wěn)定性 當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入信號(hào)變化停止(進(jìn)入靜態(tài))后,如給定數(shù)值突然增大或減小,調(diào)節(jié)系統(tǒng)能否使輸出等于希望的數(shù)值。一般使用兩種指標(biāo)來描述: 1)衰減率 指每經(jīng)過一個(gè)波動(dòng)周期,被調(diào)量波動(dòng)幅值衰減的百分?jǐn)?shù)。 2)衰減比 衰減比是指振蕩過程中第一個(gè)半波的振幅與第三個(gè)半波的振幅之 比,五、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能指標(biāo),y1:第一個(gè)峰值到穩(wěn)態(tài)數(shù)值的差,絕對(duì)不能使

9、用峰值到給定數(shù)值的差。,y3:第三半波峰值到穩(wěn)態(tài)數(shù)值之差。,2)衰減比 率減比和率減率類似只是使用第三個(gè)半波幅值和第一個(gè)半波幅值之比。,2 、準(zhǔn)確性 準(zhǔn)確性分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的準(zhǔn)確程度進(jìn)行描述。 (1)靜態(tài)偏差,當(dāng)時(shí)間趣于無窮大(一般對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)過程結(jié)束)后,給定數(shù)值和穩(wěn)態(tài)數(shù)值差。數(shù)值越小表示準(zhǔn)確性越高。靜態(tài)偏差等于0稱為無差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。,(2)最大動(dòng)態(tài)偏差或超調(diào)量,注意和衰減率的區(qū)別。最大動(dòng)態(tài)偏差表示第一個(gè)波峰(最大超調(diào))超出穩(wěn)態(tài)數(shù)值部分占穩(wěn)態(tài)數(shù)值的百分?jǐn)?shù)。數(shù)值越大動(dòng)態(tài)偏差越大。,調(diào)節(jié)過程曲線進(jìn)入穩(wěn)態(tài)數(shù)值5%區(qū)域后,調(diào)節(jié)過程曲線不再離開該區(qū)域,此點(diǎn)稱為調(diào)節(jié)結(jié)束時(shí)間。,3、快速性指標(biāo) 1)調(diào)節(jié)時(shí)間ts 是

10、指系統(tǒng)受到階躍擾動(dòng)后輸出量開始變化起,到其最先一次進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值 上下一定范圍內(nèi)波動(dòng),并且以后不再越出此范圍的時(shí)間所需要的時(shí)間。 2)峰值時(shí)間tp 是指從系統(tǒng)輸出量開始變化算起,到它達(dá)到第一個(gè)峰值所需的 時(shí)間。,小結(jié),調(diào)節(jié)過程的穩(wěn)定性是對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)最基本的要求。不穩(wěn)定和邊界穩(wěn)定的系統(tǒng)不符合生產(chǎn)的要求,只有穩(wěn)定的系統(tǒng)才能完成正常的調(diào)節(jié)任務(wù)。 準(zhǔn)確性是指被調(diào)量的實(shí)際值與給定值之間的動(dòng)態(tài)偏差(或)和靜態(tài)偏差。動(dòng)態(tài)偏差表示系統(tǒng)短期偏離給定值的程度;靜態(tài)偏差表示長(zhǎng)期偏離給定值的程度。若偏離越大,則調(diào)節(jié)系統(tǒng)離開規(guī)定的工況就越遠(yuǎn),這是不希望的。最大動(dòng)態(tài)偏差往往出現(xiàn)在負(fù)荷發(fā)生最大幅度的變化時(shí),即由滿負(fù)荷降至零負(fù)荷時(shí)。 快速性是指調(diào)節(jié)過程持

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