第1章_自動(dòng)控制系統(tǒng)概述

1、1第一章第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述自動(dòng)控制系統(tǒng)概述 2液位的人工控制液位的人工控制進(jìn)進(jìn)料料口口執(zhí)執(zhí)行行器器變變送送器器液位的自動(dòng)控制液位的自動(dòng)控制3進(jìn)進(jìn)料料口口執(zhí)執(zhí)行行器器變變送送器器 進(jìn)進(jìn)料料口口執(zhí)執(zhí)行行器器變變送送器器45被控對(duì)象被控對(duì)象 被控變量被控變量 操縱變量操縱變量 干擾作用干擾作用 操縱介質(zhì)操縱介質(zhì) 進(jìn)進(jìn)料料口口qfy貯槽貯槽液位液位 y控制閥出料流量控制閥出料流量 q進(jìn)料流量的改變進(jìn)料流量的改變 f流體流體加熱器加熱器出料口溫度出料口溫度T加熱蒸汽流量加熱蒸汽流量 q進(jìn)料流量進(jìn)料流量/溫度的改變溫度的改變 f蒸汽蒸汽6二者存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系！進(jìn)進(jìn)料料口口進(jìn)料流量變化進(jìn)料流量變化進(jìn)料

2、溫度的變化進(jìn)料溫度的變化加熱蒸汽壓力變化加熱蒸汽壓力變化加熱器加熱器出料口溫度出料口溫度 蒸汽流量的變化蒸汽流量的變化7控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象測量變送裝置測量變送裝置+SP執(zhí)行器執(zhí)行器控制器控制器+SP廣義對(duì)象廣義對(duì)象固定因素固定因素補(bǔ)償因素補(bǔ)償因素8自動(dòng)控制系統(tǒng)的（最）基本要求是系統(tǒng)運(yùn)行必須是自動(dòng)控制系統(tǒng)的（最）基本要求是系統(tǒng)運(yùn)行必須是的的. .是控制系統(tǒng)的輸出（即被控變量）通過測量變送返回是控制系統(tǒng)的輸出（即被控變量）通過測量變送返回 到控制系統(tǒng)的輸入端，并與設(shè)定值比較的過程。到控制系統(tǒng)的輸入端，并與設(shè)定值比較的過程。負(fù)反饋負(fù)反饋: :反饋的結(jié)果使系統(tǒng)的輸出減小的反饋類型。反饋的結(jié)果

3、使系統(tǒng)的輸出減小的反饋類型。e=x- z正反饋正反饋: :反饋的結(jié)果使系統(tǒng)的輸出增加的反饋類型。反饋的結(jié)果使系統(tǒng)的輸出增加的反饋類型。e=x+z9系統(tǒng)的輸出被反饋到輸入端并與設(shè)定值進(jìn)行比較系統(tǒng)的輸出被反饋到輸入端并與設(shè)定值進(jìn)行比較的系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)的系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)偏差控制，此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)偏差控制，直至消除偏差。直至消除偏差。 控制器控制器被控對(duì)象被控對(duì)象測量變送裝置測量變送裝置+ SP執(zhí)行器執(zhí)行器系統(tǒng)的輸出沒有被反饋回輸入端，執(zhí)行器僅只根系統(tǒng)的輸出沒有被反饋回輸入端，執(zhí)行器僅只根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。 系統(tǒng)的輸出與偏差無關(guān)。系統(tǒng)

4、的輸出與偏差無關(guān)。 閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件是閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件是。 10正作用環(huán)節(jié)：輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的增加而增加的環(huán)節(jié)。正作用環(huán)節(jié)：輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的增加而增加的環(huán)節(jié)。反作用環(huán)節(jié)：輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的增加而減小的環(huán)節(jié)。反作用環(huán)節(jié)：輸出信號(hào)隨輸入信號(hào)的增加而減小的環(huán)節(jié)。例如：對(duì)于控制器來說，測量值增大，輸出增大，稱為正作用控制器例如：對(duì)于控制器來說，測量值增大，輸出增大，稱為正作用控制器能否構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性有關(guān)能否構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性有關(guān) 液位液位控制器控制器液體儲(chǔ)槽液體儲(chǔ)槽液位變送器液位變送器+ SP執(zhí)行器執(zhí)行器進(jìn)進(jìn)料料口口執(zhí)執(zhí)行行器器變

5、變送送器器“正正”“反反”“反反”由于對(duì)象和執(zhí)行器的特性是由實(shí)際的工藝由于對(duì)象和執(zhí)行器的特性是由實(shí)際的工藝現(xiàn)場條件決定的，所以應(yīng)當(dāng)通過控制器的現(xiàn)場條件決定的，所以應(yīng)當(dāng)通過控制器的正、反作用特性來滿足系統(tǒng)負(fù)反饋的要求正、反作用特性來滿足系統(tǒng)負(fù)反饋的要求. .11（一）按（一）按區(qū)分區(qū)分: : （按照需要控制的（按照需要控制的是否是否/ /如何變化來分類）：如何變化來分類）：1 1、定值控制系統(tǒng)：設(shè)定值是由工藝要求給出的不變常數(shù)、定值控制系統(tǒng)：設(shè)定值是由工藝要求給出的不變常數(shù); ; 通常要求被控變量盡量與設(shè)定值一致通常要求被控變量盡量與設(shè)定值一致。2 2、隨動(dòng)控制系統(tǒng)：設(shè)定值隨時(shí)間不斷發(fā)生變化、隨

6、動(dòng)控制系統(tǒng)：設(shè)定值隨時(shí)間不斷發(fā)生變化; ;（自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)）（自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)） 通常要求被控變量與設(shè)定值一起變化通常要求被控變量與設(shè)定值一起變化。 3 3、程序控制系統(tǒng)：設(shè)定值是一個(gè)已知時(shí)間函數(shù)、程序控制系統(tǒng)：設(shè)定值是一個(gè)已知時(shí)間函數(shù); ; （順序控制系統(tǒng)）（順序控制系統(tǒng)）即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)按一定時(shí)間程序變化即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)按一定時(shí)間程序變化。12（二）按補(bǔ)償干擾的方法分（二）按補(bǔ)償干擾的方法分: :反饋反饋調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象傳感器、變送器傳感器、變送器+SPxzeuqyf干擾干擾f（t）被控變量被控變量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器操縱變量操縱變量補(bǔ)償補(bǔ)償干擾干擾 前饋前饋前饋補(bǔ)償器前饋補(bǔ)償器執(zhí)行器執(zhí)行器

7、對(duì)象對(duì)象傳感器、變送器傳感器、變送器pqy干干擾擾f干擾干擾f f（t t）變送器變送器補(bǔ)償器補(bǔ)償器操縱變量操縱變量補(bǔ)償干擾補(bǔ)償干擾 前饋前饋+ +反饋反饋調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象傳感器、變送器傳感器、變送器+SPxzey干干擾擾f變送器變送器前饋補(bǔ)償器前饋補(bǔ)償器+13（三）按控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度區(qū)分（三）按控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度區(qū)分: :簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng) 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)（四）按控制變量的名稱區(qū)分（四）按控制變量的名稱區(qū)分: :溫度控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng) 壓力控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng) （五）按調(diào)節(jié)規(guī)律區(qū)分（五）按調(diào)節(jié)規(guī)律區(qū)分: :P、PI、PD、PID、預(yù)估控制、預(yù)估控制 （六）

8、按被控變量對(duì)操作變量的影響分（六）按被控變量對(duì)操作變量的影響分: : 閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)如：反饋控制如：反饋控制 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)如：前饋控制如：前饋控制14一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）與動(dòng)態(tài)一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）與動(dòng)態(tài)盡可能使被控變量與設(shè)定值保持一致（或隨設(shè)定值變化），當(dāng)被控變量受盡可能使被控變量與設(shè)定值保持一致（或隨設(shè)定值變化），當(dāng)被控變量受干擾而偏離設(shè)定值時(shí)，控制作用必須驅(qū)使它（被控變量）回到設(shè)定值。干擾而偏離設(shè)定值時(shí)，控制作用必須驅(qū)使它（被控變量）回到設(shè)定值。 如果控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的，假設(shè)設(shè)定值和干擾都保持不變，如果控制系統(tǒng)是穩(wěn)定的，假設(shè)設(shè)定值和干擾都保持不變，經(jīng)過足夠長

9、的時(shí)間，控制系統(tǒng)中各參數(shù)必然會(huì)到達(dá)一個(gè)經(jīng)過足夠長的時(shí)間，控制系統(tǒng)中各參數(shù)必然會(huì)到達(dá)一個(gè)“相相對(duì)對(duì)”，這種狀態(tài)就是所謂的，這種狀態(tài)就是所謂的“靜態(tài)靜態(tài)”或或“穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)”。 從理論上講，可行。但干擾時(shí)刻存在，系統(tǒng)用何種方式來從理論上講，可行。但干擾時(shí)刻存在，系統(tǒng)用何種方式來克服這些干擾，僅用克服這些干擾，僅用“靜態(tài)靜態(tài)”概念不能很好地解答。概念不能很好地解答。 15 如果系統(tǒng)原來處于靜態(tài)。出現(xiàn)干擾如果系統(tǒng)原來處于靜態(tài)。出現(xiàn)干擾-被控變量被控變量-控制器控制器。從干擾發(fā)生、系統(tǒng)控制、直到重新建立平衡的過程稱為。從干擾發(fā)生、系統(tǒng)控制、直到重新建立平衡的過程稱為“動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)”過程。過程。 工藝設(shè)計(jì)圍繞系統(tǒng)

10、工藝設(shè)計(jì)圍繞系統(tǒng)“靜態(tài)靜態(tài)”特性開展工作，自動(dòng)控制是特性開展工作，自動(dòng)控制是在在“靜態(tài)靜態(tài)”特性基礎(chǔ)上研究其特性基礎(chǔ)上研究其“動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)”特性特性當(dāng)系統(tǒng)失當(dāng)系統(tǒng)失去平衡以后，如何使系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。去平衡以后，如何使系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。 必須分析必須分析“系統(tǒng)失穩(wěn)以后能否重新回到平衡狀態(tài)系統(tǒng)失穩(wěn)以后能否重新回到平衡狀態(tài)”“從系統(tǒng)失穩(wěn)到重新回到平衡狀態(tài)從系統(tǒng)失穩(wěn)到重新回到平衡狀態(tài)”這個(gè)過程的各種指標(biāo)這個(gè)過程的各種指標(biāo)。 16過渡過程：受到干擾作用后系統(tǒng)失穩(wěn)，在控制系統(tǒng)的作用過渡過程：受到干擾作用后系統(tǒng)失穩(wěn)，在控制系統(tǒng)的作用 下，被控變量回復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過程。下，被控變量回復(fù)到新的平衡狀態(tài)

11、的過程。階躍干擾：在某一瞬間階躍干擾：在某一瞬間t t0 0干擾突然階躍式地加入系統(tǒng)，干擾突然階躍式地加入系統(tǒng)， 并保持在這個(gè)幅值。并保持在這個(gè)幅值。階躍干擾階躍干擾 比較突然、危險(xiǎn)、對(duì)控制系統(tǒng)的影響也最大比較突然、危險(xiǎn)、對(duì)控制系統(tǒng)的影響也最大 容易產(chǎn)生階躍干擾。容易產(chǎn)生階躍干擾。e(t)ytt017非周期衰減過程非周期衰減過程 衰減振蕩過程衰減振蕩過程 等幅振蕩過程等幅振蕩過程 發(fā)散振蕩過程發(fā)散振蕩過程 單調(diào)發(fā)散過程單調(diào)發(fā)散過程 X XX X18 通常取衰減振蕩來討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。通常取衰減振蕩來討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。 以系統(tǒng)受到階躍輸入作用后的響應(yīng)曲線的形式給出以系統(tǒng)受到階躍輸入作

12、用后的響應(yīng)曲線的形式給出。主要。主要包括：包括： 最大偏差（或超調(diào)量）最大偏差（或超調(diào)量） 衰減比衰減比 余差余差 過渡時(shí)間過渡時(shí)間 振蕩周期（振蕩頻率）振蕩周期（振蕩頻率）19階躍干擾作用下的過渡過程（設(shè)定值固定，加階躍干擾）階躍干擾作用下的過渡過程（設(shè)定值固定，加階躍干擾）定值系統(tǒng)定值系統(tǒng) t( )y t0BB( )e 3t2t1tC25穩(wěn)定誤差范圍： 或者的新穩(wěn)態(tài)值：maxeBC/nB B( )( )eCy 過過渡渡 時(shí)間時(shí)間t tp p：3ptt振振 蕩蕩 周周 期期：21tt超調(diào)量超調(diào)量B設(shè)定值設(shè)定值新穩(wěn)態(tài)值新穩(wěn)態(tài)值20階躍給定作用下的過渡過程（設(shè)定值變化）階躍給定作用下的過渡過程（

13、設(shè)定值變化）隨動(dòng)系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng) ：/*100%B C衰衰 減減 比比 n：/nB B余余 差差 e()e()：( )e 過渡時(shí)間過渡時(shí)間t tp p：3ptt振振 蕩蕩 周周 期：期：21ttt( )y tSp0BB( )e 3t2t1tC25穩(wěn)定誤差范圍： 或者的新穩(wěn)態(tài)值21自動(dòng)控制系統(tǒng)希望的結(jié)果：自動(dòng)控制系統(tǒng)希望的結(jié)果：最大偏差（超調(diào)量）？最大偏差（超調(diào)量）？衰減比？衰減比？余差？余差？過渡時(shí)間？過渡時(shí)間？振蕩周期？振蕩周期？22固定因素：固定因素： 被控對(duì)象特性被控對(duì)象特性 測量儀表特性測量儀表特性 執(zhí)行器特性執(zhí)行器特性補(bǔ)償因素補(bǔ)償因素：這是自動(dòng)控制的主這是自動(dòng)控制的主 要研究內(nèi)容要研究內(nèi)

14、容23某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線。試分別求出最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時(shí)線。試分別求出最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時(shí)間間( (給定值為給定值為200)200)。 解：解： 1 1、最大偏差：、最大偏差：A A23020023020030 30 2 2、余差、余差C C20520020520055 3 3、第一個(gè)波峰值、第一個(gè)波峰值B B2302052302052525 第二個(gè)波峰值第二個(gè)波峰值BB21020521020555 衰減比衰減比n n2525：5 55 5：l l 4 4、振蕩周

15、期為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔，故周期、振蕩周期為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔，故周期T T20520515(min)15(min) 5 5、若被控變量進(jìn)入額定值的、若被控變量進(jìn)入額定值的2 2，就可以認(rèn)為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么，就可以認(rèn)為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為限制范圍為200200( (2 2) )44，這時(shí)，可在新穩(wěn)態(tài)值，這時(shí)，可在新穩(wěn)態(tài)值(205)(205)兩側(cè)以寬兩側(cè)以寬度為度為44畫一區(qū)域，圖中以畫有陰影線的區(qū)域表示，只要被控變量進(jìn)入畫一區(qū)域，圖中以畫有陰影線的區(qū)域表示，只要被控變量進(jìn)入這一區(qū)域且不再越出，過渡過程就可以認(rèn)為已經(jīng)結(jié)束。因此，從圖上可以這一區(qū)域且不再越出，過渡過程就

16、可以認(rèn)為已經(jīng)結(jié)束。因此，從圖上可以看出，過渡時(shí)間為看出，過渡時(shí)間為22min22min。 2425(1)圖形符號(hào)圖形符號(hào) 一般是由工藝設(shè)備輪廓線或工藝管線引到儀表圓圈的連接線的起點(diǎn)一般是由工藝設(shè)備輪廓線或工藝管線引到儀表圓圈的連接線的起點(diǎn) 必要時(shí)也可以用象形或圖形符號(hào)表示必要時(shí)也可以用象形或圖形符號(hào)表示 (2)圖形符號(hào)圖形符號(hào) 通用的儀表信號(hào)線均以細(xì)實(shí)線表示通用的儀表信號(hào)線均以細(xì)實(shí)線表示 (3)圖形符號(hào)圖形符號(hào) 儀表的圖形符號(hào)是一個(gè)細(xì)實(shí)線圓圈，直徑約儀表的圖形符號(hào)是一個(gè)細(xì)實(shí)線圓圈，直徑約10mm 10mm 就地就地安裝安裝儀表儀表 就地就地安裝安裝儀表儀表集中集中儀表儀表盤面盤面安裝安裝儀表儀

17、表 就地就地儀表儀表盤面盤面安裝安裝儀表儀表 集中集中儀表儀表盤盤安裝安裝儀表儀表 就地就地儀表儀表盤盤安裝安裝儀表儀表 同一個(gè)檢測點(diǎn)，有兩個(gè)同一個(gè)檢測點(diǎn)，有兩個(gè)或多個(gè)測量，可用兩個(gè)或多個(gè)測量，可用兩個(gè)或多個(gè)相切的圓表示或多個(gè)相切的圓表示 26儀表符號(hào)除了圖形之外，圓圈之中還應(yīng)有一串有字母和數(shù)字組成的代號(hào)儀表符號(hào)除了圖形之外，圓圈之中還應(yīng)有一串有字母和數(shù)字組成的代號(hào)稱為稱為“儀表位號(hào)儀表位號(hào)”。例如：。例如： PIC207 TRC210 字母編號(hào)寫在圓圈的上半部。字母編號(hào)寫在圓圈的上半部。第一位字母表示被測變量第一位字母表示被測變量后繼字母表示儀表的功能后繼字母表示儀表的功能 PIC207壓力

18、壓力指示指示 控制控制 數(shù)字編號(hào)寫在圓圈的下半部。數(shù)字編號(hào)寫在圓圈的下半部。第一位數(shù)字表示段號(hào)第一位數(shù)字表示段號(hào)后續(xù)數(shù)字后續(xù)數(shù)字( (二位或三位數(shù)字二位或三位數(shù)字) )表示儀表序號(hào)。表示儀表序號(hào)。 第第2 2工段工段儀表序號(hào)為儀表序號(hào)為0707PIC20727乙烯生產(chǎn)過程中脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖乙烯生產(chǎn)過程中脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖壓力壓力 指示指示第第2 2工段工段儀表序號(hào)為儀表序號(hào)為0606流量流量 記錄記錄控制控制流量流量 指示指示報(bào)警報(bào)警28拉普拉斯變換和傳遞函數(shù)拉普拉斯變換和傳遞函數(shù) 已知：設(shè)定值發(fā)生單位階躍變化已知：設(shè)定值發(fā)生單位階躍變化請(qǐng)問：該閉環(huán)系統(tǒng)的輸出是什么？

19、請(qǐng)問：該閉環(huán)系統(tǒng)的輸出是什么？為簡化起見，設(shè)有兩個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)：為簡化起見，設(shè)有兩個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)：1( )f2( )fxyz已知：已知：210210ya ya ya yb xb xb x210210zc zc zc zd yd yd y求：求：( )zf x控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象傳感器、變送器傳感器、變送器+SPxzeuqyf29拉氏變換：將實(shí)變量拉氏變換：將實(shí)變量t 的函數(shù)的函數(shù)f（t）變換成復(fù)變量）變換成復(fù)變量s（s=+j）的函數(shù)）的函數(shù)F(s)。0( )( ) ( )stF sf t edtL f t)(tf其中：其中： 為原函數(shù)，為原函數(shù)， 為拉氏變換式（或象函數(shù)）為拉氏變換式（或象

20、函數(shù)）)(sF記為：記為：F(s)f(t)sFLtf對(duì)應(yīng)1 ),()(一一( ) ( )F sL f t數(shù)學(xué)上的論證略。數(shù)學(xué)上的論證略。30例例1 求階躍函數(shù)的求階躍函數(shù)的 拉氏變換。拉氏變換。 0 0( ) 0tf tat解：解： 根據(jù)定義根據(jù)定義 0( )( )stF sf t edt于是于是 ( ) ( )F sL f t0staedt0staes as0stades 31例例2 求斜坡函數(shù)的求斜坡函數(shù)的f(t)=t t0 的拉氏變換的拉氏變換。 解：解： 根據(jù)定義根據(jù)定義 0( )( )stF sf t edt于是于是 ( ) ( )F sL f t0sttedt0011 ststte

21、edtss 21sf(t)=atn t 0 的拉氏變換的拉氏變換? ? 1!nnas32已知，設(shè)定值發(fā)生單位階躍變已知，設(shè)定值發(fā)生單位階躍變化，請(qǐng)問：該閉環(huán)系統(tǒng)的輸出化，請(qǐng)問：該閉環(huán)系統(tǒng)的輸出是什么？是什么？即使上述四個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)域特性均知道，要直接求取閉環(huán)輸出也是有困難的即使上述四個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)域特性均知道，要直接求取閉環(huán)輸出也是有困難的. .如果把上述四個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)域特性轉(zhuǎn)化為拉氏變換（如果把上述四個(gè)環(huán)節(jié)的時(shí)域特性轉(zhuǎn)化為拉氏變換（）的形式，）的形式，并分別記為：并分別記為：Gc(s)Gc(s)、Gv(s)Gv(s)、Go(s)Go(s)和和Hm(s)Hm(s)，則方塊圖可以轉(zhuǎn)化為：，則方塊圖可以轉(zhuǎn)

22、化為：Gc(s)Gv(s)Go(s)Hm(s)+ +SPxzeuqyf因此，只要根據(jù)左邊的方塊圖因此，只要根據(jù)左邊的方塊圖，求取出，求取出Y(s)Y(s)，就可以利用拉，就可以利用拉氏反變換求出氏反變換求出y(t)y(t)。控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象傳感器、變送器傳感器、變送器+ +SPxzeuqyf33( )f t( )x t( )y t( )G s( )X s( )Y s( )(1)( )(1)110110( )( )( )( )( )( )( )( )nnmmnnmma yta ytay ta y tb xtb xtbx tbxt11101110( )( )mmmmnnnnb sb

23、sbsbY sX sa sasa sa11101110( )( )( )mmmmnnnnb sbsbsbY sG sX sa sasa sa34部部分分常常用用的的拉拉氏氏變變換換公公式式表表 象函數(shù)象函數(shù) F(s)原函數(shù)原函數(shù) f(t)，t0aasat2asnt1!nsnateas 1TteT111Tstsin22stcos22ss象函數(shù)象函數(shù) F(s)原函數(shù)原函數(shù) f(t)，t0natte1)(!nasn35線性性質(zhì)線性性質(zhì) 1 122( )( )L a f ta f t1122( )( )a F sa F s11 1221122( )( )( )( )a f ta f tLa F sa

24、F s平移性質(zhì)（時(shí)移）平移性質(zhì)（時(shí)移） )()(00sFettfLst平移性質(zhì)（頻移）平移性質(zhì)（頻移） )()(00ssFtfeLts微分性質(zhì)微分性質(zhì) )()(ssFtfL)()()(sFstfLnn積分性質(zhì)積分性質(zhì) ssFdttfLt)()(0nnttssFdttfdtL)()(00 卷積性質(zhì)卷積性質(zhì) 1212 ( )* ( )( ) ( )( )()( )*( )L f tg tF s G sff tdf tf t卷積定義：極限性質(zhì)極限性質(zhì) )(lim)()(lim)0(0ssFfssFfss36例：設(shè)有兩個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)：例：設(shè)有兩個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)：1( )f2( )fxyz已知：已知：210210

25、ya ya ya yb xb xb x210210zc zc zc zd yd yd y求：求：( )zf x解：解：210210ya ya ya yb xb xb x322210210( )( )( )( )( )( )( )s Y sa s Y sa sY sa Y sb s X sb sX sb X s221032210( )( )b sb sbY sX ssa sa sa同樣同樣221032210( )( )d sd sdZ sY ssc sc sc所以所以1( ) ( )z tLZ s2212102103232210210( )b sb sbd sd sdLX ssa sa sasc

26、 sc sc371( )G s2( )Gs3( )G s1( )x s2( )xs3( )x s4( )xs1( )G s2( )Gs3( )G s1( )y s2( )ys3( )ys( )y s( )x s( )Gs( )H s( )y s( )x s41231( )( )( )( )( )xsG s Gs G sx s串聯(lián)：123( )( )( )( )( )y sG sGsGsx s并聯(lián)：( )( )( )1( )( )y sG sx sG s H s反饋：38如圖所示的控制系統(tǒng)的方塊圖，求：如圖所示的控制系統(tǒng)的方塊圖，求：Y(s)/X(s),Y(s)/F(s) Y(s)/X(s),Y

27、(s)/F(s) Gc(s)Gv(s)Go(s)Hm(s)+X(s)Z(s)E(s)Y(s)F(s)Gf(s)解：解： 先求先求Y(s)/X(s)，此時(shí)，此時(shí)F(s)=0 Gc(s)Gv(s)Go(s)Hm(s)+X(s)Z(s)E(s)Y(s)于是方塊圖可以變?yōu)椋河谑欠綁K圖可以變?yōu)椋篶voGGGmH( )Y s( )X s( )( )1cvocvomG G GY sX sG G G H39Gc(s)Gv(s)Go(s)Hm(s)+X(s)Z(s)E(s)Y(s)F(s)Gf(s)解：解： 再求再求Y(s)/F(s)，此時(shí)，此時(shí)X(s)=0 mH( )Y s( )F sfGcGvGoGF( )

28、?( )Y sF s11cvomG G G H( )( )( )( ) ( )fY sY sF sGs F s11cvomG G G H( )( )1fcvomGY sF sG G G H40石油化工生產(chǎn)中，利用液態(tài)丙烯汽化吸收裂解氣體的熱量，使裂解氣體石油化工生產(chǎn)中，利用液態(tài)丙烯汽化吸收裂解氣體的熱量，使裂解氣體的溫度下降到規(guī)定的數(shù)值上。被冷卻的物料是乙烯裂解氣，其溫度控制的溫度下降到規(guī)定的數(shù)值上。被冷卻的物料是乙烯裂解氣，其溫度控制在在15151.5.1.5.（1 1）指出系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控）指出系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操縱變量各是什么？變量和操縱變量各是什么？（2 2）畫出控制系統(tǒng)的

29、方塊圖。）畫出控制系統(tǒng)的方塊圖。（3 3）比較方塊圖，說明操縱變量）比較方塊圖，說明操縱變量的信號(hào)流向與物料的實(shí)際流動(dòng)方的信號(hào)流向與物料的實(shí)際流動(dòng)方向有何不同。向有何不同。答：答：被控對(duì)象被控對(duì)象被控變量被控變量操縱變量操縱變量丙烯冷卻器丙烯冷卻器乙烯裂解氣的出口溫度乙烯裂解氣的出口溫度氣態(tài)丙烯的流量氣態(tài)丙烯的流量（3 3）氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻器流出。而方塊圖中，方向相反。）氣態(tài)丙烯的流向是由丙烯冷卻器流出。而方塊圖中，方向相反。丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)示意圖丙烯冷卻器溫度控制系統(tǒng)示意圖41圖示為列管式換熱器。工藝要求出口物料溫度保持恒定。經(jīng)分析如果保圖示為列管式換熱器。工藝要求出口物料溫度保持恒定。經(jīng)分析如果保持物料入口流量和蒸汽流量基本恒定，則溫度的波動(dòng)將