自動控制系統(tǒng)的過渡過程2

1、熱工測量與自動控制熱工測量與自動控制 自動控制系統(tǒng)的過渡過程靜態(tài)與動態(tài)靜態(tài)與動態(tài)一、靜態(tài)：受控參數(shù)（控制信號）相對穩(wěn)定在允許的范圍內(nèi)，整個系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡的狀態(tài)。受控過程沒有因受到干擾的影響而改變原來的狀態(tài)。二、受控過程在干擾的作用下，受控參數(shù)發(fā)生變化，偏離了原來的靜態(tài)值，控制系統(tǒng)進入控制調(diào)整狀態(tài)，經(jīng)過一段時間，受控過程形成新的平衡。動態(tài)過程曲線動態(tài)過程曲線當(dāng)對象受到階躍干擾時，受控參數(shù)的動態(tài)變化過程：當(dāng)對象受到階躍干擾時，受控參數(shù)的動態(tài)變化過程：（a a）非震蕩單調(diào)過程；（）非震蕩單調(diào)過程；（b b）收斂震蕩過程；（）收斂震蕩過程；（c c）等幅震蕩過程；）等幅震蕩過程；(d)(d)發(fā)散震蕩

2、過程發(fā)散震蕩過程閉環(huán)控制系統(tǒng)的過渡過程 一個控制系統(tǒng)在外界干擾作用下，從原有穩(wěn)定狀態(tài)過渡到新的穩(wěn)定狀態(tài)的整個過程，稱為控制系統(tǒng)的過渡過程。控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量控制系統(tǒng)品質(zhì)優(yōu)劣的重要依據(jù)。對控制系統(tǒng)性能的要求概括為三方面：對控制系統(tǒng)性能的要求概括為三方面：穩(wěn)，準(zhǔn)，快穩(wěn)，準(zhǔn)，快穩(wěn)定性（穩(wěn)）：穩(wěn)定性（穩(wěn)）：控制系統(tǒng)運行的必要條件，不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不能工作的控制系統(tǒng)運行的必要條件，不穩(wěn)定的系統(tǒng)是不能工作的動態(tài)性能（快）：動態(tài)性能（快）： 系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的快速性，系統(tǒng)的過渡過程越短越好系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)的快速性，系統(tǒng)的過渡過程越短越好穩(wěn)態(tài)性能（準(zhǔn)）：穩(wěn)態(tài)性能（準(zhǔn)）： 過渡過程結(jié)束，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后系統(tǒng)的控制精度的度

3、量過渡過程結(jié)束，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后系統(tǒng)的控制精度的度量 穩(wěn)定性穩(wěn)定性 系統(tǒng)在受到擾動作用后自動返回原來的平衡狀態(tài)的能力系統(tǒng)在受到擾動作用后自動返回原來的平衡狀態(tài)的能力。如果系統(tǒng)受到擾動作用（系。如果系統(tǒng)受到擾動作用（系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)外）后，能自動返回到原來的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。穩(wěn)定系統(tǒng)的統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)外）后，能自動返回到原來的平衡狀態(tài)，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。穩(wěn)定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)特征是其輸出量具有非發(fā)散性；反之，系統(tǒng)是不穩(wěn)定系統(tǒng)。數(shù)學(xué)特征是其輸出量具有非發(fā)散性；反之，系統(tǒng)是不穩(wěn)定系統(tǒng)。 動態(tài)性能動態(tài)性能 當(dāng)系統(tǒng)受到外部擾動的影響或者參考輸入發(fā)生變化時，被控量當(dāng)系統(tǒng)受到外部擾動的影響或者參考輸入發(fā)生變化時，被控量會

4、隨之發(fā)生變化，經(jīng)過一段時間，被控量恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)或到會隨之發(fā)生變化，經(jīng)過一段時間，被控量恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)或到達(dá)一個新的給定狀態(tài)，稱這一過程為過渡過程達(dá)一個新的給定狀態(tài)，稱這一過程為過渡過程穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差 指穩(wěn)定系統(tǒng)在完成過渡過程后的穩(wěn)態(tài)輸出偏離希望值的程度。指穩(wěn)定系統(tǒng)在完成過渡過程后的穩(wěn)態(tài)輸出偏離希望值的程度。開環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差通常與系統(tǒng)的增益或放大倍數(shù)有關(guān)，而反開環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差通常與系統(tǒng)的增益或放大倍數(shù)有關(guān)，而反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)系統(tǒng)）的控制精度主要取決于它的反饋深度。饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)系統(tǒng)）的控制精度主要取決于它的反饋深度。穩(wěn)穩(wěn)態(tài)誤差越小，系統(tǒng)的精度越高態(tài)誤差越小，系統(tǒng)的

5、精度越高，它由系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)反映出來。，它由系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)反映出來。過渡過程的指標(biāo)過渡過程的指標(biāo) 過渡過程的質(zhì)量指標(biāo)包括衰減比（B/B)、余差(C)、最大偏差(A)、過渡過程時間和振蕩周期衰減比（n）：它是衡量系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)。有n1;n=1和n1三種情況。一般希望n在4-10范圍內(nèi)較為理想。 最大偏差A(yù)：它是描述被控變量偏離設(shè)定值最大程度的指標(biāo)。 余差C:它是控制系統(tǒng)過渡過程結(jié)束時，被控變量的新穩(wěn)態(tài)值與設(shè)定值之間的偏差。 過渡時間：指被控變量從原有穩(wěn)態(tài)值到新穩(wěn)態(tài)值的5%或3%所需時間。 振蕩周期：過渡過程同向兩波峰之間的時間間隔。在衰減比相同時，周期與過渡時間成正比。過渡過程的指標(biāo)過渡過程

6、的指標(biāo) 調(diào)節(jié)器是自動控制系統(tǒng)的重要組成部分。它將生產(chǎn)過程被控變量的測量值與設(shè)定值進行比較，得出偏差，根據(jù)偏差的正負(fù)、大小和變化趨勢，按照一定的運算規(guī)律輸出控制信號，送往執(zhí)行器，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制。 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律 1、常用的基本調(diào)節(jié)規(guī)律有： 比例（P)、積分（I）、微分（D）。1.1 比例控制（P） 它的控制規(guī)律是：調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入變化量成比例。起數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 從該表達(dá)式看出：比例控制克服偏差及時、有力。要使調(diào)節(jié)器有輸出就必須要有偏差存在，因此比例控制始終是有偏差存在的。 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律eKCP1.2 積分控制（I） 它的控制規(guī)律是：調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差隨時

7、間的積分成正比，數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 或 從該表達(dá)式看出：其輸出信號的大小，不僅與偏差的大小有關(guān)，還與偏差存在的時間長短有關(guān)。所以，積分控制是一種沒有偏差的控制（理想情況下）。 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律edtKCIedtTCI11.3 微分控制（D） 它的控制規(guī)律是：調(diào)節(jié)器的輸出變化量與輸入偏差隨時間的微分成正比，數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 從該表達(dá)式看出：其輸出信號的大小，只與偏差變化的速度有關(guān)，而與偏差的大小無關(guān)。當(dāng)偏差很大而無變化時，該調(diào)節(jié)器的輸出也為零。 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律dtdeTCD1.4 幾種基本控制規(guī)律的組合PID 根據(jù)實際情況，把三種基本控制規(guī)律進行適當(dāng)組合，可以得到更好的控制效果。 這種組合控制規(guī)律稱為比例積分微分控制（PID)。這里有三個可以調(diào)整的參數(shù)：放大倍數(shù)KP、積分時間TI、微分時間TD 。 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律)1(dtdeTedtTeKCDIP 調(diào)節(jié)器及基本調(diào)節(jié)規(guī)律各種控制作用過渡過程的比較1.5 PID調(diào)節(jié)器的應(yīng)用 PID調(diào)節(jié)器綜合了各種控制