11自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及其質(zhì)量指標(biāo)_最后_頁有作業(yè)(PPT38頁)

1、1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及其質(zhì)量指標(biāo)自動(dòng)控制系統(tǒng)組成、方框圖及常用術(shù)語 重點(diǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)重點(diǎn)11.1.1自動(dòng)控制系統(tǒng)組成、方框圖組成受控對(duì)象（過程） ：工作的機(jī)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(duì)被控量進(jìn)行測量（轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)）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(dòng)控制系統(tǒng)：受控對(duì)象和控制裝置的總體，由控制對(duì)象和自動(dòng)控制設(shè)備組成21一溫度傳感器 2一熱水加

2、熱器 3一溫度控制器 4一電動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)3為了研究自動(dòng)控制系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)系，通常使用自動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖來表示自動(dòng)控制系統(tǒng)。4自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖控制器：執(zhí)行器：被控對(duì)象：從傳感器到調(diào)節(jié)閥之間的管道設(shè)備傳感器：控制器執(zhí)行器被控對(duì)象傳感器 Ge (t)p (t)q (t) a z 干擾5方框圖的畫法每個(gè)方框表示組成該系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)兩個(gè)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(gè)方框都有一個(gè)輸入信號(hào)和一個(gè)輸出信號(hào)控制器執(zhí)行器被控對(duì)象傳感器 Ge (t)p (t)q (t) a

3、z +干擾6液位控制器儲(chǔ)罐HTHC差壓變送器液位調(diào)節(jié)器執(zhí)行器控制器執(zhí)行器被控對(duì)象傳感器x (t)e (t)u (t)q (t)y (t)z (t)干擾7圖1-2 室溫自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖8控制器執(zhí)行器被控對(duì)象傳感器 Ge (t)p (t)q (t) a z 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(hào)沿箭頭方向前進(jìn)，最后又回到原來的起點(diǎn)，形成一個(gè)閉合回路，這種系統(tǒng)叫閉環(huán)系統(tǒng)。 9在閉環(huán)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輸出信號(hào) 為被控參數(shù)，它通過傳感器這個(gè)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(hào)引回到輸入端的過程叫反應(yīng)。被測輸出信號(hào)減弱輸入信號(hào)的反應(yīng)，稱

4、為負(fù)反應(yīng)；反之稱正反應(yīng)。 控制器執(zhí)行器被控對(duì)象傳感器 Ge (t)p (t)q (t) a z 干擾10負(fù)反應(yīng)控制具有自動(dòng)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，是根本的控制系統(tǒng)。負(fù)反應(yīng)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(yùn)算，輸出一個(gè)和偏差 成一定關(guān)系的控制量 ，去調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，改變輸入到控制對(duì)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)反應(yīng)控制的實(shí)質(zhì)是以偏差克服偏差的控制過程。自動(dòng)控制系統(tǒng)的根本功能是信號(hào)的測量、變送、比較和

5、加工。111.1.2自動(dòng)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(shí)間程序而變化的控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)被控量的給定值隨時(shí)間任意地變化的控制系統(tǒng)12若按控制動(dòng)作與時(shí)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(dòng)控制系統(tǒng)液動(dòng)控制系統(tǒng)電動(dòng)控制系統(tǒng) 13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(diǎn)分類反應(yīng)控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)前饋反應(yīng)控制系統(tǒng)141.1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)根本概念自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，把被控參數(shù)不隨時(shí)間而變

6、化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)把被控參數(shù)隨時(shí)間而變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)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15一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程自動(dòng)控制系統(tǒng)在干擾和控制的共同作用下，從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)期間被控參數(shù)隨時(shí)間的變化過程稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程。自動(dòng)控制系統(tǒng)過渡過程也就是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，它包括靜態(tài)和動(dòng)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)。16系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)作用下，被調(diào)量不再隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)動(dòng)態(tài)：被調(diào)量隨時(shí)間變化，系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)一個(gè)運(yùn)行的系統(tǒng)，時(shí)時(shí)刻刻都有擾動(dòng)作用于對(duì)象，被調(diào)量偏離設(shè)定值，重點(diǎn)

7、應(yīng)研究系統(tǒng)和環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性上。17定值控制系統(tǒng)受到階躍干擾后，過渡過程有四種根本形式 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 過渡過程的根本形式18發(fā)散振蕩19等幅振蕩20最大偏差給定值余差tpts衰減振蕩(1)21衰減振蕩(2)22（單調(diào)過程）無振蕩過程23 圖1-5 自動(dòng)控制系統(tǒng)受到階躍干擾后 衰減振蕩過程質(zhì)量指標(biāo)24余差（e） ：系統(tǒng)過渡過程終了時(shí)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(gè)波的峰值與給定值的差衰減比（n）：振蕩過程的第一個(gè)波的振幅與第二個(gè)波的振幅之比衰減率（f）：經(jīng)過一個(gè)周期后，波動(dòng)幅度衰減的百分比控制（過渡過程）時(shí)間

8、（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(shí)間峰值時(shí)間（tp）：系統(tǒng)過渡過程曲線到達(dá)第一個(gè)峰值所需的時(shí)間，反映系統(tǒng)響應(yīng)的靈敏程度二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)25余差（e） ：系統(tǒng)過渡過程終了時(shí)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(gè)波的峰值與給定值的差二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)26最大偏差給定值余差衰減振蕩的品質(zhì)指標(biāo)27衰減比（n）：振蕩過程的第一個(gè)波的振幅與第二個(gè)波的振幅之比衰減率（f）：經(jīng)過一個(gè)周期后，波動(dòng)幅度衰減的百分比28給定值衰減振蕩的品質(zhì)指標(biāo)y2y129控制（過渡過程）時(shí)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(shí)間峰值時(shí)間（tp）：系統(tǒng)過渡過程曲線到達(dá)第一個(gè)峰值所需的時(shí)間，反映系統(tǒng)響應(yīng)的靈敏程度30給定值tp衰減振蕩的品質(zhì)指標(biāo)ts余差2%或5%31等幅振蕩的品質(zhì)指標(biāo)過渡時(shí)間？峰值時(shí)間？衰減率衰減比32發(fā)散振蕩的品質(zhì)指標(biāo)過渡時(shí)間？峰值時(shí)間？33對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求穩(wěn)：動(dòng)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)的能力過程2過程134系統(tǒng)過渡到新的平衡工作狀態(tài)后或系統(tǒng)受到擾動(dòng)后重新恢復(fù)平衡后，最終保持的精度，反映了動(dòng)態(tài)后期的性能準(zhǔn)：過程2過程135快：動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行的時(shí)間長短，過程時(shí)間持續(xù)很長，將使系統(tǒng)長時(shí)間出現(xiàn)大偏差，同時(shí)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(hào)過程2過程136小節(jié)自