自動(dòng)化概論-課件

2、自動(dòng)控制系統(tǒng)及典型控制方法2、自動(dòng)控制系統(tǒng)汽包W給水給水調(diào)節(jié)閥省煤器水冷壁過熱器水位計(jì)蒸汽Dh汽包鍋爐給水人工調(diào)節(jié)示意圖人工/自動(dòng)2.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成2.1.1人工調(diào)節(jié)汽包W給水給水調(diào)節(jié)閥省煤器水冷壁過熱器水位計(jì)蒸汽Dh汽包鍋爐給水w蒸汽D測量單元調(diào)節(jié)單元給定單元執(zhí)行單元汽包鍋爐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)示意圖h人工/自動(dòng)2.1.2自動(dòng)調(diào)節(jié)給水w蒸汽D測量單元調(diào)節(jié)單元給定單元執(zhí)行單元汽包鍋爐給差壓變送器氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)器顯示操作器例：典型的自動(dòng)化元件

差壓變送器氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)器顯示操作器例：典型的自動(dòng)化元件2.1.3自動(dòng)調(diào)節(jié)中的一些常用術(shù)語1．被調(diào)量（被控制量）表征生產(chǎn)過程是否正常運(yùn)行并需要加以調(diào)節(jié)的物理量。2．給定值按生產(chǎn)要求被調(diào)量必須維持的希望值。3．控制對(duì)象（被控對(duì)象）被調(diào)節(jié)的生產(chǎn)過程或設(shè)備稱為控制對(duì)象。4．調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可用來改變進(jìn)入控制對(duì)象的物質(zhì)或能量的裝置稱為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。5．控制量（調(diào)節(jié)量）由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥門、擋板等)改變的流量(或能量)，用以控制被調(diào)量的變化。

2.1.3自動(dòng)調(diào)節(jié)中的一些常用術(shù)語1．被調(diào)量（被控制量）6．?dāng)_動(dòng)引起被調(diào)量偏離其給定值的各種原因稱為擾動(dòng)。如果擾動(dòng)不包括在控制回路內(nèi)部(例外界負(fù)荷)，稱為外擾。如果擾動(dòng)發(fā)生在控制回路內(nèi)部，稱為內(nèi)擾。由于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開度變化造成的擾動(dòng)，稱為基本擾動(dòng)。變更控制器的給定值的擾動(dòng)稱為給定值擾動(dòng),也稱控制作用擾動(dòng)。7．控制過程（調(diào)節(jié)過程）原來處于平衡狀態(tài)的控制對(duì)象，一旦受到擾動(dòng)作用，被調(diào)量就會(huì)偏離給定值。要通過自動(dòng)控制儀表或運(yùn)行人員的調(diào)節(jié)作用使被調(diào)量重新恢復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過程，稱為調(diào)節(jié)過程。8．自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制儀表和控制對(duì)象通過信號(hào)的傳遞互相聯(lián)系起來就構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。6．?dāng)_動(dòng)2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)分類一、按工作原理分類1．前饋控制系統(tǒng)2．反饋控制系統(tǒng)3．前饋─反饋控制系統(tǒng)（復(fù)合控制系統(tǒng)）二、按給定值特點(diǎn)分類

1.定值控制系統(tǒng)2.隨動(dòng)控制系統(tǒng)3．程序控制系統(tǒng)2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)分類一、按工作原理分類

前饋控制系統(tǒng)/反饋控制系統(tǒng)/復(fù)合控制系統(tǒng)λ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道前饋調(diào)節(jié)器y“擾動(dòng)調(diào)節(jié)”或“擾動(dòng)補(bǔ)償”

開環(huán)控制系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)/反饋控制系統(tǒng)/復(fù)合控制系統(tǒng)λ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)-rλ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)器測量變送調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)y“按偏差調(diào)節(jié)”閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

前饋控制系統(tǒng)/反饋控制系統(tǒng)/復(fù)合控制系統(tǒng)-rλ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)器測量變送調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)y“按偏差調(diào)節(jié)-rλ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)器測量變送調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)y調(diào)節(jié)通道前饋調(diào)節(jié)器

前饋控制系統(tǒng)/反饋控制系統(tǒng)/復(fù)合控制系統(tǒng)-rλ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)器測量變送調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)y調(diào)節(jié)通道前饋調(diào)2.3控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

◆自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的優(yōu)劣，表示了控制系統(tǒng)克服外來干擾能力的大小。

◆常把對(duì)階躍干擾的反映作為判別系統(tǒng)抗干擾能力好壞的標(biāo)準(zhǔn)。

◆一個(gè)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，可用控制系統(tǒng)在受到單位階躍輸入作用后，被調(diào)量在控制過程中的變化曲線來分析。

2.3控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)◆自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)2.3.1控制過程的基本形式2.3.1控制過程的基本形式綜合性能指標(biāo)單項(xiàng)性能指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)頻域指標(biāo)靜態(tài)偏差y()或e()最大動(dòng)態(tài)偏差ym或超調(diào)量

衰減率衰減比n

控制過程時(shí)間ts

其它指標(biāo)2.3.2控制系統(tǒng)的性能品質(zhì)指標(biāo)綜合性能指標(biāo)單項(xiàng)性能指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)頻域指標(biāo)靜態(tài)偏差y()或e調(diào)節(jié)時(shí)間tS靜態(tài)偏差y()或e()最大動(dòng)態(tài)偏差ym或超調(diào)量

衰減率衰減比n

調(diào)節(jié)時(shí)間tS靜態(tài)偏差最大動(dòng)態(tài)偏差ym或超調(diào)量衰減率衰1．靜態(tài)偏差y()或e()靜態(tài)偏差是指被調(diào)量的穩(wěn)態(tài)值與給定值的長期偏差。e()=r()—y()靜態(tài)偏差是衡量控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)之一，它反映了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。1．靜態(tài)偏差y()或e()2．控制過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts對(duì)于定值控制系統(tǒng)，控制過程時(shí)間是指階躍響應(yīng)曲線由開始起到最后一次進(jìn)入偏離穩(wěn)態(tài)值為±△范圍，并且以后不再越出此范圍的時(shí)間即

t≥ts時(shí)｜y（t）－y（∞）｜≤△，△=5%或2%（5%y1或2%y1）對(duì)于隨動(dòng)控制系統(tǒng)，控制過程時(shí)間是指被調(diào)量與其穩(wěn)態(tài)值之差不超過穩(wěn)態(tài)值的±5%或±2%所需要的時(shí)間，就認(rèn)為控制過程已經(jīng)結(jié)束。即t≥ts時(shí)y（t）－y（∞）≤±5%y（∞）或±2%y（∞）2．控制過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts3．最大動(dòng)態(tài)偏差ym或超調(diào)量在定值控制系統(tǒng)中，常用最大動(dòng)態(tài)偏差ym這個(gè)指標(biāo)來衡量被調(diào)量偏離給定值的程度。

ym＝y(tǒng)1＋y(∞)隨動(dòng)控制系統(tǒng)常用超調(diào)量這個(gè)指標(biāo)來衡量被控制量偏離給定值的程度。超調(diào)量σ可定義為：哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3．最大動(dòng)態(tài)偏差ym或超調(diào)量哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院4.衰減率衰減比n

衰減率是指每經(jīng)過一個(gè)波動(dòng)周期，被調(diào)量波動(dòng)幅值減少的百分?jǐn)?shù)。

式中y1—偏離穩(wěn)態(tài)值的第一個(gè)波峰幅值；

y3—偏離穩(wěn)態(tài)值的第三個(gè)波峰幅值。它常被工程上用來描述過渡過程為衰減振蕩時(shí)的衰減速度。4.衰減率衰減比n若＜0，則調(diào)節(jié)過程是發(fā)散振蕩，這種系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。若＝0，則調(diào)節(jié)過程是等幅振蕩，這種系統(tǒng)處于邊界穩(wěn)定。若0＜＜1，則調(diào)節(jié)過程是衰減振蕩，這種系統(tǒng)是穩(wěn)定的?？梢詰?yīng)用。若＝1，則調(diào)節(jié)過程是不振蕩的衰減過程(非周期過程)，這種系統(tǒng)穩(wěn)定。在0＜≤1的范圍內(nèi)，的數(shù)值還可表明系統(tǒng)穩(wěn)定裕量(富裕量或貯備量)的大小，一般?。?.75～0.90。若＜0，則調(diào)節(jié)過程是發(fā)散振蕩，這種系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。衰減比n是指振蕩過程的第一個(gè)波的振幅y1與第三個(gè)波的振幅y3之比，即n＝y(tǒng)1/y3它也是衡量系統(tǒng)過渡過程穩(wěn)定性的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，反映了振蕩的衰減程度。n<1表示系統(tǒng)不穩(wěn)定的，振幅愈來愈大；n＝1表示為等幅振蕩；n>1表示系統(tǒng)穩(wěn)定；n=4表示系統(tǒng)為4:1的衰減振蕩。衰減比n是指振蕩過程的第一個(gè)波的振幅y1與第三個(gè)波的振幅y3在定值控制系統(tǒng)中，突出的要求是克服擾動(dòng)的性能。在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中突出的要求是跟蹤性能。

衡量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的優(yōu)劣可以歸納為三個(gè)方面即穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性、快速性。

在定值控制系統(tǒng)中，突出的要求是克服擾動(dòng)的性能。2.2

調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律

調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律中最基本的作用是:比例(P)、積分(I)和微分(D)作用常用的調(diào)節(jié)器按其控制規(guī)律可分為：比例調(diào)節(jié)器（P）、比例積分調(diào)節(jié)器（PI）、比例微分調(diào)節(jié)（PD）、比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）

哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院2.2調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律調(diào)節(jié)器的

1.比例作用(P作用)

動(dòng)態(tài)方程式：

傳遞函數(shù)為：

比例作用的比例系數(shù)

特點(diǎn)為：

（1）無慣性、無遲延、動(dòng)作快,而且調(diào)節(jié)動(dòng)作的方向正確,在控制系統(tǒng)中是促使控制過程穩(wěn)定的因素；（2）有差作用

2.2.1基本調(diào)節(jié)作用哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院1.比例作用(P作用)動(dòng)態(tài)方程式：傳遞函數(shù)為：2.積分作用(I作用)

動(dòng)態(tài)方程式：

傳遞函數(shù)為：

積分速度

特點(diǎn)為：

（1）控制過程結(jié)束時(shí),被調(diào)量與其給定值之間沒有穩(wěn)態(tài)偏差(無差調(diào)節(jié))；（2）積分作用在控制系統(tǒng)中是使控制過程振蕩的因素,很少單獨(dú)使用哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院2.積分作用(I作用)動(dòng)態(tài)方程式：傳遞函數(shù)為：積分速3.微分作用(D作用)

動(dòng)態(tài)方程式：

傳遞函數(shù)為：

微分作用的比例系數(shù)

特點(diǎn)為：

（1）微分作用具有超前調(diào)節(jié)的特點(diǎn)（2）能提高控制過程的穩(wěn)定性（3）不能單獨(dú)使用哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3.微分作用(D作用)動(dòng)態(tài)方程式：傳遞函數(shù)為：微分作總結(jié):

比例作用能單獨(dú)地執(zhí)行調(diào)節(jié)任務(wù),并能使控制過程趨于穩(wěn)定,但使被調(diào)量產(chǎn)生靜態(tài)偏差。

積分作用只有極少的情況(對(duì)象自平衡能力大,慣性和遲延很小等)才能單獨(dú)應(yīng)用,會(huì)使控制過程變成振蕩甚至不穩(wěn)定,但能使被調(diào)量元靜態(tài)偏差。

微分作用不能單獨(dú)使用,但能提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有效地減少被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差.

哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院總結(jié):比例作用能單獨(dú)地執(zhí)行調(diào)節(jié)任務(wù),并能使控制過程趨于穩(wěn)1.比例(P)調(diào)節(jié)器

傳遞函數(shù)為:

Kp：調(diào)節(jié)器的比例系數(shù),即偏差改變一個(gè)單位時(shí)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位移變化量，它是調(diào)節(jié)器的參數(shù);

δ：比例系數(shù)Kp的倒數(shù),即當(dāng)調(diào)節(jié)機(jī)關(guān)的位置改變100%時(shí)，偏差應(yīng)有的改變量,稱為比例帶，δ越大比例作用越弱

。2.2.2調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律

哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院1.比例(P)調(diào)節(jié)器

傳遞函數(shù)為:Kp：調(diào)節(jié)器的比例系2.比例積分(PI)調(diào)節(jié)器

動(dòng)態(tài)方程為：傳遞函數(shù)為:

KI:調(diào)節(jié)器的積分速度,即當(dāng)偏差改變100%時(shí),調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)速度

Ti:積分時(shí)間

哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院2.比例積分(PI)調(diào)節(jié)器

動(dòng)態(tài)方程為：傳遞函數(shù)為:2.比例積分(PI)調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線

比例調(diào)節(jié)+積分調(diào)節(jié)粗調(diào)+細(xì)調(diào)哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院2.比例積分(PI)調(diào)節(jié)器PI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線比例3.比例微分(PD)調(diào)節(jié)器

動(dòng)態(tài)方程為：傳遞函數(shù)為:

微分時(shí)間越長,表示微分作用越強(qiáng);比例帶δ不但影響比例作用的強(qiáng)弱而且也影響微分作用的強(qiáng)弱

.哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3.比例微分(PD)調(diào)節(jié)器

動(dòng)態(tài)方程為：傳遞函數(shù)為:3.比例微分(PD)調(diào)節(jié)器階躍響應(yīng)曲線:

(b)(a)斜坡響應(yīng)曲線:

導(dǎo)前時(shí)間

哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3.比例微分(PD)調(diào)節(jié)器階躍響應(yīng)曲線:(b)(a)斜坡3.比例微分(PD)調(diào)節(jié)器實(shí)際比例微分調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)方程式為:

傳遞函數(shù)為:

慣性環(huán)節(jié)TD:PD調(diào)節(jié)器的微分慣性時(shí)間常數(shù)

哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3.比例微分(PD)調(diào)節(jié)器實(shí)際比例微分調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)方程式為3.比例微分(PD)調(diào)節(jié)器實(shí)際PD調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線：

理想PD調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線：

哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3.比例微分(PD)調(diào)節(jié)器實(shí)際PD調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線：理想PID調(diào)節(jié)器實(shí)際PID調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)方程傳遞函數(shù)4.比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院理想PID調(diào)節(jié)器實(shí)際PID調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)方程傳遞函數(shù)4.比例積理想PID調(diào)節(jié)器實(shí)際PID調(diào)節(jié)器階躍響應(yīng)曲線

4.比例積分微分(PID)調(diào)節(jié)器PIDPID哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院理想PID調(diào)節(jié)器實(shí)際PID調(diào)節(jié)器階躍響應(yīng)曲線4.比例積分2、自動(dòng)控制系統(tǒng)及典型控制方法2、自動(dòng)控制系統(tǒng)汽包W給水給水調(diào)節(jié)閥省煤器水冷壁過熱器水位計(jì)蒸汽Dh汽包鍋爐給水人工調(diào)節(jié)示意圖人工/自動(dòng)2.1自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成2.1.1人工調(diào)節(jié)汽包W給水給水調(diào)節(jié)閥省煤器水冷壁過熱器水位計(jì)蒸汽Dh汽包鍋爐給水w蒸汽D測量單元調(diào)節(jié)單元給定單元執(zhí)行單元汽包鍋爐給水自動(dòng)調(diào)節(jié)示意圖h人工/自動(dòng)2.1.2自動(dòng)調(diào)節(jié)給水w蒸汽D測量單元調(diào)節(jié)單元給定單元執(zhí)行單元汽包鍋爐給差壓變送器氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)器顯示操作器例：典型的自動(dòng)化元件

差壓變送器氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)器顯示操作器例：典型的自動(dòng)化元件2.1.3自動(dòng)調(diào)節(jié)中的一些常用術(shù)語1．被調(diào)量（被控制量）表征生產(chǎn)過程是否正常運(yùn)行并需要加以調(diào)節(jié)的物理量。2．給定值按生產(chǎn)要求被調(diào)量必須維持的希望值。3．控制對(duì)象（被控對(duì)象）被調(diào)節(jié)的生產(chǎn)過程或設(shè)備稱為控制對(duì)象。4．調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可用來改變進(jìn)入控制對(duì)象的物質(zhì)或能量的裝置稱為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。5．控制量（調(diào)節(jié)量）由調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(閥門、擋板等)改變的流量(或能量)，用以控制被調(diào)量的變化。

2.1.3自動(dòng)調(diào)節(jié)中的一些常用術(shù)語1．被調(diào)量（被控制量）6．?dāng)_動(dòng)引起被調(diào)量偏離其給定值的各種原因稱為擾動(dòng)。如果擾動(dòng)不包括在控制回路內(nèi)部(例外界負(fù)荷)，稱為外擾。如果擾動(dòng)發(fā)生在控制回路內(nèi)部，稱為內(nèi)擾。由于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)開度變化造成的擾動(dòng)，稱為基本擾動(dòng)。變更控制器的給定值的擾動(dòng)稱為給定值擾動(dòng),也稱控制作用擾動(dòng)。7．控制過程（調(diào)節(jié)過程）原來處于平衡狀態(tài)的控制對(duì)象，一旦受到擾動(dòng)作用，被調(diào)量就會(huì)偏離給定值。要通過自動(dòng)控制儀表或運(yùn)行人員的調(diào)節(jié)作用使被調(diào)量重新恢復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過程，稱為調(diào)節(jié)過程。8．自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制儀表和控制對(duì)象通過信號(hào)的傳遞互相聯(lián)系起來就構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。6．?dāng)_動(dòng)2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)分類一、按工作原理分類1．前饋控制系統(tǒng)2．反饋控制系統(tǒng)3．前饋─反饋控制系統(tǒng)（復(fù)合控制系統(tǒng)）二、按給定值特點(diǎn)分類

1.定值控制系統(tǒng)2.隨動(dòng)控制系統(tǒng)3．程序控制系統(tǒng)2.2自動(dòng)控制系統(tǒng)分類一、按工作原理分類

前饋控制系統(tǒng)/反饋控制系統(tǒng)/復(fù)合控制系統(tǒng)λ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道前饋調(diào)節(jié)器y“擾動(dòng)調(diào)節(jié)”或“擾動(dòng)補(bǔ)償”

開環(huán)控制系統(tǒng)

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)/反饋控制系統(tǒng)/復(fù)合控制系統(tǒng)λ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)-rλ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)器測量變送調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)y“按偏差調(diào)節(jié)”閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

前饋控制系統(tǒng)/反饋控制系統(tǒng)/復(fù)合控制系統(tǒng)-rλ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)器測量變送調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)y“按偏差調(diào)節(jié)-rλ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)器測量變送調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)y調(diào)節(jié)通道前饋調(diào)節(jié)器

前饋控制系統(tǒng)/反饋控制系統(tǒng)/復(fù)合控制系統(tǒng)-rλ擾動(dòng)通道調(diào)節(jié)通道調(diào)節(jié)器測量變送調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)y調(diào)節(jié)通道前饋調(diào)2.3控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

◆自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的優(yōu)劣，表示了控制系統(tǒng)克服外來干擾能力的大小。

◆常把對(duì)階躍干擾的反映作為判別系統(tǒng)抗干擾能力好壞的標(biāo)準(zhǔn)。

◆一個(gè)控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，可用控制系統(tǒng)在受到單位階躍輸入作用后，被調(diào)量在控制過程中的變化曲線來分析。

2.3控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)◆自動(dòng)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)2.3.1控制過程的基本形式2.3.1控制過程的基本形式綜合性能指標(biāo)單項(xiàng)性能指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)頻域指標(biāo)靜態(tài)偏差y()或e()最大動(dòng)態(tài)偏差ym或超調(diào)量

衰減率衰減比n

控制過程時(shí)間ts

其它指標(biāo)2.3.2控制系統(tǒng)的性能品質(zhì)指標(biāo)綜合性能指標(biāo)單項(xiàng)性能指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)頻域指標(biāo)靜態(tài)偏差y()或e調(diào)節(jié)時(shí)間tS靜態(tài)偏差y()或e()最大動(dòng)態(tài)偏差ym或超調(diào)量

衰減率衰減比n

調(diào)節(jié)時(shí)間tS靜態(tài)偏差最大動(dòng)態(tài)偏差ym或超調(diào)量衰減率衰1．靜態(tài)偏差y()或e()靜態(tài)偏差是指被調(diào)量的穩(wěn)態(tài)值與給定值的長期偏差。e()=r()—y()靜態(tài)偏差是衡量控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)之一，它反映了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。1．靜態(tài)偏差y()或e()2．控制過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts對(duì)于定值控制系統(tǒng)，控制過程時(shí)間是指階躍響應(yīng)曲線由開始起到最后一次進(jìn)入偏離穩(wěn)態(tài)值為±△范圍，并且以后不再越出此范圍的時(shí)間即

t≥ts時(shí)｜y（t）－y（∞）｜≤△，△=5%或2%（5%y1或2%y1）對(duì)于隨動(dòng)控制系統(tǒng)，控制過程時(shí)間是指被調(diào)量與其穩(wěn)態(tài)值之差不超過穩(wěn)態(tài)值的±5%或±2%所需要的時(shí)間，就認(rèn)為控制過程已經(jīng)結(jié)束。即t≥ts時(shí)y（t）－y（∞）≤±5%y（∞）或±2%y（∞）2．控制過程時(shí)間（調(diào)節(jié)時(shí)間）ts3．最大動(dòng)態(tài)偏差ym或超調(diào)量在定值控制系統(tǒng)中，常用最大動(dòng)態(tài)偏差ym這個(gè)指標(biāo)來衡量被調(diào)量偏離給定值的程度。

ym＝y(tǒng)1＋y(∞)隨動(dòng)控制系統(tǒng)常用超調(diào)量這個(gè)指標(biāo)來衡量被控制量偏離給定值的程度。超調(diào)量σ可定義為：哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3．最大動(dòng)態(tài)偏差ym或超調(diào)量哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院4.衰減率衰減比n

衰減率是指每經(jīng)過一個(gè)波動(dòng)周期，被調(diào)量波動(dòng)幅值減少的百分?jǐn)?shù)。

式中y1—偏離穩(wěn)態(tài)值的第一個(gè)波峰幅值；

y3—偏離穩(wěn)態(tài)值的第三個(gè)波峰幅值。它常被工程上用來描述過渡過程為衰減振蕩時(shí)的衰減速度。4.衰減率衰減比n若＜0，則調(diào)節(jié)過程是發(fā)散振蕩，這種系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。若＝0，則調(diào)節(jié)過程是等幅振蕩，這種系統(tǒng)處于邊界穩(wěn)定。若0＜＜1，則調(diào)節(jié)過程是衰減振蕩，這種系統(tǒng)是穩(wěn)定的?？梢詰?yīng)用。若＝1，則調(diào)節(jié)過程是不振蕩的衰減過程(非周期過程)，這種系統(tǒng)穩(wěn)定。在0＜≤1的范圍內(nèi)，的數(shù)值還可表明系統(tǒng)穩(wěn)定裕量(富裕量或貯備量)的大小，一般?。?.75～0.90。若＜0，則調(diào)節(jié)過程是發(fā)散振蕩，這種系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。衰減比n是指振蕩過程的第一個(gè)波的振幅y1與第三個(gè)波的振幅y3之比，即n＝y(tǒng)1/y3它也是衡量系統(tǒng)過渡過程穩(wěn)定性的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，反映了振蕩的衰減程度。n<1表示系統(tǒng)不穩(wěn)定的，振幅愈來愈大；n＝1表示為等幅振蕩；n>1表示系統(tǒng)穩(wěn)定；n=4表示系統(tǒng)為4:1的衰減振蕩。衰減比n是指振蕩過程的第一個(gè)波的振幅y1與第三個(gè)波的振幅y3在定值控制系統(tǒng)中，突出的要求是克服擾動(dòng)的性能。在隨動(dòng)控制系統(tǒng)中突出的要求是跟蹤性能。

衡量控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)的優(yōu)劣可以歸納為三個(gè)方面即穩(wěn)定性，準(zhǔn)確性、快速性。

在定值控制系統(tǒng)中，突出的要求是克服擾動(dòng)的性能。2.2

調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律

調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律中最基本的作用是:比例(P)、積分(I)和微分(D)作用常用的調(diào)節(jié)器按其控制規(guī)律可分為：比例調(diào)節(jié)器（P）、比例積分調(diào)節(jié)器（PI）、比例微分調(diào)節(jié)（PD）、比例積分微分調(diào)節(jié)器（PID）

哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院2.2調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律調(diào)節(jié)器的

1.比例作用(P作用)

動(dòng)態(tài)方程式：

傳遞函數(shù)為：

比例作用的比例系數(shù)

特點(diǎn)為：

（1）無慣性、無遲延、動(dòng)作快,而且調(diào)節(jié)動(dòng)作的方向正確,在控制系統(tǒng)中是促使控制過程穩(wěn)定的因素；（2）有差作用

2.2.1基本調(diào)節(jié)作用哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院1.比例作用(P作用)動(dòng)態(tài)方程式：傳遞函數(shù)為：2.積分作用(I作用)

動(dòng)態(tài)方程式：

傳遞函數(shù)為：

積分速度

特點(diǎn)為：

（1）控制過程結(jié)束時(shí),被調(diào)量與其給定值之間沒有穩(wěn)態(tài)偏差(無差調(diào)節(jié))；（2）積分作用在控制系統(tǒng)中是使控制過程振蕩的因素,很少單獨(dú)使用哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院2.積分作用(I作用)動(dòng)態(tài)方程式：傳遞函數(shù)為：積分速3.微分作用(D作用)

動(dòng)態(tài)方程式：

傳遞函數(shù)為：

微分作用的比例系數(shù)

特點(diǎn)為：

（1）微分作用具有超前調(diào)節(jié)的特點(diǎn)（2）能提高控制過程的穩(wěn)定性（3）不能單獨(dú)使用哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院3.微分作用(D作用)動(dòng)態(tài)方程式：傳遞函數(shù)為：微分作總結(jié):

比例作用能單獨(dú)地執(zhí)行調(diào)節(jié)任務(wù),并能使控制過程趨于穩(wěn)定,但使被調(diào)量產(chǎn)生靜態(tài)偏差。

積分作用只有極少的情況(對(duì)象自平衡能力大,慣性和遲延很小等)才能單獨(dú)應(yīng)用,會(huì)使控制過程變成振蕩甚至不穩(wěn)定,但能使被調(diào)量元靜態(tài)偏差。

微分作用不能單獨(dú)使用,但能提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,有效地減少被調(diào)量的動(dòng)態(tài)偏差.

哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院總結(jié):比例作用能單獨(dú)地執(zhí)行調(diào)節(jié)任務(wù),并能使控制過程趨于穩(wěn)1.比例(P)調(diào)節(jié)器

傳遞函數(shù)為:

Kp：調(diào)節(jié)器的比例系數(shù),即偏差改變一個(gè)單位時(shí)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位移變化量，它是調(diào)節(jié)器的參數(shù);

δ：比例系數(shù)Kp