5-1 反馈控制系统的基本概念1

1、船舶电气与自动化第二篇 船舶自动化泉州海洋学院主讲 黄武川5 船舶反馈控制系统基础5-1 反馈控制系统的基本概念一 反馈控制系统的概念反馈控制系统的组成反馈控制系统的结构方框图1. 反馈控制系统的组成控制对象：被控制的设备或过程（冷却器）。系统的输出就是指被控对象的输出（或称被控量）。控制器（或称调节器）：根据偏差按一定规律输出控制量，送至执行机构。它有两个输入，即设定值输入和测量值输入。偏差=设定值测量值3. 执行器（执行机构）：接受控制器送来的控制信号，驱动调节机构，作用于被控对象。4. 测量变送器（测量单元）：将被控对象的物理输出量，即 被控量转换为标准信号输出（也称测量输出），送到调节

2、器，作为反馈信号。Fig.1-5a2. 反馈控制系统的结构框图特点： （1）信号传递的单向性；（2）闭合回路（闭环系统）；（3）负反馈：反馈通道的信号与前向通道的信号相减。反 之， 则为正反馈。（4）控制单元根据偏差进行控制，因此又称偏差驱动。 Fig.1-6 若控制单元、测量单元和执行单元合为一体，则称为 基地式控制仪表；若三者分开，则称为组合式控制仪 表。二 反馈控制系统的工作过程1自动控制系统的稳态和动态 稳态被控量不随时间而变化的平衡状态（也称静态） 动态被控量随时间而变化的不平衡状态（也称瞬态） 稳态（平衡） 动态过程扰动变化平衡破坏控制作用克服扰动影响新稳态（平衡）二 反馈控制系统

3、的工作过程2自动控制系统的过渡过程 自动控制系统在动态过程中被控量随时间而变化的过程，或者说是从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。Fig.1-8 根据过渡过程的特点，控制系统可分为： （1）发散过程 （2）等幅振荡过程 Fig.1-14 （3）衰减过程 （4）非周期过程 其中， （1）、（2）称为不稳定过程；（3）、（4）称为稳定过程。 三、反馈控制系统的品质指标: 一）稳定性指标一）稳定性指标： 1、衰减率衰减率：设设A A、B B为衰减振荡过程中同为衰减振荡过程中同相第一、第二两个波峰的幅度。相第一、第二两个波峰的幅度。=（A-BA-B）/A/A =0 =0 等幅振荡等幅振荡 =1 =1

4、 非周期衰减过程非周期衰减过程 0 0 0 衰减振荡衰减振荡 一般希望一般希望=0.75=0.75（即衰减比（即衰减比4141） 2 2、振荡次数振荡次数：过渡过程中被控参数振荡的过渡过程中被控参数振荡的 次数。次数。 fig.1-15 自动控制系统过渡过程曲线yttt0yysy1y2y3y0131311yyyyy根据衰减率 的大小可以判定过渡过程的性质： 0，为发散振荡过程 =0，为等幅振荡过程0 1，为率减振荡过程 =1，为非周期过程最佳衰减率： =0.750.931yyN emax二）二） 精确性指标精确性指标 1 1、最大动态偏差最大动态偏差：是指过渡过程中，被是指过渡过程中，被控参数

5、偏离给定值的最大值。在衰减振荡控参数偏离给定值的最大值。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值，过程中，最大偏差就是第一个波的峰值，以以e emaxmax表示。表示。 2 2、静态偏差静态偏差（稳态误差）：（稳态误差）：过渡过程结束过渡过程结束 后被控参数所达到的新稳态值与给定值后被控参数所达到的新稳态值与给定值 之间的偏差。用之间的偏差。用表示。表示。 3 3、超调量、超调量p p 1 1、过渡过程时间过渡过程时间：从干扰作用发生起，直从干扰作用发生起，直 到被控参数进入新稳态值的到被控参数进入新稳态值的2%2%或或5%5% 的范围内，且不再越出时所经历的时间。的范围内，且不再越出时所

6、经历的时间。 用用tsts表示。表示。 稳定性（由衰减率来恒量）稳定性（由衰减率来恒量） 主要品质指标主要品质指标 准确性（静态偏差来恒量）准确性（静态偏差来恒量） 快速性（过渡过程时间恒快速性（过渡过程时间恒 量）量）三）三） 快速性指标快速性指标三）三） 快速性指标快速性指标 2、上升时间tr：在衰减震荡中，被控量从初始平衡状态第一次达到新稳态值y（）所需的的时间。 tr=t1-t0 3、峰值时间tp：在衰减震荡中，被控量从初始平衡状态达到第一次波峰峰值所需要的时间。tp=t2-t1 fig.1-16 自动控制系统过渡过程曲线ts%100)()(maxyyytt0yy1y2y3ymaxyy

7、0131311yyyyyysemax fig.1-5a 柴油机气缸冷却水温度手动控制过程冷却器冷却器三通阀三通阀淡水泵淡水泵主机主机眼眼脑脑手手海水入口海水入口海水出口海水出口手动控制过程Fig.1-5b fig.1-5b 柴油机气缸冷却水温度自动控制过程冷却器冷却器三通阀三通阀淡水泵淡水泵主机主机手手海水入口海水入口海水出口海水出口自动控制过程温度变送器温度变送器调节器调节器执行机构执行机构Fig.1-5 fig.1-5 电动仪表控制的主机冷却水温度控制系统温度变送器控制器伺服放大器执行器蝶阀机构温度传感器 fig.1-6 自动控制系统结构方框图控制单元执行单元控制对象测量单元p(t)q(t)y(t)b(t)r(t)e(t)+-e(t)偏差信号 e(t)=r(t)-b(t)y(t)被控量p(t)控制量f(t)扰动量f(t) fig.1-8 自动控制系统过渡过程曲线yt平衡状态过渡过程平衡状态 fig.1-14 过程曲线基本类型(a)(b)(c)(d) fig.1-9tr(t)0Rtr(t)0Rttr(t)01/2Rt2fig.1-10fig.1-11tr(