自动化概论（35页)ppt课件

1、2、自动控制系统及 典 型 控 制 方 法汽包W给水给水调理阀省煤器水冷壁过热器水位计蒸汽Dh汽包锅炉给水人工调理表示图人工/自动2.1自动控制系统的组成2.1.1 人工调理给水 w蒸汽 D丈量单元调理单元给定单元执行单元汽包锅炉给水自动调理表示图h人工/自动2.1.2 自动调理差压变送器气动调理阀调理器显示操作器例：典型的自动化元件 2.1.3 自动调理中的一些常用术语1被调量被控制量 表征消费过程能否正常运转并需求加以调理的物理量。2给定值 按消费要求被调量必需维持的希望值。3控制对象被控对象 被调理的消费过程或设备称为控制对象。4调理机构 可用来改动进入控制对象的物质或能量的安装称为调理

2、机构。5控制量调理量 由调理机构(阀门、挡板等)改动的流量(或能量)，用以控制被调量的变化。 6扰动 引起被调量偏离其给定值的各种缘由称为扰动。 假设扰动不包括在控制回路内部(例外界负荷)，称为外扰。 假设扰动发生在控制回路内部，称为内扰。 由于调理机构开度变化呵斥的扰动，称为根本扰动。 变卦控制器的给定值的扰动称为给定值扰动,也称控制造用扰动。7控制过程调理过程 原来处于平衡形状的控制对象，一旦遭到扰动作用，被调量就会偏离给定值。要经过自动控制仪表或运转人员的调理作用使被调量重新恢复到新的平衡形状的过程，称为调理过程。8自动控制系统 自动控制仪表和控制对象经过信号的传送相互联络起来就构成一个

3、自动控制系统。 2.2 自动控制系统分类一、按任务原理分类 1前馈控制系统 2反响控制系统 3前馈 反响控制系统复合控制系统二、按给定值特点分类 1. 定值控制系统 2. 随动控制系统 3程序控制系统 前馈控制系统/反响控制系统/复合控制系统扰动通道调理通道前馈调理器y “扰动调理或“扰动补偿 开环控制系统 优点 缺陷-r扰动通道调理通道调理器丈量变送调理机构y “按偏向调理 闭环控制系统 优点 缺陷 前馈控制系统/反响控制系统/复合控制系统-r扰动通道调理通道调理器丈量变送调理机构y调理通道前馈调理器 前馈控制系统/反响控制系统/复合控制系统2.3 控制系统的性能目的 自动控制系统调理质量的

4、优劣，表示了控制系统抑制外来干扰才干的大小。 常把对阶跃干扰的反映作为判别系统抗干扰才干好坏的规范。 一个控制系统的调理质量，可用控制系统在遭到单位阶跃输入作用后，被调量在控制过程中的变化曲线来分析。 2.3.1控制过程的根本方式综合性能目的单项性能目的时域目的频域目的静态偏向y()或e()最大动态偏向ym或超调量 衰减率衰减比n 控制过程时间ts 其它目的2.3.2控制系统的性能质量目的调理时间 tS静态偏向y()或e() 最大动态偏向ym或超调量 衰减率衰减比n 1静态偏向y()或e() 静态偏向是指被调量的稳态值与给定值的长期偏向。e()= r()y() 静态偏向是衡量控制系统准确性的重

5、要目的之一，它反映了控制系统的调理精度 。2控制过程时间调理时间ts 对于定值控制系统，控制过程时间是指阶跃呼应曲线由开场起到最后一次进入偏离稳态值为范围，并且以后不再越出此范围的时间即 tts 时 yt y ， = 5%或2%5%y1或2%y1 对于随动控制系统，控制过程时间是指被调量与其稳态值之差不超越稳态值的5%或2%所需求的时间，就以为控制过程曾经终了。即tts 时 yt y 5%y或2%y3最大动态偏向ym或超调量 在定值控制系统中，常用最大动态偏向ym这个目的来衡量被调量偏离给定值的程度。 ymy1y() 随动控制系统常用超调量这个目的来衡量被控制量偏离给定值的程度。超调量可定义为

6、：哈尔滨电力职业技术学院4.衰减率衰减比n 衰减率是指每经过一个动摇周期，被调量动摇幅值减少的百分数。 式中 y1偏离稳态值的第一个波峰幅值； y3偏离稳态值的第三个波峰幅值。 它常被工程上用来描画过渡过程为衰减振荡时的衰减速度。 假设0，那么调理过程是发散振荡，这种系统是不稳定的。 假设0，那么调理过程是等幅振荡，这种系统处于边境稳定。假设01，那么调理过程是衰减振荡，这种系统是稳定的。可以运用。 假设1，那么调理过程是不振荡的衰减过程(非周期过程)，这种系统稳定。 在01的范围内，的数值还可阐明系统稳定裕量(富有量或贮备量)的大小 ，普通取0.750.90。 衰减比n是指振荡过程的第一个波

7、的振幅y1与第三个波的振幅y3之比， 即 ny1/y3 它也是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态目的，反映了振荡的衰减程度。 n1表示系统稳定； n=4表示系统为4:1的衰减振荡。 在定值控制系统中，突出的要求是抑制扰动的性能。 在随动控制系统中突出的要求是跟踪性能。 衡量控制系统调理质量的优劣可以归纳为三个方面即稳定性，准确性、快速性。 2.2 调理器的控制规律 调理器的控制规律中最根本的作用是:比例(P)、积分(I)和微分(D)作用 常用的调理器按其控制规律可分为：比例调理器P、比例积分调理器PI、比例微分调理PD、比例积分微分调理器PID 哈尔滨电力职业技术学院 1. 比例作用 (P作用)

8、 动态方程式： 传送函数为： 比例作用的比例系数 特点为： 1无惯性、无迟延、动作快,而且调理动作的方向正确, 在控制系统中是促使控制过程稳定的要素；2有差作用 2.2.1根本调理作用 哈尔滨电力职业技术学院2. 积分作用(I作用) 动态方程式： 传送函数为： 积分速度 特点为： 1控制过程终了时,被调量与其给定值之间没有稳态偏向 (无差调理)；2积分作用在控制系统中是使控制过程振荡的要素,很少单独运用哈尔滨电力职业技术学院3. 微分作用(D作用) 动态方程式： 传送函数为： 微分作用的比例系数 特点为： 1微分作器具有超前调理的特点 2能提高控制过程的稳定性 3不能单独运用哈尔滨电力职业技术

9、学院总结: 比例作用能单独地执行调理义务,并能使控制过程趋于稳定,但使被调量产生静态偏向。 积分作用只需极少的情况(对象自平衡才干大,惯性和迟延很小等)才干单独运用,会使控制过程变成振荡甚至不稳定 , 但能使被调量元静态偏向。 微分作用不能单独运用,但能提高控制系统的稳定性,有效地减少被调量的动态偏向. 哈尔滨电力职业技术学院1. 比例(P)调理器传送函数为: Kp ：调理器的比例系数,即偏向改动一个单位时，调理机构的位移变化量，它是调理器的参数 ; ：比例系数Kp的倒数,即当调理机关的位置改动100% 时，偏向应有的改动量, 称为比例带，越大比例作用越弱 。2.2.2调理器的控制规律 哈尔滨

10、电力职业技术学院2. 比例积分(PI)调理器动态方程为 ：传送函数为: KI : 调理器的积分速度, 即当偏向改动100% 时,调理机构的挪动速度 Ti : 积分时间 哈尔滨电力职业技术学院2. 比例积分(PI)调理器PI 调理器的阶跃呼应曲线 比例调理 + 积分调理粗调 + 细调哈尔滨电力职业技术学院3. 比例微分(PD)调理器动态方程为 ：传送函数为: 微分时间越长 , 表示微分作用越强;比例带不但影响比例作用的强弱而且也影响微分作用的强弱 .哈尔滨电力职业技术学院3. 比例微分(PD)调理器阶跃呼应曲线: (b)(a)斜坡呼应曲线: 导前时间 哈尔滨电力职业技术学院3. 比例微分(PD)调理器实践比例微分调理器的动态方程式为: 传送函数为: 惯性环节TD : PD调理器的微分惯性时间常数 哈尔滨电力职业技术学院3. 比例