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1、化工自動化及儀表化工自動化及儀表課程的重要性課程的重要性：控制系統(tǒng)在石油、化工、制藥、冶金、造紙控制系統(tǒng)在石油、化工、制藥、冶金、造紙等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常普遍。生產(chǎn)過程中，對工等工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常普遍。生產(chǎn)過程中，對工藝變量，有著一定的控制要求。如：藝變量，有著一定的控制要求。如：1）精餾塔的塔頂或塔釜溫度，在操作壓力不）精餾塔的塔頂或塔釜溫度，在操作壓力不變的情況下必須保持一定，才能得到合格的產(chǎn)品。變的情況下必須保持一定，才能得到合格的產(chǎn)品。2）化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度必須保持平穩(wěn)，才）化學(xué)反應(yīng)器的反應(yīng)溫度必須保持平穩(wěn)，才能使效率達(dá)到指標(biāo)。能使效率達(dá)到指標(biāo)。因此，工藝技術(shù)人員必須充分了解所用的控

2、因此，工藝技術(shù)人員必須充分了解所用的控制系統(tǒng)，以及控制系統(tǒng)的特性。這樣才能設(shè)計出制系統(tǒng)，以及控制系統(tǒng)的特性。這樣才能設(shè)計出合理、高效的生產(chǎn)工藝。合理、高效的生產(chǎn)工藝。使用常規(guī)儀表的中央控制室使用常規(guī)儀表的中央控制室DCSDCS控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)1 1 自動控制系統(tǒng)概述自動控制系統(tǒng)概述本章的主要內(nèi)容：本章的主要內(nèi)容：1.1 1.1 自動化及儀表發(fā)展概述自動化及儀表發(fā)展概述1.2 1.2 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)1.3 1.3 控制系統(tǒng)過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)控制系統(tǒng)過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)1.1 1.1 自動化及儀表發(fā)展概述自動化及儀表發(fā)展概述1.1.1 1.1.1 控制理論的發(fā)展控制理論的發(fā)展1 1）經(jīng)典控

3、制理論）經(jīng)典控制理論:2020世紀(jì)世紀(jì)40405050年代年代Nyquist(1932)頻域分析方法頻域分析方法Bode圖圖(1945)分析方法分析方法根軌跡根軌跡(1948)分析方法分析方法 特點：特點：主要從主要從輸出輸出與與輸入量輸入量的關(guān)系來分析與研究問題。的關(guān)系來分析與研究問題。適用范圍：適用范圍：線性定常的單輸入、單輸出控制系統(tǒng)。線性定常的單輸入、單輸出控制系統(tǒng)。它是以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，在頻率域?qū)屋斎雴屋敵隹厮且詡鬟f函數(shù)為基礎(chǔ)，在頻率域?qū)屋斎雴屋敵隹刂葡到y(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計。制系統(tǒng)進(jìn)行分析與設(shè)計。PID控制規(guī)律是經(jīng)典控制理論控制規(guī)律是經(jīng)典控制理論最輝煌的成果。最輝煌的成果。2 2）

4、現(xiàn)代控制理論）現(xiàn)代控制理論:2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代得到迅猛發(fā)展。年代得到迅猛發(fā)展。其主要內(nèi)容為：其主要內(nèi)容為：線線性性系系統(tǒng)統(tǒng)理理論論，最最優(yōu)優(yōu)控控制制理理論論，最最佳佳估估計計理理論論，系統(tǒng)辨識。系統(tǒng)辨識。特特點點：從從輸輸入入-狀狀態(tài)態(tài)-輸輸出出的的關(guān)關(guān)系系，全全面面地地分分析與研究系統(tǒng)。析與研究系統(tǒng)。適適用用范范圍圍：不不限限于于線線性性定定常常系系統(tǒng)統(tǒng)，也也適適用用于于線線性性時時變變，非非線線性性及及離離散散系系統(tǒng)統(tǒng)，多多輸輸入入、多多輸輸出出系系統(tǒng)。統(tǒng)。3 3）大系統(tǒng)理論）大系統(tǒng)理論:2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代開始年代開始將現(xiàn)代控制理論與系統(tǒng)理論相結(jié)合形成大系統(tǒng)將現(xiàn)代控制理

5、論與系統(tǒng)理論相結(jié)合形成大系統(tǒng)理論理論 核心思想：核心思想：系統(tǒng)的分解與協(xié)調(diào)系統(tǒng)的分解與協(xié)調(diào) 適用范圍：適用范圍：高維線性系統(tǒng)高維線性系統(tǒng)1.1.2 1.1.2 控制儀表的發(fā)展控制儀表的發(fā)展1 1）基地式：）基地式：2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代，適用于單回路年代，適用于單回路2 2）單元組合式（按功能）：）單元組合式（按功能）：DDZDDZ（電動）（電動）,QDZ ,QDZ （氣動）（氣動）2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代，單元之間用年代，單元之間用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一信信號聯(lián)系號聯(lián)系3 3）計算機：）計算機：DDC,DCS DDC,DCS（2020世紀(jì)世紀(jì)7070年代）年代）自動化儀表的發(fā)展經(jīng)歷了如下

6、過程：自動化儀表的發(fā)展經(jīng)歷了如下過程：模擬儀表模擬儀表-數(shù)字儀表數(shù)字儀表-智能儀表。智能儀表。1.1.3 1.1.3 當(dāng)前自動控制系統(tǒng)發(fā)展的主要特點當(dāng)前自動控制系統(tǒng)發(fā)展的主要特點生產(chǎn)裝置實施先進(jìn)控制成為發(fā)展主流生產(chǎn)裝置實施先進(jìn)控制成為發(fā)展主流過程優(yōu)化受到普遍關(guān)注過程優(yōu)化受到普遍關(guān)注DCSDCS正在走向國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開放式系統(tǒng)正在走向國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的開放式系統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng)（綜合自動化系統(tǒng)（CIPSCIPS）是發(fā)展方向是發(fā)展方向1.2 1.2 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng) 1.2.11.2.1自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng) 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水圖圖1-1 鍋爐汽包示意圖鍋爐汽包示意圖手動控制

7、的步驟：手動控制的步驟：(1)觀察液位數(shù)值；觀察液位數(shù)值；(2)把觀察到的實際數(shù)值把觀察到的實際數(shù)值與設(shè)定值加以比較，根與設(shè)定值加以比較，根據(jù)偏差的大小及變化情據(jù)偏差的大小及變化情況做出判斷，并發(fā)布命況做出判斷，并發(fā)布命令。令。(3)根據(jù)命令操作給水閥，根據(jù)命令操作給水閥，使液位回到設(shè)定值。使液位回到設(shè)定值。蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水 鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng)加熱爐的溫度自動控制系統(tǒng)蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水 鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖術(shù)語術(shù)語被控過程（被控被控過程（被控對象對象）：自動控自動控制系統(tǒng)中，針對

8、制系統(tǒng)中，針對需要控制的工藝需要控制的工藝參數(shù)的生產(chǎn)過程參數(shù)的生產(chǎn)過程（設(shè)備或機器特（設(shè)備或機器特性）。性）。被控變量：被控變量：被控被控過程內(nèi)需要控制過程內(nèi)需要控制的工藝參數(shù)。的工藝參數(shù)。被控過程：被控過程：汽包汽包被控變量：被控變量：汽包液位汽包液位操縱變量：操縱變量：受控受控制器操縱的用以制器操縱的用以克服干擾的影響，克服干擾的影響，使被控變量保持使被控變量保持設(shè)定值的物料量設(shè)定值的物料量或能量?；蚰芰俊_動：擾動：除操縱變除操縱變量外，作用于被量外，作用于被控過程并引起被控過程并引起被控變量變化的因控變量變化的因素。素。操縱變量：操縱變量：水的流量水的流量擾動：擾動：水壓力、蒸汽壓力等

9、水壓力、蒸汽壓力等蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水 鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖設(shè)定值：設(shè)定值：工藝參數(shù)工藝參數(shù)所要求保持的數(shù)值。所要求保持的數(shù)值。偏差：偏差：被控變量設(shè)被控變量設(shè)定值與實際值之差。定值與實際值之差。負(fù)反饋：負(fù)反饋：將被控變將被控變量送回輸入端并與量送回輸入端并與輸入變量相減（負(fù)輸入變量相減（負(fù)反饋閉環(huán)的才可以反饋閉環(huán)的才可以獨立工作）。獨立工作）。蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水 鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖加熱爐的溫度控制系統(tǒng)加熱爐的溫度控制系統(tǒng)被控過程被控過程：加熱爐加熱爐被控變量：被控變量：物料出口溫度物料出口溫度

10、操縱變量：操縱變量：燃料油流量燃料油流量擾動：擾動：被加熱原料油溫度、燃料油熱值等被加熱原料油溫度、燃料油熱值等1.2.21.2.2閉環(huán)控制與開環(huán)控制閉環(huán)控制與開環(huán)控制 閉環(huán)控制：閉環(huán)控制：在反饋控制系統(tǒng)中，被控變量送回輸入端，與設(shè)在反饋控制系統(tǒng)中，被控變量送回輸入端，與設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差控制被控變量，這樣，整個定值進(jìn)行比較，根據(jù)偏差控制被控變量，這樣，整個系統(tǒng)構(gòu)成了一個閉環(huán)。系統(tǒng)構(gòu)成了一個閉環(huán)。閉環(huán)控制的特點（優(yōu)點）閉環(huán)控制的特點（優(yōu)點）：按偏差進(jìn)行控制，使偏：按偏差進(jìn)行控制，使偏差減小或消除，達(dá)到被控變量與設(shè)定值一致的目的。差減小或消除，達(dá)到被控變量與設(shè)定值一致的目的。閉環(huán)控制的缺點

11、閉環(huán)控制的缺點：控制不夠及時；如果系統(tǒng)內(nèi)部各：控制不夠及時；如果系統(tǒng)內(nèi)部各環(huán)節(jié)配合不當(dāng)，系統(tǒng)會引起劇烈震蕩，甚至?xí)瓜到y(tǒng)環(huán)節(jié)配合不當(dāng)，系統(tǒng)會引起劇烈震蕩，甚至?xí)瓜到y(tǒng)失去控制。失去控制。開環(huán)控制：開環(huán)控制：開環(huán)控制的特點（優(yōu)點）：開環(huán)控制的特點（優(yōu)點）：不需要對被控變量進(jìn)不需要對被控變量進(jìn)行測量，只根據(jù)輸入信號進(jìn)行控制，行測量，只根據(jù)輸入信號進(jìn)行控制，控制及時。控制及時。開環(huán)控制的缺點：開環(huán)控制的缺點：由于不測量被控變量，也不與由于不測量被控變量，也不與設(shè)定值相比較，所以系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變設(shè)定值相比較，所以系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量偏離設(shè)定值，并無法消除偏差，這是開環(huán)控制的量偏離設(shè)定

12、值，并無法消除偏差，這是開環(huán)控制的缺點缺點。開環(huán)的液位控制系統(tǒng)開環(huán)的液位控制系統(tǒng) （按擾動控制，又稱前饋控制）（按擾動控制，又稱前饋控制）開環(huán)控制舉例開環(huán)控制舉例 FT LT FdC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水 鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖鍋爐汽包開環(huán)控制鍋爐汽包開環(huán)控制1.2.31.2.3自動控制系統(tǒng)的組成及方框圖自動控制系統(tǒng)的組成及方框圖 （第二次課）（第二次課）在研究自動控制系統(tǒng)時，為了更清楚的表示控制在研究自動控制系統(tǒng)時，為了更清楚的表示控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的組成、特性和相互間的信號聯(lián)系，一般系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的組成、特性和相互間

13、的信號聯(lián)系，一般都采用方框圖。每個方框表示組成系統(tǒng)的一個都采用方框圖。每個方框表示組成系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)，兩個方框之間用帶箭頭的線段表示兩個方框之間用帶箭頭的線段表示信號信號聯(lián)系；進(jìn)入方聯(lián)系；進(jìn)入方框的信號為框的信號為環(huán)節(jié)輸入，環(huán)節(jié)輸入，離開方框的為離開方框的為環(huán)節(jié)輸出。環(huán)節(jié)輸出。閉環(huán)控制系統(tǒng)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)組成檢測元件和變送器檢測元件和變送器的作用是把被控變量的作用是把被控變量c(t)c(t)轉(zhuǎn)化為測轉(zhuǎn)化為測量值量值y(t)y(t)。比較機構(gòu)比較機構(gòu)的作用是比較設(shè)定值的作用是比較設(shè)定值r(t)r(t)與測量值與測量值y(t)y(t)并輸并輸出其差值。出其差值?？刂蒲b置控制裝置的作用是根據(jù)偏差

14、的正負(fù)、大小及變化情況，的作用是根據(jù)偏差的正負(fù)、大小及變化情況，按某種預(yù)定的控制規(guī)律給出控制作用按某種預(yù)定的控制規(guī)律給出控制作用u(t)u(t)。比較機構(gòu)比較機構(gòu)和控制裝置通常組合在一起，稱為控制器。和控制裝置通常組合在一起，稱為控制器。執(zhí)行器執(zhí)行器的作用是接受控制器送來的的作用是接受控制器送來的u(t)u(t)，相應(yīng)地去改相應(yīng)地去改變操縱變量變操縱變量q(t)q(t)。系統(tǒng)中控制器以外的各部分組合在一起，即系統(tǒng)中控制器以外的各部分組合在一起，即過程、執(zhí)過程、執(zhí)行器、檢測元件與變送器行器、檢測元件與變送器的組合稱為的組合稱為廣義對象廣義對象。閉環(huán)閉環(huán)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成組成在分析控制系統(tǒng)的工作

15、過程時，有幾個很重要的概念：在分析控制系統(tǒng)的工作過程時，有幾個很重要的概念：（1 1）信息：）信息：圖中的圖中的r(t)r(t)、y(t)y(t)、f(t)f(t)等盡管是實際的等盡管是實際的物理量，但它們是作為信息來轉(zhuǎn)換和作用的。圖中的物理量，但它們是作為信息來轉(zhuǎn)換和作用的。圖中的每一部分稱為一個環(huán)節(jié)，作用于它的信息稱為該環(huán)節(jié)每一部分稱為一個環(huán)節(jié)，作用于它的信息稱為該環(huán)節(jié)的輸入信號，它送出的信息稱為輸出信號。前一環(huán)節(jié)的輸入信號，它送出的信息稱為輸出信號。前一環(huán)節(jié)的輸出就是后一環(huán)節(jié)的輸入信號。每一環(huán)節(jié)的輸出信的輸出就是后一環(huán)節(jié)的輸入信號。每一環(huán)節(jié)的輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系僅僅取決于該環(huán)節(jié)的

16、特性。號與輸入信號之間的關(guān)系僅僅取決于該環(huán)節(jié)的特性。從整個系統(tǒng)來看，輸入信號：設(shè)定值和擾動從整個系統(tǒng)來看，輸入信號：設(shè)定值和擾動 輸出信號：被控變量、測量值輸出信號：被控變量、測量值（2 2）閉環(huán)：）閉環(huán)：按信息的流向來說按信息的流向來說（3 3）動態(tài)：）動態(tài)：物理量是時間的函數(shù)、是不斷變化的。擾物理量是時間的函數(shù)、是不斷變化的。擾動作用使被控變量偏離設(shè)定值，控制作用又使它回到動作用使被控變量偏離設(shè)定值，控制作用又使它回到設(shè)定值。設(shè)定值。閉環(huán)閉環(huán)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成組成1.2.4 1.2.4 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類按設(shè)定值的不同情況，將自動控制系統(tǒng)分為三類按設(shè)定值的不同情況，將自

17、動控制系統(tǒng)分為三類:定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng) 設(shè)定值保持不變（為一恒定值）的反饋控制系統(tǒng)設(shè)定值保持不變（為一恒定值）的反饋控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。稱為定值控制系統(tǒng)。隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng) 設(shè)定值不斷變化，且事先是不知道的，并要求系設(shè)定值不斷變化，且事先是不知道的，并要求系統(tǒng)的輸出（被控變量）隨之而變化。統(tǒng)的輸出（被控變量）隨之而變化。程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng) 設(shè)定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，設(shè)定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即根據(jù)需要按一定時間程序變化即根據(jù)需要按一定時間程序變化 1.3

18、1.3自動控制系統(tǒng)的過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)自動控制系統(tǒng)的過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)1.3.11.3.1靜態(tài)與動態(tài)靜態(tài)與動態(tài)控制系統(tǒng)的輸入有設(shè)定作用和擾動作用?？刂葡到y(tǒng)的輸入有設(shè)定作用和擾動作用。靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)、定態(tài)、平衡狀態(tài)）靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)、定態(tài)、平衡狀態(tài)）：當(dāng)輸入恒定不變時，：當(dāng)輸入恒定不變時，整個系統(tǒng)若能建立平衡，系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)將暫不動作，整個系統(tǒng)若能建立平衡，系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)將暫不動作，它們的輸出都處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。此時輸入與輸出之它們的輸出都處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。此時輸入與輸出之間的關(guān)系稱為系統(tǒng)的靜態(tài)特性。間的關(guān)系稱為系統(tǒng)的靜態(tài)特性。動態(tài)：動態(tài)：由于輸入的變化，輸出隨時間變化，其間的關(guān)由于輸入的變化，輸出隨時間

19、變化，其間的關(guān)系稱為系統(tǒng)的動態(tài)特性。從輸入開始，經(jīng)過控制直到系稱為系統(tǒng)的動態(tài)特性。從輸入開始，經(jīng)過控制直到再建立靜態(tài)，在這段時間中，整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和再建立靜態(tài)，在這段時間中，整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和變量都處于變化的過程之中，這種狀態(tài)稱為動態(tài)。變量都處于變化的過程之中，這種狀態(tài)稱為動態(tài)。1.3.21.3.2自動控制系統(tǒng)的過渡過程自動控制系統(tǒng)的過渡過程 當(dāng)自動控制系統(tǒng)的輸入發(fā)生變化后，被控變量當(dāng)自動控制系統(tǒng)的輸入發(fā)生變化后，被控變量（即輸出）隨時間不斷變化，它隨時間而變化的過（即輸出）隨時間不斷變化，它隨時間而變化的過程稱為系統(tǒng)的過渡過程。程稱為系統(tǒng)的過渡過程。也就是系統(tǒng)從一個平衡狀也就是系統(tǒng)從一

20、個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。對于一個穩(wěn)定的系統(tǒng)（所有正常工作的反饋系對于一個穩(wěn)定的系統(tǒng)（所有正常工作的反饋系統(tǒng)都是穩(wěn)定系統(tǒng)）要分析其統(tǒng)都是穩(wěn)定系統(tǒng)）要分析其穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性性，常以階躍作用為輸入時的被控變量的過渡過程，常以階躍作用為輸入時的被控變量的過渡過程為例，因為階躍作用很典型，實際上也經(jīng)常遇到，為例，因為階躍作用很典型，實際上也經(jīng)常遇到，且這類輸入變化對系統(tǒng)的影響是最嚴(yán)重的。且這類輸入變化對系統(tǒng)的影響是最嚴(yán)重的。定值控制系統(tǒng)過渡過程的幾種形式定值控制系統(tǒng)過渡過程的幾種形式(階躍擾動階躍擾動)發(fā)散振蕩發(fā)散振蕩單調(diào)發(fā)散單調(diào)發(fā)散

21、等幅振蕩等幅振蕩衰減振蕩衰減振蕩單調(diào)衰減單調(diào)衰減單項控制指標(biāo)（僅適用于衰減振蕩過程）單項控制指標(biāo)（僅適用于衰減振蕩過程）穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性1.3.3 1.3.3 自動控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)自動控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)綜合控制指標(biāo)綜合控制指標(biāo)最最大大動動態(tài)態(tài)偏偏差差或或超超調(diào)調(diào)量量是是描描述述被被控控變變量量偏偏離離設(shè)設(shè)定定值值最最大大程程度度的的物物理理量量，是是衡衡量量過過渡渡過過程程穩(wěn)穩(wěn)定定性性的的一一個個動動態(tài)態(tài)指標(biāo)。指標(biāo)。對于定值控制系統(tǒng)，過渡過程的最大動態(tài)偏差是對于定值控制系統(tǒng)，過渡過程的最大動態(tài)偏差是指被控變量第一個波的指被控變量第一個波的峰值與設(shè)定值峰值與設(shè)定值之

22、差。在上圖中，之差。在上圖中，最大偏差就是第一個波的峰值。為最大偏差就是第一個波的峰值。為A A（1 1）最大動態(tài)偏差（）最大動態(tài)偏差（e emaxmax）或超調(diào)量（或超調(diào)量（）CtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性最大偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程最大偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。若偏差越大，偏離的時間越長，對穩(wěn)定度。若偏差越大，偏離的時間越長，對穩(wěn)定正常生產(chǎn)越不利。正常生產(chǎn)越不利。要求小。要求小。特別是對于一些特別是對于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會對最都會對最大偏差的允許

23、值有所限制。大偏差的允許值有所限制。同時考慮到干擾會不斷出現(xiàn)，當(dāng)?shù)谝粋€同時考慮到干擾會不斷出現(xiàn)，當(dāng)?shù)谝粋€干擾還未清除時，第二個干擾可能又出現(xiàn)了，干擾還未清除時，第二個干擾可能又出現(xiàn)了，偏差有可能是疊加的，所以要限制最大偏差偏差有可能是疊加的，所以要限制最大偏差的允許值。因此，的允許值。因此，在決定最大偏差的允許值在決定最大偏差的允許值時，要根據(jù)工藝情況慎重選擇。時，要根據(jù)工藝情況慎重選擇。在在設(shè)設(shè)定定作作用用下下的的控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)（隨隨動動控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)）中中，通通常常采采用用超超調(diào)調(diào)量量這這個個指指標(biāo)標(biāo)來來表表示示被被控控變變量量偏偏離離設(shè)定值的程度，一般超調(diào)量以百分?jǐn)?shù)給出。設(shè)定值的程度

24、，一般超調(diào)量以百分?jǐn)?shù)給出。A超調(diào)量定義超調(diào)量定義：第第一個波的峰值與一個波的峰值與最終穩(wěn)態(tài)值之差最終穩(wěn)態(tài)值之差（即（即B=A-C）與）與穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值C之比。之比。ytBBC0衰減比是衡量過渡過程穩(wěn)定性的動態(tài)指標(biāo)。衰減比是衡量過渡過程穩(wěn)定性的動態(tài)指標(biāo)。定義：第一個波的振幅與同方向第二個波的振幅之比。定義：第一個波的振幅與同方向第二個波的振幅之比。（2 2）衰減比）衰減比n n衰減比衰減比n nCtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性衰減比衰減比n n n1:n1:衰衰減減振振蕩蕩。n n越越大大，則則控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的穩(wěn)穩(wěn)定定度度也也越越高高，當(dāng)當(dāng)n n趨趨于于無無窮窮大大時時，控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的過渡

25、過程接近于非振蕩過程。過渡過程接近于非振蕩過程。n=1:n=1:等幅振蕩等幅振蕩。n1:n1:發(fā)發(fā)散散振振蕩蕩。n n越越小小，意意味味著著控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的振蕩過程越劇烈，穩(wěn)定度也越低，振蕩過程越劇烈，穩(wěn)定度也越低，根據(jù)實際操作經(jīng)驗，根據(jù)實際操作經(jīng)驗，為保持足夠的穩(wěn)定裕度，為保持足夠的穩(wěn)定裕度，一般希望過渡過程有兩個波左右一般希望過渡過程有兩個波左右，與此對應(yīng)，與此對應(yīng)的的衰減比在衰減比在4:14:1到到10:110:1的的范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。衰減率：衰減率：衰減比衰減比4:14:1衰減率衰減率0.750.75衰減比衰減比10:110:1衰減率衰減率0.900.90CtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特

26、性（3 3）余差）余差定義：控制系統(tǒng)過渡過程終了時設(shè)定值與被定義：控制系統(tǒng)過渡過程終了時設(shè)定值與被控變量穩(wěn)態(tài)值之差。控變量穩(wěn)態(tài)值之差。余差是反映控制余差是反映控制準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性的一個重要穩(wěn)的一個重要穩(wěn)態(tài)指標(biāo)，一般希望其為零，或不超過預(yù)定態(tài)指標(biāo)，一般希望其為零，或不超過預(yù)定的范圍。的范圍。上圖中，上圖中，在控制系統(tǒng)中，在控制系統(tǒng)中，對余差的要求取決于對余差的要求取決于生產(chǎn)過程的要求，并不是越小越好生產(chǎn)過程的要求，并不是越小越好。例如。例如儲槽液位，余差可大一些；化學(xué)反應(yīng)器的儲槽液位，余差可大一些；化學(xué)反應(yīng)器的溫度控制要求高，余差就要小一些。溫度控制要求高，余差就要小一些。CtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)

27、特性（4 4）回復(fù)時間（過渡時間）回復(fù)時間（過渡時間）回復(fù)時間表示控制系統(tǒng)過渡過程的長短。回復(fù)時間表示控制系統(tǒng)過渡過程的長短。定義：控制系統(tǒng)在受到階躍外作用后，被控變量從原定義：控制系統(tǒng)在受到階躍外作用后，被控變量從原有穩(wěn)態(tài)值達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時間有穩(wěn)態(tài)值達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時間。理論上講，控制系統(tǒng)要完全達(dá)到新的平衡狀態(tài)需要無理論上講，控制系統(tǒng)要完全達(dá)到新的平衡狀態(tài)需要無限長的時間。限長的時間。CtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性實際上，實際上，被控變量接近于新穩(wěn)態(tài)值的被控變量接近于新穩(wěn)態(tài)值的 或或 或或 的范圍內(nèi)且不再越出時的范圍內(nèi)且不再越出時為止所經(jīng)歷的時間，可計為過渡時間。一般為止所經(jīng)歷

28、的時間，可計為過渡時間。一般希望過渡時間短一些。希望過渡時間短一些。ytBB5%A0Ts（5 5）振蕩頻率（或振蕩周期）振蕩頻率（或振蕩周期）在衰減比相同條件下，周期與過渡時間成正在衰減比相同條件下，周期與過渡時間成正比；振蕩頻率與回復(fù)時間成反比。比；振蕩頻率與回復(fù)時間成反比。定義：過渡過程同向兩波峰之間的時間間隔定義：過渡過程同向兩波峰之間的時間間隔稱為振蕩周期或工作周期。其倒數(shù)稱為振蕩稱為振蕩周期或工作周期。其倒數(shù)稱為振蕩頻率。頻率。其它一些次要指標(biāo)：其它一些次要指標(biāo)：振蕩次數(shù)：振蕩次數(shù)：是指在過渡過程內(nèi)被控變量振蕩是指在過渡過程內(nèi)被控變量振蕩的次數(shù)。的次數(shù)?！袄硐脒^渡過程兩個波理想過渡過

29、程兩個波”：是指過渡過程振是指過渡過程振蕩兩次就能穩(wěn)定下來。蕩兩次就能穩(wěn)定下來。上升時間：上升時間：是指干擾開始作用起到第一個波是指干擾開始作用起到第一個波峰所需要的時間。峰所需要的時間。CtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)：總結(jié)：主要指標(biāo)有：主要指標(biāo)有：最大偏差、衰減比、余差、過最大偏差、衰減比、余差、過渡時間。渡時間。在實際的系統(tǒng)中如何確定這些指標(biāo)，在實際的系統(tǒng)中如何確定這些指標(biāo)，要根據(jù)實際情況來定。要根據(jù)實際情況來定。原則：對生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質(zhì)原則：對生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)該優(yōu)先保證。指標(biāo)應(yīng)該優(yōu)先保證。例題：例題：某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍某換熱器的溫度調(diào)節(jié)

30、系統(tǒng)在單位階躍干擾下的過渡過程曲線如下圖所示。試分別干擾下的過渡過程曲線如下圖所示。試分別求出最大偏差、衰減比、余差、過渡時間求出最大偏差、衰減比、余差、過渡時間（設(shè)定值為（設(shè)定值為200200）。()()解解：(1)(1)最大偏差：最大偏差：(2)(2)余差：余差：()()(3)(3)衰減比：衰減比：第一個波的振幅第一個波的振幅第二個波的振幅第二個波的振幅()()衰減比衰減比(4)4)過渡時間：過渡時間：過渡時間與規(guī)定的被控變量的限制范圍大小有過渡時間與規(guī)定的被控變量的限制范圍大小有關(guān)，假設(shè)為關(guān)，假設(shè)為 ，就可以認(rèn)為過渡過程已經(jīng)結(jié)，就可以認(rèn)為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為束，那么限制范圍為

31、()那么，在新穩(wěn)態(tài)值（那么，在新穩(wěn)態(tài)值（205205）兩側(cè)以限制范圍）兩側(cè)以限制范圍為寬度畫一區(qū)域，只要被控變量為寬度畫一區(qū)域，只要被控變量不再越出不再越出即可。即可。因此，過渡過程為因此，過渡過程為2222min.min.綜合控制指標(biāo)綜合控制指標(biāo) 綜合控制指標(biāo)就是通過偏差的某些函數(shù)對時間綜合控制指標(biāo)就是通過偏差的某些函數(shù)對時間的積分值來表述。通常采用三種表達(dá)形式：的積分值來表述。通常采用三種表達(dá)形式：(1)(1)絕對值積分鑒定絕對值積分鑒定IAEIAE IAE IAE|e e|d|dt t(2)(2)平方積分鑒定平方積分鑒定ISEISE ISE ISEe e2 2d dt t(3)(3)時間

32、乘以絕對值的積分鑒定時間乘以絕對值的積分鑒定ITAEITAE ITAE ITAE|e e|t td dt t 在綜合指標(biāo)中，如直接對動態(tài)偏差在綜合指標(biāo)中，如直接對動態(tài)偏差e e積分，則正積分，則正負(fù)偏差將相互抵消，此時即使偏差很大，目標(biāo)積分負(fù)偏差將相互抵消，此時即使偏差很大，目標(biāo)積分值仍很小。而采用絕對值積分或偏差平方積分可以值仍很小。而采用絕對值積分或偏差平方積分可以避免正負(fù)偏差積分時相互抵消的現(xiàn)象。避免正負(fù)偏差積分時相互抵消的現(xiàn)象。IAEIAE與與ISEISE相相比，后者對最大偏差的數(shù)值更加敏感。而比，后者對最大偏差的數(shù)值更加敏感。而ITAEITAE對后對后期的時間加大權(quán)值，對消除偏差所需時間更為敏感，期的時間加大權(quán)值，對消除偏差所需時間更為敏感，可突出快速性要求?？赏怀隹焖傩砸蟆１綪PT為可編輯版本，以下內(nèi)容若不需要請刪除后使用，感謝您的理解，祝您生活愉快，事業(yè)有成，身體健康，萬事如意。本PPT為可編輯版本，此內(nèi)容若不需要請刪除后使用，感謝您的理解，祝您生活愉快，事業(yè)有成，身體健康，萬事如意。本PPT為可編輯版本，此內(nèi)容若不需要請刪除后使用，感謝您的理解，祝您生活愉快，事業(yè)有成，身體健康，萬事如意。本PPT為可編輯版本，此內(nèi)容若不需要請刪除后使用，感謝您的理解，祝您生活愉快，事業(yè)有成，身體健康，萬事如意。