水箱液位自動控制系統(tǒng)設(shè)計

1、水箱液位自動控制系統(tǒng)設(shè)計對象動態(tài)特性的了解。山此可見，在控制工程中，了解被控制的對象是必須首先做好的一 項工作。過程控制的被控對象設(shè)計的范圍很廣。被控對象不一定是指一個具體的設(shè)備，不少情況下 被控對象是指一個過程。有些過程可能涉與好兒種設(shè)備，而在有些設(shè)備內(nèi)部可能包括了兒 個過程。過程控制被控對象的內(nèi)在機理較為復(fù)朵，由簡單過程，乂存在嚴重非線性的過程，有 多變量過程，有些被控對象的特性隨時間或工作條件而變化。對被控對象動態(tài)特性的了解, 一種方法是通過分析被控對象的工作機理，建立被控對象的數(shù)學(xué)模型。但山于連續(xù)生產(chǎn)過 程的復(fù)雜性，完全從機理上揭示其內(nèi)在規(guī)律，獲得精確的數(shù)學(xué)模型還有較大的困難。另一 種

2、方法是工程上經(jīng)常使用的方法，它采用實驗法來獲得被控對象的數(shù)學(xué)模型。這種方法通 過測量被控對象的階躍相應(yīng)曲線（稱為飛升曲線），近似確定被控對象的數(shù)學(xué)模型，研究 被控對象的動態(tài)特性。4 / 24第二章系統(tǒng)元件的選擇2.1有自平衡能力的單容元件如果被控對象在擾動作用下偏離了原來的平衡狀態(tài)，在沒有外部干預(yù)的情況下（指沒 有自動控制或人工控制參與），被控變量依靠被控對象內(nèi)部的反饋機理，能自發(fā)達到新的 平衡狀態(tài)，我們稱這類對象是有自平衡能力的被控對象。具有自平衡能力的單容對象的傳遞函數(shù)為(2. 1)這是個一階慣性環(huán)節(jié)。描述這類對象的參數(shù)是時間常數(shù)T和放大系數(shù)Ko圖2. 1是單容水箱的示意圖。我們已經(jīng)推導(dǎo)過

3、水箱的傳遞函數(shù)為=亙I其中T二RC, C為水箱的橫截面積，R為輸出管道閥門的阻力。T稱為水箱的時間常數(shù)。K稱 為水箱的放大系數(shù)。階系統(tǒng)的特性我們已經(jīng)在時域分析中進行了詳細的討論，所 有結(jié)論都適用于單容對象。作為過程控制的被控對象，單容對象的時間常數(shù)比較大。2.2無自平衡能力的單容元件圖2. 2單容積分水箱圖22也是一個單容水箱。不同的是水箱的出口側(cè)安裝了一臺水泵，這樣一來，水箱的流 出水量就與水位無關(guān)，而是保持不變，即流出量的變化量 = 0o在靜態(tài)下，流入水箱的 流量與水泵的排水量相同都為Q,水箱的水位H保持不變。在流入量有一個增量蓋時，靜 態(tài)平衡被破壞，但流出量并不變化，水箱的水位變化規(guī)律為

4、dh 1式中C為水箱的橫截面積。對上式兩端求取拉普拉斯變換，可得水箱的傳遞函數(shù):(2.2)這是一個積分環(huán)節(jié)。它的單位階躍響應(yīng)為盹）=弘*=詁施）=水箱液位自動控制系統(tǒng)設(shè)計24 / 24圖23兩種水箱變化的比較(a)單容積分水箱(b)有自平衡能力的單容水箱圖2.3 (a)是水位變化的曲線。為了比較，我們把具有慣性環(huán)節(jié)特性的水箱在單位階躍輸 入下的水位響應(yīng)曲線也畫出來，如圖2. 3 (b)所示。很明顯，具有慣性環(huán)節(jié)特性的單容水 箱，在輸入作用下，水位經(jīng)過一個動態(tài)過程后，可以重新達到一個新的穩(wěn)定狀態(tài)。而具有 積分環(huán)節(jié)的水箱在受到同樣的擾動之后，水位則無限地上升，永遠不會達到一個新的穩(wěn)定 狀態(tài)。我們稱

5、這種水箱為單容水箱。具有積分環(huán)節(jié)特性的單容對象的傳遞函數(shù)可以表示為(2. 3)式中e稱為飛升速度。其單位階躍響應(yīng)為(2. 4)池)=st這是一條直線方程，如圖2.3 (a)所示。&是直線的斜率。式(2-4)說明，當(dāng)被控對象原 來的平衡狀態(tài)被擾動作用破壞后，如果不依靠自動控制或人工控制的外來作用，被控變量 將一直變化下去，不可能達到新的平衡狀態(tài)。我們稱這類對象為無自平衡能力的對象。2. 3單容對象的特性參數(shù)被控對象有無自平衡能力，是被控對象本身固有的特性。圖5-5給出了兩類水箱的方框 圖。圖5-5 (a)是有自平衡能力的單容水箱，從方框圖中可以看出，水箱的水位既與流入 量色有關(guān)，也受流出量勵的制

6、約，在被控對象內(nèi)部形成了一個負反饋機制。當(dāng)流入量增大 時，將引起水位的上升。水位上升的結(jié)果，流出量就會增加。流出量的增大乂限制了水位 的進一步上升。經(jīng)過一個動態(tài)過程后，總能重新找到一個平衡點，使流入量與流岀量相等, 水位不再變化。圖5-5 (b)是無自平衡能力的單容水箱，在其內(nèi)部不存在負反饋機制，水 位只與流量有關(guān)。具有自平衡能力的被控對象，本身對擾動有一定的克服能力，控制性能 較好。而無自平衡能力的被控對象，其傳遞函數(shù)的極點位于虛軸上，是不穩(wěn)定的。被控變 量若要按要求的規(guī)律變化，必須完全依賴于對象外部的控制系統(tǒng)。圖5. 5兩種類型的單容水箱(a)有自平衡能力(b)無自平衡能力我們曾經(jīng)提到，一

7、階系統(tǒng)是含有一個存貯元件的系統(tǒng)。本節(jié)中我們看到，有自平衡能力無 自平衡能力的對象都含有存貯元件，為什么表現(xiàn)出不同的特性呢？上面，我們就其內(nèi)部機 理進行分析?，F(xiàn)在我們來看表征其特性的參數(shù)的異同 描述存貯元件存貯能力的參數(shù)稱為對象的容量系數(shù)。容量系數(shù)可定義為C二被控對象儲存的物質(zhì)或能量的變化量/輸出的變化量容量系數(shù)對不同的被控對象有不同的物理意義，如水箱的橫截面積，電容器的電容量。熱 力系統(tǒng)得熱容量等。在我們推導(dǎo)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)時，經(jīng)常遇到T=RCT稱為系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的時間常數(shù)，它是系統(tǒng)或環(huán)節(jié)慣性大小的量度。式中的R稱為阻力系數(shù)。 如電路的電阻，流體流動的液阻，傳熱過程的熱阻等。被控對象的容量系數(shù)

8、，表示了被控 對象抵抗擾動的能力，如水箱的橫截面積大，同樣流入量下，水位上升得就慢。電路的電 容量大，在同樣充電電流下，電壓上升得就慢。慣性環(huán)節(jié)的慣性，其根本原因就是因為它 具有存貯能力。但這并不是決定慣性大小的唯一因素。還有另一個因素就是阻力系數(shù)。阻 力系數(shù)是對流入存貯元件凈流入量的制約。在R-C充電電路里，它限制了流入電容器的電 流，在單容水箱中，它限制了水箱的凈進水量。慣性環(huán)節(jié)因為其具備了自平衡能力，在其 動態(tài)參數(shù)上，用時間常數(shù)來表示，而單容積分環(huán)節(jié)則不存在阻力系數(shù)，只用容量系數(shù)就可 以表征其特性。描述有自平衡能力單容被控對象的參數(shù)有兩個：放大系數(shù)K和時間常數(shù)T,稱為被控對象 的特性參數(shù)

9、。放大系數(shù)K表示輸入信號通過被控對象后穩(wěn)態(tài)輸出是輸入的K倍。對于同樣 的輸入信號，放大系數(shù)大，對應(yīng)的輸出信號就大。K表示了被控對象的穩(wěn)態(tài)放大能力，是 被控對象的穩(wěn)態(tài)參數(shù)。T是描述被控對象慣性大小的參數(shù)，時間常數(shù)T越大，被控對象在 輸入作用下的輸出變化得越慢。T是單容被控對象的動態(tài)參數(shù)。無自平衡能力的被控對象 在輸入作用下不會達到新的穩(wěn)定狀態(tài)，描述其性能的參數(shù)只有一個動態(tài)參數(shù)：飛升速度占。第三章控制器參數(shù)的整定3.1參數(shù)的確定控制器參數(shù)的整定，對PID控制規(guī)律來說，就是恰當(dāng)選擇比例度6(或比例放大系數(shù) 鬆)、 積分時間常數(shù)懇 和微分時間常數(shù)吊的值?？刂破鲄?shù)整定的方法有兩類，一類是 理論計算法，

10、一類是工程整定法.已知被控對象較準確的數(shù)學(xué)模型，可以應(yīng)用理論訃算法。用傳統(tǒng)的時域法、頻率法、根軌 跡法都可以進行整定，利用計算機進行參數(shù)整定和優(yōu)化的方法也很多。往往山于數(shù)學(xué)模型 的原因，理論計算得到的數(shù)據(jù)精度不高，但它卻可以為工程整定法提供指導(dǎo)。工程整定法易于掌握，是比較實用的方法。常用的工程整定法有穩(wěn)定邊界法、衰減曲線法、 響應(yīng)曲線法等。穩(wěn)定邊界法乂稱為臨界比例度法。具體過程是，先將控制器變?yōu)楸壤刂破?(寳= 8,6 = 0),逐漸減小比例帶5,直到出現(xiàn)等幅振蕩。這是的比例度稱為臨界比例度，記為 屜。記下兩個波峰相距的時間(臨界振蕩周期)氐,根據(jù)狂和 % ,按表 3. 1進行計算。表3.1

11、穩(wěn)泄邊界法計算公式表(衰減率妙=75% )控制規(guī)律比例度E (%)積分時間E (min)微分時間(min)P2咅KPD1.8九0.1玲PI2.2熾PW1.7血0.5玲0.125%衰減曲線法。衰減曲線法是使系統(tǒng)產(chǎn)生衰減振蕩，根據(jù)衰減振蕩參數(shù)來確定控制器參數(shù)。工程上認為，衰減率0 = 75% (衰減比為4： 1)時，系統(tǒng)的動態(tài)過程較適宜。因此，一般 都采用4： 1衰減曲線來進行整定。具體過程是：先將控制器變成比例控制器，比例度取 較大的值，給定值為階躍函數(shù)，觀察曲線的衰減情況。然后逐漸減小比例度，直到衰減比 為4： 1,此時的比例度為鳳，衰減周期為耳，如圖5. 34所示x(f)圖3.1 4:1衰減

12、曲線根據(jù)九和按表3.1進行訃算。表32衰減曲線法計算表控制規(guī)律比例度E (%)積分時間 (min)微分時間(min) 6S PD1.25,0.5TsPID0.85s0.3Tso.m響應(yīng)曲線法與以上兩種方法不同。以上兩種方法都是在閉環(huán)系統(tǒng)下進行的，而響應(yīng)曲線法 則要測出系統(tǒng)的開環(huán)階躍響應(yīng)。把控制系統(tǒng)從控制器輸出點斷開。在調(diào)節(jié)閥上加一個階躍 輸入，測量變送器的輸出作為響應(yīng)曲線。響應(yīng)曲線一般的形式如圖3. 2所示。根據(jù)響應(yīng)曲 線可近似求出如下傳遞函數(shù)C T8 e 匚十1圖3. 2系統(tǒng)的開環(huán)階躍響應(yīng)根據(jù)求出的K, T W值,按表3. 3 Ik算。表3. 3響應(yīng)曲線計算表（衰減率妙=75% ）被控對彖T

13、 亍 0層T 0.2- 1.5控制規(guī)律X%)X%)PK舟TT-0.082QK 亍十07PI1,1磅T3.3tT-0.0826K T + 0.6o.sr PIDT0.8&Z-T2t0,5 了T-0.082,6K + 0.880.8 IT +O.10T0.25T43. 2電動機的數(shù)學(xué)模型直流電動機的數(shù)學(xué)模型。直流電動機可以在較寬的速度范圍和負載范圉內(nèi)得到連續(xù)和 準確地控制，因此在控制工程中應(yīng)用非常廣泛。直流電動機產(chǎn)生的力矩與磁通和電樞電流 成正比，通過改變電樞電流或改變激磁電流都可以對電流電機的力矩和轉(zhuǎn)速進行控制。在 這種控制方式中，激磁電流恒定，控制電圧加在電樞上，這是一種普遍采用的控制方式。設(shè)

14、吠可為輸入的控制電壓（專 i電樞電流（曲 M為電機產(chǎn)生的主動力矩（NGJ為電機軸的角速度（皿附）L為電機的電感（丹） 況 為電樞導(dǎo)數(shù)的電阻g（t）為電樞轉(zhuǎn)動中產(chǎn)生的反電勢CK）J為電機和負載的轉(zhuǎn)動慣量（K計懶駕根據(jù)電路的克?；舴蚨ɡ碚砗骴 3 dudMrTTmr2 十 y-十 3 =+M-)式中:-氓 稱為直流電動機的電氣時間常數(shù)；K% 稱為直流電動機的機電時間常數(shù)；1& =瓦，彳=K點 為比例系數(shù)。直流電動機電樞繞組的電感比較小，一般情況下可以忽略不計，式（2.4）可簡化為十3 = 2久3. 3控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型圖3.3過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖傳遞函數(shù)為G =控制器參數(shù)的確定測的該控制系統(tǒng)開環(huán)階

15、躍響應(yīng)的參數(shù)后得到的近似傳遞函數(shù)為%)=1-3181005 + I53. 4 PID控制器的參數(shù)計算r _ 21 f = W0= 0.21T根據(jù)亍查表5.46x亍+ 0.880.21-0.150.21 + 0.88= 0.14=14%minTi = 0.8T十 0.19丁= 0.81 x 1.670.19 x 0.35 = 1.422； = 0.257i = 0.36min工程整定法山于釆用的是經(jīng)驗公式，所以對同一系統(tǒng)應(yīng)用不同方法整定出的參數(shù)不可能一 致。它們的實際控制性能指標(biāo)將會有差別。第四章控制系統(tǒng)的校正在工業(yè)生產(chǎn)過程中，被控對象的特性并不是不變的。當(dāng)被控對象特性發(fā)生變化后，原 定整定的P

16、ID控制參數(shù)就不是最合適的參數(shù)了，必須重新整定。這將給連續(xù)化的生產(chǎn)帶來 不利的影響。有一種控制系統(tǒng)，能根據(jù)被控對象特性的變化或其他條件的變化，自動調(diào)整 控制系統(tǒng)的控制規(guī)律和控制器的控制參數(shù)，使控制系統(tǒng)始終處于最佳狀態(tài)，我們稱這種控 制系統(tǒng)為自適應(yīng)控制系統(tǒng)。能對控制器參數(shù)進行自動整定的自適應(yīng)控制系統(tǒng)成為自校正系 統(tǒng)或自整定系統(tǒng)。圖4.1時自校整系統(tǒng)的工作原理圖。自校正系統(tǒng)與一般控制系統(tǒng)相比，增加了兩種功能： 一是根據(jù)控制器輸出和被控對象輸出分析對象的特性，即對對象進行識別；二是根據(jù)識別 結(jié)果計算并改變控制器參數(shù)，稱為決策。例如假定被控對象的模型為：對象識別環(huán)節(jié)就會根據(jù)測量的值對K,T和丁進行估計

17、。決策環(huán)節(jié)則根據(jù)求出的對象參數(shù)按 規(guī)定的整定規(guī)則計算出控制器參數(shù)并對控制器參數(shù)進行修改。4.1控制器的正反作用控制系統(tǒng)要能正常工作，必須有一個負反饋控制系統(tǒng)。為了保證這一點，必須正確選 擇各環(huán)節(jié)的正反作用?？刂破鞯恼醋饔檬歉鶕?jù)被控變量的測量值和控制器輸出之間的關(guān) 系確定的。被控變量測量值增加時，控制器的輸出也增加，則控制器為正作用控制器，并 規(guī)定其穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)乩為負。被控對象的測量值增加時，控制器的輸出值減小，則控制 器為反作用控制器，并規(guī)定器穩(wěn)態(tài)放大系數(shù)乩為正。被控對象的輸出與調(diào)節(jié)閥內(nèi)的介質(zhì)流量變化決定了被控對象的正反作用。介質(zhì)流量增加， 被控對象的輸出也增加，則被控對象為正作用，規(guī)定其放

18、大系數(shù)用0為正。介質(zhì)流量增 加時，被控對象輸出減小，則被控對象為反作用，規(guī)定其放大系數(shù)Ko為負。執(zhí)行器氣開式為正作用，氣關(guān)式為反作用，并規(guī)定正作用調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)乩為正， 反作用的肌為負。變送器的作用一般都是正作用，其放大系數(shù) K斑為正。要保證系統(tǒng)是負反饋系統(tǒng)，組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的正反作用的乘積必須為正。這可用各環(huán)節(jié) 的放大系數(shù)來表示。即點點訥 為正。這里相乘只取正符號計算，不必訃算放大系 數(shù)的具體數(shù)值。選擇控制器的正反作用的步驟是先根據(jù)工藝與安全要求確定調(diào)節(jié)閥正反作用，被控對象的 正反作用是固有的特性，測量變送器一般是正作用，所以往往可以排除在外，最后再選擇 控制器的正反作用，使的乘積為正。4

19、.2串級控制系統(tǒng)審級控制系統(tǒng)是在單回路控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，對改善控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)非常 有效，在過程控制中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，是一種典型的復(fù)雜控制系統(tǒng)。圖4. 2夾套反應(yīng)器的溫度控制(a)單回路控制(b)串級控制我們通過一個實例來說明串級控制原理。圖4. 3是夾套式反應(yīng)釜溫度控制的例子。反應(yīng)釜 中的放熱化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量必須被傳輸出去，以保證化學(xué)反應(yīng)的溫度條件。冷卻水通 過夾套把反映熱帶走。圖4.2 (a)是一個單回路控制系統(tǒng)。TT表示溫度測量變送器，TC 表示溫度控制器。這個控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖見圖4.2。影響反應(yīng)釜反應(yīng)溫度的因素來自反應(yīng) 物料和冷卻水兩個方面，用】表示物料方面的擾動，用表示

20、冷卻水方面的擾動。因 為這兩個擾動的作用點不同，對反應(yīng)釜溫度&的影響也不一樣。若冷卻水發(fā)生擾動，如冷 卻水入口水溫度突然升高或冷卻水流量突然減小，這個擾動經(jīng)過夾套、反應(yīng)釜的槽壁、反 應(yīng)釜(反應(yīng)槽)才能對0發(fā)生影響，山于被控對象熱容量大，熱傳遞過程的慣性很大。在 發(fā)生變化后，控制器才能開大冷卻水進水調(diào)節(jié)閥，加大流量，但影響到& 乂要經(jīng)過一個 熱傳遞過程。這將使反應(yīng)釜的溫度B發(fā)生較大的偏差?？梢妴位芈废到y(tǒng)不能滿足控制的要 求。山于冷卻水方面的擾動會很快影響到夾套溫度血，如果把單回路控制系統(tǒng)改變成圖4. 2(b) 的形式，即增加一個夾套溫度控制系統(tǒng)，當(dāng)冷卻水?dāng)_動發(fā)生時，這個控制回路會立即產(chǎn)生 控制作

21、用，穩(wěn)定血山于這個控制回路慣性小，反應(yīng)快，血 很快會被穩(wěn)定下來，e基本上 不受02 擾動的影響，控制質(zhì)量就大大得到改善。圖4. 4是這個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖4. 3夾套反映器單回路溫度控制系統(tǒng)圖4. 4夾套反應(yīng)器串級溫度控制系統(tǒng)圖4. 4所示的控制系統(tǒng)為串級控制系統(tǒng)。當(dāng)被控對象具有較大的慣性和容量延遲時,圖4. 5被控對象若被控對象可以分為兩部分，稱為過程I ,過程II,如圖4. 5所示。過程II的輸出是過程 I的輸入，會對被控變量產(chǎn)生重大影響.一般悄況下，過程II的慣性較小，過程I的慣性較 大對于這種情況，采用單回路控制方案,對發(fā)生在過程II上的擾動，控制效果很差，采用 串級控制方式，則能收到較

22、為滿意的控制效果。圖4. 6串級控制系統(tǒng)的原理圖審級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖見圖4. 6。串級控制系統(tǒng)共有2個控制回路.內(nèi)部的反饋回路稱為副 回路。副回路包括副控制器（副調(diào)節(jié)器），調(diào)節(jié)閥，副對象（即過程II ）和副變送器.發(fā)生在 副回路內(nèi)的擾動稱為二次擾動。外部的控制回路稱為主回路.主回路包括主控制器（主調(diào)節(jié) 器），整個副回路，主對象（過程I ）和變送器。發(fā)生在主對象上的擾動稱為一次擾動。如果 把整個副回路當(dāng)成一個等效環(huán)節(jié)，它串聯(lián)在主回路的前向通道上。這就是串級控制名稱的 山來。串級控制在結(jié)構(gòu)上有兩個特點:一個特點是串級控制雖然有兩個控制器，兩個變送器 和兩個測量參數(shù)，但仍然是一個單輸入單輸出系統(tǒng)，系

23、統(tǒng)只有一個需人為設(shè)定的給定值，只 有一個控制變量（即副控制器輸出），只有一個執(zhí)行機構(gòu)，因而也只能有一個被控變量，這一 點和單回路控制系統(tǒng)極其相似；串級控制的另一個結(jié)構(gòu)的特點是主控制器和副控制器串聯(lián) 在回路中.主控制器的輸出是副控制器的給定值.主控制器接受設(shè)定的給定值，所以整個串 級控制系統(tǒng)是一個定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)副控制器的給定值是主控制器的輸出，因為這個輸出要 隨著擾動而變化，所以副回路是一個隨動系統(tǒng).過程控制中還會經(jīng)常遇到具有兩個回路的 控制系統(tǒng)，只要不符合以上兩個特征，就不是串級控制系統(tǒng).吊級控制在控制品質(zhì)上也有兩個最顯著的特點.圖4. 7是某個串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖, 圖中標(biāo)明了各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)

24、為了比較控制效果，圖4. 8給出了同一被控對象的單回路控 制結(jié)構(gòu)圖.、”I二次擾動進入副回路后，二次擾動02至控制系統(tǒng)輸出（稱為主參數(shù)）的傳遞函數(shù)為%)砌6）52)圖4.8單回路控制系統(tǒng)比較兩式，串級系統(tǒng)的傳遞函數(shù)分母比單回路系統(tǒng)大的多。這說明，串級控制系統(tǒng)使二次 擾動對主參數(shù)的增益明顯減小，與單回路相比，二次擾動的影響可以減小10-100倍。從 作用原理上看，二次擾動首先影響副對象的輸出（稱為副參數(shù)），副控制器立即產(chǎn)生控制 作用，由于副對象（或副過程）慣性較小，所以擾動的影響很快得到克服，不會對被控變 量產(chǎn)生大的影響。串級控制的副回路對進入副回路的干擾有很強的克服能力。這是串級控 制的一個顯

25、著的特點。在設(shè)計吊級控制系統(tǒng)時，一定要把被控對象的主要擾動包括在副回 路內(nèi)。這是設(shè)計串級控制系統(tǒng)的根本原則。對于一次擾動，是不經(jīng)過副回路的。但副回路的存在卻可以使副回路的等效傳遞函數(shù) 的慣性大大減小，改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。這是串級控制的另一 個顯著特點。在串級控制中，副回路主要是為了抑制二次擾動，并不要將二次擾動完全消 除，所以精度要求并不高，副控制器選比例控制就可以了。主回路的任務(wù)是保證系統(tǒng)輸出 與給定值一致，控制精度要求高，所以主控制器應(yīng)選擇比例積分（PI）或（PID）控制器。 副回路起“粗調(diào)”作用，要求響應(yīng)快，主回路起“細調(diào)”作用，要求精度高。這是選用主 副控制器的

26、原則。串級控制系統(tǒng)主副控制器參數(shù)定有多種方法。當(dāng)主副對象慣性相差不大, 主副回路相互影響時，可采用逐步逼近法。即先斷開主回路整定副控制器參數(shù)，然后再整 定主回路參數(shù)，接著再次在閉環(huán)下整定副回路參數(shù)。先副后主，逐步逼近，直到控制性能 指標(biāo)滿意。二步整定法適用于主副對象時間常數(shù)相差較大的情況。在系統(tǒng)閉合時先整定副 回路，然后把副回路當(dāng)成一個環(huán)節(jié)，整定主回路。這種方法應(yīng)用較廣?，F(xiàn)在，生產(chǎn)過程的 新技術(shù)、新工藝以與新型的生產(chǎn)設(shè)備都對自動控制提出了更高的要求。在新的控制理論指 導(dǎo)下的許多高級、先進的控制方式正在逐步獲得應(yīng)用。例如最優(yōu)控制系統(tǒng)，自適應(yīng)控制系 統(tǒng)，預(yù)測控制系統(tǒng)，智能控制系統(tǒng)等。第五章系統(tǒng)的穩(wěn)

27、定性分析5.1系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析已知系統(tǒng)的特征方程為? +6? +1253 +15s2 +10s + 2 = 0用勞斯判據(jù)分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性如下110626*12-1x15576 T57 十 58xl5 -6x一6 6 ,5750737竺芒-乙25766,38185073T6x10-1x2586 T572-6x0J= 2571215顯然，勞斯表第一列系數(shù)符號相同，故系統(tǒng)是穩(wěn)定的。5. 2控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差開環(huán)傳遞函數(shù)表示為mk n e+i)式中K表示系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)。N表示開環(huán)傳遞函數(shù)所包含的積分環(huán)節(jié)數(shù)。在分析控制 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差時，我們根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)所含的積分環(huán)節(jié)數(shù)來對系統(tǒng)進行分類。若 N二0,即控制系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù)不含積分環(huán)節(jié)，稱為0型系統(tǒng)。若*1,則稱為I型系統(tǒng)。N= 1【，稱為I【型系統(tǒng)?，F(xiàn)在，我們來討論不同類型的控制系統(tǒng)在典型輸入信號作用下的穩(wěn)態(tài)誤差。 單位斜坡函數(shù)輸入的穩(wěn)態(tài)誤差 單位斜坡函數(shù)輸入下控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為TO 1十0屆）耳,=Um 列1十內(nèi)（9）刃0 6陽定義K=曲曲o砒 T Q則系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差為1聰=耳廠 -fktl式中，甌稱為速度誤差系數(shù)。對于0型系統(tǒng)K=湖如0班s） T 0m k n （環(huán)十1）=Um A】n e 十 1）8=1=0穩(wěn)態(tài)誤差為1= rjr = OQJxcik n (鬲十1)Kp = g 七n e十1)S = 1穩(wěn)態(tài)誤差為1 1e=