化工儀表自動化課第一章

1、化工儀表及自動化化工儀表及自動化第一章第一章 自動控制系統(tǒng)基本概念自動控制系統(tǒng)基本概念 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 化工自動化的主要內(nèi)容化工自動化的主要內(nèi)容n 自動控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式自動控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式n 基本組成基本組成n 方塊圖方塊圖 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖n 圖形符號圖形符號n 字母代號字母代號n 儀表位號儀表位號n 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類n 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標n 控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)n 控制系統(tǒng)的過渡過程控制系統(tǒng)的過渡過程n 控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標n 影響控制系

2、統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素1第一節(jié)第一節(jié) 自動控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式自動控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式 4圖圖1-2 1-2 人工操作圖人工操作圖圖圖1-3 1-3 液位自動控制系統(tǒng)圖液位自動控制系統(tǒng)圖n人工操作與自動控制比較圖人工操作與自動控制比較圖控制速度和精度不能滿足大型控制速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要第二節(jié)第二節(jié) 自動控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式自動控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式二、二、自動控制系統(tǒng)的表示形式自動控制系統(tǒng)的表示形式1、方塊圖、方塊圖n在研究自動控制系統(tǒng)時，為了便于對系統(tǒng)分析研究，一在研究自動控制系統(tǒng)時，為了便于

3、對系統(tǒng)分析研究，一般都般都用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的組成用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的組成。n下頁圖為液位自動控制系統(tǒng)的方塊圖，下頁圖為液位自動控制系統(tǒng)的方塊圖，每個環(huán)節(jié)表示組每個環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的一個部分，稱為成系統(tǒng)的一個部分，稱為“環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)”。兩個方塊之間用一兩個方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號的相互關系，箭頭指向方條帶有箭頭的線條表示其信號的相互關系，箭頭指向方塊表示為這個環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開方塊表示為這個環(huán)塊表示為這個環(huán)節(jié)的輸入，箭頭離開方塊表示為這個環(huán)節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號。節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號。6n方塊圖中，方塊圖中， x 指設定值；指設定值；z

4、 指輸出信號；指輸出信號；e 指偏差信指偏差信號；號；p 指發(fā)出信號；指發(fā)出信號；q 指出料流量信號；指出料流量信號；y 指被控變指被控變量；量；f 指擾動作用。當指擾動作用。當x 取正值，取正值，z取負值取負值，e= x- z，負反饋；負反饋；x 取正值，取正值，z取正值，取正值， e= x+ z，正反饋。，正反饋。第二節(jié)第二節(jié) 自動控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式自動控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式n液位自動控制的方塊圖液位自動控制的方塊圖圖圖1-5 1-5 液位自動控制系統(tǒng)方塊圖液位自動控制系統(tǒng)方塊圖7第二節(jié)第二節(jié) 自動控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式自動控制系統(tǒng)的基本組成及表示形式n 其他控制系統(tǒng)

5、其他控制系統(tǒng) 用同一種形式的方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)用同一種形式的方塊圖可以代表不同的控制系統(tǒng)圖圖1-6 1-6 蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng) 當進料流量或溫度變化當進料流量或溫度變化等因素引起出口物料溫度變等因素引起出口物料溫度變化時，可以將該溫度變化測化時，可以將該溫度變化測量后送至溫度控制器量后送至溫度控制器TCTC。溫。溫度控制器的輸出送至控制閥，度控制器的輸出送至控制閥，以改變加熱蒸汽量來維持出以改變加熱蒸汽量來維持出口物料的溫度不變?？谖锪系臏囟炔蛔?。 這個控制系統(tǒng)同樣可這個控制系統(tǒng)同樣可以用上頁中的方塊圖以用上頁中的方塊圖表示表示8圖圖1-6 蒸汽加熱器溫度控

6、制系統(tǒng)：蒸汽加熱器溫度控制系統(tǒng)：蒸汽加熱器蒸汽加熱器加熱蒸汽量加熱蒸汽量加熱蒸汽壓力的變化、加熱器內(nèi)部傳熱系數(shù)的變化、環(huán)境加熱蒸汽壓力的變化、加熱器內(nèi)部傳熱系數(shù)的變化、環(huán)境溫度的變化溫度的變化加熱蒸汽加熱蒸汽1.方塊圖方塊圖n 注意！注意！方塊圖中的每一個方塊都代表一方塊圖中的每一個方塊都代表一個具體的裝置。個具體的裝置。9n方塊與方塊之間的連接線，只是代表方塊之間的信號聯(lián)方塊與方塊之間的連接線，只是代表方塊之間的信號聯(lián)系，并不代表方塊之間的物料聯(lián)系。方塊之間連接線的箭系，并不代表方塊之間的物料聯(lián)系。方塊之間連接線的箭頭也只是代表信號作用的方向，與工藝流程圖上的物料線頭也只是代表信號作用的方向

7、，與工藝流程圖上的物料線是不同的。是不同的。n工藝流程圖上的物料線是代表物料從一個設備進入另一工藝流程圖上的物料線是代表物料從一個設備進入另一個設備，而方塊圖上的線條及箭頭方向有時并不與流體流個設備，而方塊圖上的線條及箭頭方向有時并不與流體流向相一致。向相一致。n自動控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)1.方塊圖方塊圖n 小結(jié)小結(jié)n自動控制系統(tǒng)是具有被控變量負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)是具有被控變量負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。 n與自動檢測、自動操縱等開環(huán)系統(tǒng)比較，最本質(zhì)的區(qū)與自動檢測、自動操縱等開環(huán)系統(tǒng)比較，最本質(zhì)的區(qū)別，就在于別，就在于自動控制系統(tǒng)有負反饋自動控制系統(tǒng)有負反饋，開環(huán)系統(tǒng)

8、中，被，開環(huán)系統(tǒng)中，被控（工藝）變量是不反饋到輸入端的?？兀üに嚕┳兞渴遣环答伒捷斎攵说摹?0舉例舉例化肥廠的造氣自動機就是典型的開環(huán)系統(tǒng)的例子化肥廠的造氣自動機就是典型的開環(huán)系統(tǒng)的例子自動操縱裝置自動操縱裝置對象對象操縱作用操縱作用工藝參數(shù)工藝參數(shù)操縱指令操縱指令1.1.方塊圖方塊圖n小結(jié)小結(jié)開環(huán)系統(tǒng)：開環(huán)系統(tǒng)：自動機在操作時，自動機在操作時，一旦開機，就只能是按照預一旦開機，就只能是按照預先規(guī)定好的程序周而復始地先規(guī)定好的程序周而復始地運轉(zhuǎn)。這時被控變量如果發(fā)運轉(zhuǎn)。這時被控變量如果發(fā)生了變化，自動機不會自動生了變化，自動機不會自動地根據(jù)被控變量的實際工況地根據(jù)被控變量的實際工況來改變自己的

9、操作。來改變自己的操作。比較比較閉環(huán)系統(tǒng)：閉環(huán)系統(tǒng)：有針對性有針對性地根據(jù)被控變量的變地根據(jù)被控變量的變化情況而改變控制作化情況而改變控制作用的大小和方向，從用的大小和方向，從而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)始終等于或接近于所始終等于或接近于所希望的狀態(tài)。希望的狀態(tài)。11設定器設定器控制器控制器被控對象被控對象擾動擾動被控量被控量設定器設定器被控過程被控過程傳感器傳感器控制器控制器開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) :第三節(jié)第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類幾種分類方法幾種分類方法（一）按（一）按被控變量被控變量來分類，如溫度、壓力等控制系統(tǒng)；來分類，如溫度、壓力

10、等控制系統(tǒng)；（二）按（二）按控制器具有的控制規(guī)律控制器具有的控制規(guī)律來分類，如比例、比例積分、來分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；（三）將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的（三）將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的被控變量的給定值被控變量的給定值是否變化和如何變化是否變化和如何變化來分類，這樣可將自動控制系統(tǒng)分為三來分類，這樣可將自動控制系統(tǒng)分為三類，即類，即定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。12其中第三種分類方法最普遍其中第三種分類方法最普遍第三節(jié)第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類

11、“定值定值” ” 是是恒定給定值恒定給定值的簡稱。工藝生產(chǎn)中，若要的簡稱。工藝生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個生產(chǎn)求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個生產(chǎn)指標上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，就需要指標上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)。采用定值控制系統(tǒng)。13 給定值隨機變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參給定值隨機變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準確而快速地跟隨給定值的變化而變化。數(shù)準確而快速地跟隨給定值的變化而變化。第三節(jié)第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類3.3.程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)）程序控制系

12、統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)） 給定值變化，但它是一個已知的時間函數(shù)，即生給定值變化，但它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)技術指標需按一定的時間程序變化。這類系統(tǒng)在間產(chǎn)技術指標需按一定的時間程序變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中應用比較普通。歇生產(chǎn)過程中應用比較普通。14第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標 一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)15自動控制目的：自動控制目的：希望將被控變量保持在一個不變的給定希望將被控變量保持在一個不變的給定值上，這只有當進入被控對象的物料量（或能量）和流值上，這只有當進入被控對象的物料量（或能量）和流出對象的物料量（或能量）

13、相等時才有可能。出對象的物料量（或能量）相等時才有可能。 靜態(tài)靜態(tài)被控變量不隨時間而變化的平衡狀態(tài)（變化率被控變量不隨時間而變化的平衡狀態(tài)（變化率為為0 0，不是靜止）。，不是靜止）。第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標 當一個自動控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均當一個自動控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時，整個系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，恒定不變時，整個系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變系統(tǒng)的各個組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號也都處于相對靜止

14、狀態(tài)，其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號也都處于相對靜止狀態(tài)，這種狀態(tài)就是這種狀態(tài)就是靜態(tài)靜態(tài)。 16第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標17動態(tài)動態(tài)被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài) 。 從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過控制，直到系統(tǒng)重從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過控制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時間中，整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和新建立平衡，在這一段時間中，整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和信號都處于變動狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做動態(tài)。信號都處于變動狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做動態(tài)。結(jié)論：結(jié)論：在自動化工作中，了解系統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，但是了在自動化工作中，了解系

15、統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，但是了解系統(tǒng)的動態(tài)更為重要。因為在生產(chǎn)過程中，干擾是客觀存解系統(tǒng)的動態(tài)更為重要。因為在生產(chǎn)過程中，干擾是客觀存在的，是不可避免的，就需要通過自動化裝置不斷地施加控在的，是不可避免的，就需要通過自動化裝置不斷地施加控制作用去對抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持制作用去對抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術指標上。在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術指標上。第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標二、控制系統(tǒng)的過渡過程二、控制系統(tǒng)的過渡過程n系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一

16、個平衡狀態(tài)的過程。 18當干擾作用于對象，系統(tǒng)輸當干擾作用于對象，系統(tǒng)輸出出y y發(fā)生變化，在系統(tǒng)負反發(fā)生變化，在系統(tǒng)負反饋作用下，經(jīng)過一段時間，饋作用下，經(jīng)過一段時間，系統(tǒng)重新恢復平衡。系統(tǒng)重新恢復平衡。舉例舉例圖圖1-7 1-7 控制系統(tǒng)方塊圖控制系統(tǒng)方塊圖 動態(tài)動態(tài)被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)。 如果系統(tǒng)原來處于相對平衡狀態(tài)（靜態(tài)），當出現(xiàn)干擾使被控變量發(fā)生變?nèi)绻到y(tǒng)原來處于相對平衡狀態(tài)（靜態(tài)），當出現(xiàn)干擾使被控變量發(fā)生變化，此時控制系統(tǒng)發(fā)生作用，調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差及其偏差的變化情況，改變調(diào)節(jié)化，此時控制系統(tǒng)發(fā)生作用，調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差及其偏差的變化情況，改變調(diào)節(jié)

17、器輸出，再經(jīng)執(zhí)行器改變操縱變量，使被控變量重新回到設定值來，這么器輸出，再經(jīng)執(zhí)行器改變操縱變量，使被控變量重新回到設定值來，這么一個一個從干擾發(fā)生、系統(tǒng)控制、直到重新建立平衡的過程稱為從干擾發(fā)生、系統(tǒng)控制、直到重新建立平衡的過程稱為“動態(tài)動態(tài)”過程。過程。 工藝設計主要圍繞系統(tǒng)工藝設計主要圍繞系統(tǒng)“靜態(tài)靜態(tài)”特性開展工作，自動控制是在特性開展工作，自動控制是在“靜靜態(tài)態(tài)”特性基礎上研究其特性基礎上研究其“動態(tài)動態(tài)”特性特性當系統(tǒng)失去平衡以后，如何使當系統(tǒng)失去平衡以后，如何使系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)。 如何來評價自控系統(tǒng)的質(zhì)量？如何來評價自控系統(tǒng)的質(zhì)量？ 必須分析必須分析“系統(tǒng)

18、失穩(wěn)以后能否重新回到平衡狀態(tài)系統(tǒng)失穩(wěn)以后能否重新回到平衡狀態(tài)”、“從系統(tǒng)失穩(wěn)到重新回到平衡狀態(tài)從系統(tǒng)失穩(wěn)到重新回到平衡狀態(tài)”這個過程的各種指標這個過程的各種指標。 第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標n系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量是隨時間變化的。被控系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量是隨時間變化的。被控變量隨時間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾變量隨時間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。形式。n在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形式的，且多半屬在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形式的，且多半屬于隨機性質(zhì)。在分析和設計控制系統(tǒng)時，為了安全和于隨機性質(zhì)。在分析和

19、設計控制系統(tǒng)時，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是階常用的是階躍干擾。躍干擾。 19第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標采用階躍干擾的優(yōu)點：采用階躍干擾的優(yōu)點： 這種形式的干擾比較突然、這種形式的干擾比較突然、危險，且對被控變量的影響危險，且對被控變量的影響也最大。如果一個控制系統(tǒng)也最大。如果一個控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種類型的能夠有效地克服這種類型的干擾，那么一定能很好地克干擾，那么一定能很好地克服比較緩和的干擾。服比較緩和的干擾。 這種干擾的形式簡單，容易這種干擾的形式簡單，容易實現(xiàn)，便于分析

20、、實驗和計實現(xiàn)，便于分析、實驗和計算算。圖圖1-8 1-8 階躍干擾作用階躍干擾作用20第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的四種形式自動控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的四種形式21非周期衰減過程非周期衰減過程衰減震蕩過程衰減震蕩過程等幅震蕩過程等幅震蕩過程 發(fā)散震蕩過程發(fā)散震蕩過程X X？對于控制質(zhì)量要求不高對于控制質(zhì)量要求不高的場合，如果被控變量的場合，如果被控變量允許在工藝許可的范圍允許在工藝許可的范圍內(nèi)振蕩（主要指在位式內(nèi)振蕩（主要指在位式控制時），才可采用。控制時），才可采用。 第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)

21、的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量品質(zhì)的依據(jù)?？刂葡到y(tǒng)的過渡過程是衡量品質(zhì)的依據(jù)。22圖圖1-10 1-10 過渡過程品質(zhì)指標示意圖過渡過程品質(zhì)指標示意圖 假定自動控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的假定自動控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的變化曲線如上圖所示，這是屬于衰減振蕩的過渡過程變化曲線如上圖所示，這是屬于衰減振蕩的過渡過程 多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過程，在此取這種多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過程，在此取這種過程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標。過程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標。第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系

22、統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標23五種重要品質(zhì)指標之一五種重要品質(zhì)指標之一1. 1. 最大偏差最大偏差A A或超調(diào)量或超調(diào)量B B 最大偏差最大偏差A A 是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個波的最大數(shù)值。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個波的峰值。特別是對于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學反應的峰值。特別是對于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學反應器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會對最大器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會對最大偏差的允許值有所限制。偏差的允許值有所限制。 超

23、調(diào)量超調(diào)量B B 也可以用來表征被控變量偏離給定值的程度。也可以用來表征被控變量偏離給定值的程度。 B=A-CB=A-C第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標2. 衰減比衰減比 B/B 衰減比衰減比是衰減程度的指標，它是前后相鄰兩個峰值的是衰減程度的指標，它是前后相鄰兩個峰值的比。習慣表示為比。習慣表示為 n n:1:1，一般，一般 n n 取為取為4 41010之間為宜。之間為宜。五種重要品質(zhì)指標之二五種重要品質(zhì)指標之二24第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標3. 余差余差 C 當過渡過程終了時，被控變量所達到

24、的新的穩(wěn)態(tài)值與當過渡過程終了時，被控變量所達到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差叫做給定值之間的偏差叫做余差余差，或者說余差就是過渡過程終，或者說余差就是過渡過程終了時的殘余偏差。有余差的控制過程稱為了時的殘余偏差。有余差的控制過程稱為有差調(diào)節(jié)有差調(diào)節(jié)，相應，相應的系統(tǒng)稱為的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)有差系統(tǒng)。反之就為。反之就為無差調(diào)節(jié)無差調(diào)節(jié)和和無差系統(tǒng)無差系統(tǒng)。 25五種重要品質(zhì)指標之三五種重要品質(zhì)指標之三第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標4. 過渡時間過渡時間 從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時止，

25、過渡過程所經(jīng)歷的時間叫平衡時止，過渡過程所經(jīng)歷的時間叫過渡時間過渡時間。一般在穩(wěn)。一般在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個小范圍，當被控變量進入該范圍并不態(tài)值的上下規(guī)定一個小范圍，當被控變量進入該范圍并不再越出時，就認為被控變量已經(jīng)達到新的穩(wěn)態(tài)值，或者說再越出時，就認為被控變量已經(jīng)達到新的穩(wěn)態(tài)值，或者說過渡過程已經(jīng)結(jié)束這個范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的過渡過程已經(jīng)結(jié)束這個范圍一般定為穩(wěn)態(tài)值的（也（也有的規(guī)定為有的規(guī)定為）。）。 26五種重要品質(zhì)指標之四五種重要品質(zhì)指標之四第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標5.5.震蕩周期或頻率震蕩周期或頻率 過渡過程同向兩波峰（或波谷）之間

26、的間隔時間叫過渡過程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時間叫振蕩周期振蕩周期或工作周期，其倒數(shù)稱為或工作周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率振蕩頻率。在衰減比相。在衰減比相同的情況下，周期與過渡時間成正比，一般希望振蕩周期同的情況下，周期與過渡時間成正比，一般希望振蕩周期短一些為好。短一些為好。27五種重要品質(zhì)指標之五五種重要品質(zhì)指標之五自動控制系統(tǒng)希望的結(jié)果：自動控制系統(tǒng)希望的結(jié)果：最大偏差（超調(diào)量）？最大偏差（超調(diào)量）？衰減比？衰減比？余差？余差？過渡時間？過渡時間？振蕩周期？振蕩周期？n n1 1等幅振蕩等幅振蕩 n n1 1發(fā)散振蕩發(fā)散振蕩 n n1 1衰減振蕩衰減振蕩 不振蕩不振蕩 為了保持有足夠的

27、穩(wěn)定程度，衰減比一般取為為了保持有足夠的穩(wěn)定程度，衰減比一般取為4 4：1 1至至1010：1 1；這種過渡過程；這種過渡過程不是最優(yōu)的結(jié)果，但操作人員容易掌握，一般也是操作人員所希望的過程不是最優(yōu)的結(jié)果，但操作人員容易掌握，一般也是操作人員所希望的過程不振蕩：不便于操作人員掌握。不振蕩：不便于操作人員掌握。 自動控制系統(tǒng)性能要求自動控制系統(tǒng)性能要求五個字：穩(wěn)、準、快、壯、省五個字：穩(wěn)、準、快、壯、省n穩(wěn)穩(wěn)： 擾動下不發(fā)散擾動下不發(fā)散n準準： 與設定值的偏差小與設定值的偏差小n快快： 用最少的時間達到要求用最少的時間達到要求n壯壯： 適應寬范圍工況適應寬范圍工況n省?。?控制能量最省，波動小，

28、效率高控制能量最省，波動小，效率高第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標28某換熱器的溫度控制系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖所示。試分別求出最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時間（給定值為200）。舉例舉例圖1-11 溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標解解 : :最大偏差最大偏差A A230-200230-2003030 余差余差C C205-200205-200 由圖上可以看出，第一個波峰值由圖上可以看出，第一個波峰值B B230-205230-2052525， 第二

29、個波峰值第二個波峰值BB21021020520555， 故故衰減比衰減比應為應為B:BB:B25:525:55:15:1。 振蕩周期為同向兩波峰之間的時間間隔，振蕩周期為同向兩波峰之間的時間間隔， 故故周期周期T T20-520-51515（minmin）29第四節(jié)第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標 分析分析 過渡時間與規(guī)定的被控變量限制范圍大小有關，假定過渡時間與規(guī)定的被控變量限制范圍大小有關，假定被控變量進入額定值的被控變量進入額定值的2 2，就可以認為過渡過程已經(jīng)，就可以認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為結(jié)束，那么限制范圍為200200（2 2）44，這時，這時，可在新穩(wěn)態(tài)值（可在新穩(wěn)態(tài)值（205205）