自動控制系統(tǒng)的組成及其質(zhì)量指標.ppt

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1.1自動控制系統(tǒng)的組成及其質(zhì)量指標,自動控制系統(tǒng)組成、方框圖及常用術(shù)語 重點 自動控制系統(tǒng)的分類 自動控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標 重點,1.1.1自動控制系統(tǒng)組成、方框圖,組成 受控對象（過程） ：工作的機器、裝備或生產(chǎn)過程等，從傳感器到執(zhí)行器之間 被控量（熱工參數(shù)、被控參數(shù)）：表征其工作狀態(tài)的物理量如T,P,濕度,流量,液位…… 傳感器（測量變送）：對被控量進行測量（轉(zhuǎn)換成標準信號）的裝置，成比例地轉(zhuǎn)變其他物理量 控制器（調(diào)節(jié)器）：把測定值和設(shè)定值進行比較的裝置 執(zhí)行器（調(diào)節(jié)閥）：把調(diào)節(jié)器的指令成比例地轉(zhuǎn)換為直線或角位移地裝置 自動控制系統(tǒng)：受控對象和控制裝置的總體，由控制對象和自動控制設(shè)備組成,1一溫度傳感器 2一熱水加熱器 3一溫度控制器 4一電動二通閥 qa一外侵熱量 θa一室內(nèi)溫度θb一室外溫度 θc一送風溫度,圖1-1 室溫自動控制系統(tǒng),為了研究自動控制系統(tǒng)組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號聯(lián)系，通常使用自動控制系統(tǒng)方框圖來表示自動控制系統(tǒng)。,自動控制系統(tǒng)的方框圖,控制器： 執(zhí)行器： 被控對象：從傳感器到調(diào)節(jié)閥之間的管道設(shè)備 傳感器：,干擾,方框圖的畫法,每個方框表示組成該系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié) 兩個方框之間一條帶有箭頭的連線表示其相互關(guān)系，不表示方框之間的物料聯(lián)系 每個方框都有一個輸入信號和一個輸出信號,+,－,干擾,液位控制器,,,儲罐,,HT,,,,,,,,HC,差壓變送器,液位調(diào)節(jié)器,執(zhí)行器,干擾,圖1-2 室溫自動控制系統(tǒng)框圖,干擾,干擾作用通過干擾通道影響被控參數(shù)，而控制作用通過控制通道影響被控參數(shù)。 系統(tǒng)中信號沿箭頭方向前進，最后又回到原來的起點，形成一個閉合回路，這種系統(tǒng)叫閉環(huán)系統(tǒng)。,在閉環(huán)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輸出信號 為被控參數(shù)，它通過傳感器這個環(huán)節(jié)再返回到系統(tǒng)的輸入端，與給定值 比較 ，這種將系統(tǒng)的輸出信號引回到輸入端的過程叫反饋。 被測輸出信號減弱輸入信號的反饋，稱為負反饋；反之稱正反饋。,,,干擾,負反饋控制具有自動修正被控參數(shù)偏離給定值的能力，控制精度高，適應面廣，是基本的控制系統(tǒng)。負反饋控制系統(tǒng)的工作原理是：當干擾作用 發(fā)生后，被控參數(shù) 偏離給定值，這種變化被傳感器測出 并送到控制器的比較環(huán)節(jié)與給定值 比較，得出偏差 ，偏差輸入到控制器中，經(jīng)過控制器加工運算，輸出一個和偏差 成一定關(guān)系的控制量 ，去調(diào)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)，改變輸入到控制對象中的能量 ，克服干擾造成的影響，使被控參數(shù)又趨于給定值?？梢?，負反饋控制的實質(zhì)是以偏差克服偏差的控制過程。自動控制系統(tǒng)的基本功能是信號的測量、變送、比較和加工。,,,,,,,1.1.2自動控制系統(tǒng)的分類,若按給定值的給定變化規(guī)律來分 定值控制系統(tǒng)——將被控制量保持在某一定值或很小的范圍中的控制系統(tǒng) 程序控制系統(tǒng)——被控量的給定值按預定的時間程序而變化的控制系統(tǒng) 隨動控制系統(tǒng)——被控量的給定值隨時間任意地變化的控制系統(tǒng),若按控制動作與時間的關(guān)系來分 連續(xù)控制系統(tǒng) 斷續(xù)控制系統(tǒng) 如按控制器使用的能源種類分 氣動控制系統(tǒng) 液動控制系統(tǒng) 電動控制系統(tǒng),若按控制器的控制規(guī)律分 雙位控制系統(tǒng) 比例控制系統(tǒng) 比例積分控制系統(tǒng) 比例微分控制系統(tǒng) 比例積分微分控制系統(tǒng),按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點分類 反饋控制系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng) 前饋－反饋控制系統(tǒng),1.1.3自動控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標,基本概念 自動化領(lǐng)域內(nèi)，把被控參數(shù)不隨時間而變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài) 把被控參數(shù)隨時間而變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。雙位控制系統(tǒng) 階躍干擾——典型干擾作用,圖1—3 階躍干擾作用,一、自動控制系統(tǒng)的過渡過程,自動控制系統(tǒng)在干擾和控制的共同作用下，從一個穩(wěn)定狀態(tài)變化到另一個穩(wěn)定狀態(tài)期間被控參數(shù)隨時間的變化過程稱為自動控制系統(tǒng)的過渡過程。自動控制系統(tǒng)過渡過程也就是系統(tǒng)的動態(tài)特性，它包括靜態(tài)和動態(tài)。研究過渡過程的目的就是為了研究控制系統(tǒng)的品質(zhì)。,系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài),靜態(tài)：輸入不變，調(diào)節(jié)系統(tǒng)在調(diào)節(jié)器的自動調(diào)節(jié)作用下，被調(diào)量不再隨時間變化的平衡狀態(tài) 動態(tài)：被調(diào)量隨時間變化，系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài) 一個運行的系統(tǒng)，時時刻刻都有擾動作用于對象，被調(diào)量偏離設(shè)定值，重點應研究系統(tǒng)和環(huán)節(jié)的動態(tài)特性上。,定值控制系統(tǒng)受到階躍干擾后，過渡過程有四種基本形式,a)發(fā)散振蕩過程 b)等幅振藹過程 c)衰減振蕩過程 d)單調(diào)衰減過程,圖1—4 過渡過程的基本形式,發(fā)散振蕩,,等幅振蕩,,,給定值,,余差,,,,,,,,tp ts,衰減振蕩(1),,衰減振蕩(2),,（單調(diào)過程）無振蕩過程,圖1-5 自動控制系統(tǒng)受到階躍干擾后 衰減振蕩過程質(zhì)量指標,余差（e） ：系統(tǒng)過渡過程終了時給定值與被控參數(shù)穩(wěn)定值之差 最大偏差（A）：被控參數(shù)第一個波的峰值與給定值的差 衰減比（n）：振蕩過程的第一個波的振幅與第二個波的振幅之比 衰減率（f）：經(jīng)過一個周期后，波動幅度衰減的百分比 控制（過渡過程）時間（ts）：系統(tǒng)過渡過程曲線進入新的穩(wěn)定值的5%或2%范圍內(nèi)所需的時間 峰值時間（tp）：系統(tǒng)過渡過程曲線到達第一個峰值所需的時間，反映系統(tǒng)響應的靈敏程度,,二、自動控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標,余差（e） ：系統(tǒng)過渡過程終了時給定值與被控參數(shù)穩(wěn)定值之差 最大偏差（A）：被控參數(shù)第一個波的峰值與給定值的差,,二、自動控制系統(tǒng)的質(zhì)量指標,衰減振蕩的品質(zhì)指標,衰減比（n）：振蕩過程的第一個波的振幅與第二個波的振幅之比 衰減率（f）：經(jīng)過一個周期后，波動幅度衰減的百分比,,,給定值,,,衰減振蕩的品質(zhì)指標,y2,y1,控制（過渡過程）時間（ts）：系統(tǒng)過渡過程曲線進入新的穩(wěn)定值的5%或2%范圍內(nèi)所需的時間 峰值時間（tp）：系統(tǒng)過渡過程曲線到達第一個峰值所需的時間，反映系統(tǒng)響應的靈敏程度,給定值,,,,,,,tp,衰減振蕩的品質(zhì)指標,ts,余差 2%或5%,等幅振蕩的品質(zhì)指標,,過渡時間？？？ 峰值時間？？？ 衰減率 衰減比,發(fā)散振蕩的品質(zhì)指標,過渡時間？？？ 峰值時間？？？,對控制系統(tǒng)的性能要求,穩(wěn)：動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)重新恢復平衡工作狀態(tài)的能力,系統(tǒng)過渡到新的平衡工作狀態(tài)后或系統(tǒng)受到擾動后重新恢復平衡后，最終保持的精度，反映了動態(tài)后期的性能,準：,快：,動態(tài)過程進行的時間長短，過程時間持續(xù)很長，將使系統(tǒng)長時間出現(xiàn)大偏差，同時也說明系統(tǒng)響應很遲鈍，難以復現(xiàn)快速變化的信號,小節(jié),自動控制研究的對象是自動控制系統(tǒng) 重點是按偏差調(diào)節(jié)的反饋系統(tǒng) 主要問題是系統(tǒng)的動態(tài)特性 穩(wěn)、準、快,