1、化工自動化及儀表化工自動化及儀表 第一章第一章 自動控制系統(tǒng)概述自動控制系統(tǒng)概述 第一節(jié)第一節(jié) 自動控制系統(tǒng)的組成自動控制系統(tǒng)的組成 自動控制：自動控制：在無人直接參與的情況下，利用控制器使被在無人直接參與的情況下，利用控制器使被控對象的被控變量自動的按預(yù)先給定的規(guī)律去運(yùn)行?？貙ο蟮谋豢刈兞孔詣拥陌搭A(yù)先給定的規(guī)律去運(yùn)行。 工業(yè)自動化工業(yè)自動化：采用自動控制裝置，部分或全部取代人工：采用自動控制裝置，部分或全部取代人工操作，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進(jìn)行。操作，使生產(chǎn)在不同程度上自動地進(jìn)行。 自動控制系統(tǒng)：自動控制系統(tǒng)：被控對象和控制裝置的總體。包括自動被控對象和控制裝置的總體。包括自動檢測、自動

2、控制、自動保護(hù)、自動操縱。檢測、自動控制、自動保護(hù)、自動操縱。 一、 人工控制 H玻璃管液位計(jì)玻璃管液位計(jì)0Q包括三個(gè)步驟：包括三個(gè)步驟： 檢測檢測 運(yùn)算、命令運(yùn)算、命令 執(zhí)行執(zhí)行iQ 二、自動控制液位測量液位測量變送裝置變送裝置液位控制器液位控制器HiQ0Q 三、常用術(shù)語三、常用術(shù)語 被控對象被控對象：需要實(shí)現(xiàn)控制的設(shè)備、機(jī)械或生產(chǎn)過程。：需要實(shí)現(xiàn)控制的設(shè)備、機(jī)械或生產(chǎn)過程。 被控變量被控變量：對象內(nèi)需要保持一定數(shù)值（或按一定規(guī)律變化）：對象內(nèi)需要保持一定數(shù)值（或按一定規(guī)律變化）的物理量。即對象的的物理量。即對象的輸出輸出。 控制變量控制變量（操縱變量操縱變量）：受執(zhí)行器控制，用以使被控變量

3、保）：受執(zhí)行器控制，用以使被控變量保持一定數(shù)值的物料或能量。持一定數(shù)值的物料或能量。 干擾干擾（擾動擾動）：除控制變量外的一切作用于對象并使被控變）：除控制變量外的一切作用于對象并使被控變量發(fā)生變化的因素。量發(fā)生變化的因素。 給定值（設(shè)定值）：給定值（設(shè)定值）：工藝規(guī)定被控變量所要保持的數(shù)值。工藝規(guī)定被控變量所要保持的數(shù)值。 偏差：偏差：給定值與測量值之差給定值與測量值之差。 輸出：輸出：即被控變量。即被控變量。 輸入輸入：凡對被控變量有影響的一切因素，：凡對被控變量有影響的一切因素，特性特性：系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）輸出、輸入間的關(guān)系。：系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）輸出、輸入間的關(guān)系。 四、自控系統(tǒng)的組成四、自控系

4、統(tǒng)的組成 被控對象、控制器（包括比較機(jī)構(gòu)）、被控對象、控制器（包括比較機(jī)構(gòu)）、 執(zhí)行器、測量變送環(huán)節(jié)。執(zhí)行器、測量變送環(huán)節(jié)。 被控對象、執(zhí)行器、測量變送環(huán)節(jié)統(tǒng)被控對象、執(zhí)行器、測量變送環(huán)節(jié)統(tǒng) 稱為廣義對象稱為廣義對象。 五、自控系統(tǒng)組成方塊圖控制器控制器 執(zhí)行器執(zhí)行器 被控對象被控對象給定值給定值r(t)e(t)u(t)y(t)測量變送環(huán)節(jié)測量變送環(huán)節(jié)z（t)+ -f(t)- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

5、- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 廣義對象廣義對象主回路主回路反饋回路反饋回路- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -主回路、反饋回路二者組成閉合環(huán)路主回路、反饋回路二者組成閉合環(huán)路 第二節(jié)第二節(jié) 系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求 一、基本要求：穩(wěn)定、

6、快速、準(zhǔn)確。、基本要求：穩(wěn)定、快速、準(zhǔn)確。 二、二、反饋反饋 把系統(tǒng)的輸出返回到輸入端，與給定值比較，并最終又把系統(tǒng)的輸出返回到輸入端，與給定值比較，并最終又影響到系統(tǒng)的輸出的過程。影響到系統(tǒng)的輸出的過程。 1 1、負(fù)反饋負(fù)反饋：反饋的結(jié)果是使系統(tǒng)的偏差變得越來越小：反饋的結(jié)果是使系統(tǒng)的偏差變得越來越小的反饋。的反饋。 2 2、正反饋正反饋：反饋的結(jié)果使系統(tǒng)的偏差變得越來越大的：反饋的結(jié)果使系統(tǒng)的偏差變得越來越大的反饋。反饋。 3 3、特性特性：系統(tǒng)輸出輸入間的關(guān)系。：系統(tǒng)輸出輸入間的關(guān)系。 4 4、環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)：組成系統(tǒng)的各個(gè)部分或整個(gè)系統(tǒng)。：組成系統(tǒng)的各個(gè)部分或整個(gè)系統(tǒng)。 三、閉環(huán)、開環(huán)三、閉

7、環(huán)、開環(huán) 1 1、閉環(huán)、閉環(huán) ：具有反饋?zhàn)饔玫南到y(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。此時(shí)：具有反饋?zhàn)饔玫南到y(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)。此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)給定值與測量值間的偏差進(jìn)行控制。系統(tǒng)根據(jù)給定值與測量值間的偏差進(jìn)行控制。 2 2、開環(huán)、開環(huán) ：無反饋的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。：無反饋的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。此時(shí)系統(tǒng)只根據(jù)輸入進(jìn)行控制，此時(shí)系統(tǒng)只根據(jù)輸入進(jìn)行控制，系統(tǒng)的輸出與偏差無關(guān)。系統(tǒng)的輸出與偏差無關(guān)。 四、正作用、反作用四、正作用、反作用 1 1、正作用：輸入增大，輸出也增大。、正作用：輸入增大，輸出也增大。 2 2、反作用：輸入增大，輸出減小。、反作用：輸入增大，輸出減小。 一個(gè)良好的自控系統(tǒng)，必須是一個(gè)良好的自控系統(tǒng)，必須是閉環(huán)

8、負(fù)反閉環(huán)負(fù)反饋饋的，即整個(gè)系統(tǒng)必須是的，即整個(gè)系統(tǒng)必須是反作用反作用的。的。 第三節(jié)自控系統(tǒng)分類第三節(jié)自控系統(tǒng)分類 一、按給定值分：定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、一、按給定值分：定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)。 二、按系統(tǒng)的連續(xù)性分：連續(xù)性控制系統(tǒng)、離散控二、按系統(tǒng)的連續(xù)性分：連續(xù)性控制系統(tǒng)、離散控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。 三、按系統(tǒng)的變量數(shù)分：單變量控制系統(tǒng)、多變量三、按系統(tǒng)的變量數(shù)分：單變量控制系統(tǒng)、多變量控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 四、按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述分：線性控制系統(tǒng)、非線性四、按系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述分：線性控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)。 第四節(jié)第四節(jié) 自控系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指

9、標(biāo)自控系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo) 一、系統(tǒng)的過渡過程一、系統(tǒng)的過渡過程 1 1、零初始條件：在干擾進(jìn)入前，系統(tǒng)的輸入、輸出都作為、零初始條件：在干擾進(jìn)入前，系統(tǒng)的輸入、輸出都作為零。零。 2 2、穩(wěn)態(tài)、動態(tài)：、穩(wěn)態(tài)、動態(tài)： 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)，亦稱定常態(tài)。被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)，亦稱定常態(tài)。此時(shí)系統(tǒng)的輸入、輸出均不隨時(shí)間而變。即各變量的導(dǎo)數(shù)為此時(shí)系統(tǒng)的輸入、輸出均不隨時(shí)間而變。即各變量的導(dǎo)數(shù)為零。此時(shí)輸入、輸出間的關(guān)系稱為穩(wěn)態(tài)特性。零。此時(shí)輸入、輸出間的關(guān)系稱為穩(wěn)態(tài)特性。 動態(tài)動態(tài) 被控變量隨時(shí)間而變化的不平衡狀態(tài)。此時(shí)系統(tǒng)輸被控變量隨時(shí)間而變化的不平衡狀態(tài)。此

10、時(shí)系統(tǒng)輸入、輸出間的關(guān)系稱為動特性。入、輸出間的關(guān)系稱為動特性。 3 3、系統(tǒng)的過渡過程、系統(tǒng)的過渡過程 系統(tǒng)從偏離平衡狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過程。系統(tǒng)從偏離平衡狀態(tài)回復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過程。 被控變量的變化規(guī)律取決與對象特性與干擾的形式。被控變量的變化規(guī)律取決與對象特性與干擾的形式。 階躍干擾；階躍干擾；過程中突然出現(xiàn)的、對被控變量影響較大的、過一段時(shí)間又過程中突然出現(xiàn)的、對被控變量影響較大的、過一段時(shí)間又突然消失的干擾。這種干擾形式簡單、易于實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。突然消失的干擾。這種干擾形式簡單、易于實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。 系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過渡過程形式：系統(tǒng)在階躍干擾作

11、用下的過渡過程形式： 非周期衰減非周期衰減 ft0tyt 衰減振蕩衰減振蕩 等副振蕩等副振蕩ytyt 發(fā)散振蕩發(fā)散振蕩 單調(diào)發(fā)散單調(diào)發(fā)散 是衰減的穩(wěn)定過程，是衰減的穩(wěn)定過程， 為不穩(wěn)定過程為不穩(wěn)定過程。ytyt但過于緩慢，需時(shí)過長，一般不用但過于緩慢，需時(shí)過長，一般不用。屬臨界穩(wěn)定狀態(tài)，一般認(rèn)為是不穩(wěn)定的屬臨界穩(wěn)定狀態(tài)，一般認(rèn)為是不穩(wěn)定的， 生產(chǎn)中很少用生產(chǎn)中很少用。 二、描述系統(tǒng)過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)二、描述系統(tǒng)過渡過程的品質(zhì)指標(biāo) 一般以衰減振蕩的過渡過程為依據(jù)來討論一般以衰減振蕩的過渡過程為依據(jù)來討論。yt0BABc- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

12、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 1、最大偏差或超調(diào)量、最大偏差或超調(diào)量 最大偏差最大偏差A(yù) A。 超調(diào)量超調(diào)量B B。B=A-CB=A-C?；??；?2 2、衰減比、衰減比n n 前后相鄰兩個(gè)波峰值（以新穩(wěn)值為基準(zhǔn)）前后相鄰兩個(gè)波峰值（以新穩(wěn)值為基準(zhǔn)）之比。即之比。即 n=n= n n要大于要大于1 1。一般為。一般為4 4：1 1或或1010：1 1。 =BCX100%BB 3 3、余差、余差c c 有差控制有差控制 無差控制無差控制 4 4、過渡時(shí)間、過渡時(shí)間 從干擾進(jìn)入對到系統(tǒng)重新建立平衡所需

13、時(shí)間。從干擾進(jìn)入對到系統(tǒng)重新建立平衡所需時(shí)間。 從理論上講，要達(dá)到新的平衡需無限長的時(shí)間，實(shí)從理論上講，要達(dá)到新的平衡需無限長的時(shí)間，實(shí)際上，當(dāng)被控變量進(jìn)入新穩(wěn)值的際上，當(dāng)被控變量進(jìn)入新穩(wěn)值的 5%5%（或（或 2%2%）的范圍）的范圍并不再越出為止并不再越出為止 所經(jīng)歷的時(shí)間，可視為過渡時(shí)間。所經(jīng)歷的時(shí)間，可視為過渡時(shí)間。一般希望其小一些。一般希望其小一些。 + +- -+ +- -5 5、振蕩周期或頻率、振蕩周期或頻率 過渡曲線同向相鄰兩波峰（或波谷）之間的時(shí)間間過渡曲線同向相鄰兩波峰（或波谷）之間的時(shí)間間隔為振蕩周期或稱工作周期隔為振蕩周期或稱工作周期T T，其倒數(shù)為振蕩頻率。一般希，其

14、倒數(shù)為振蕩頻率。一般希望望T T短一些。短一些。 6 6、振蕩次數(shù)、振蕩次數(shù) 過渡過程內(nèi)震蕩的次數(shù)。過渡過程內(nèi)震蕩的次數(shù)。理想過程兩個(gè)理想過程兩個(gè)波波。 7 7、上升時(shí)間、上升時(shí)間 被控變量從零第一次上升到新穩(wěn)值被控變量從零第一次上升到新穩(wěn)值 或第一個(gè)峰值（峰值時(shí)間）或第一個(gè)峰值（峰值時(shí)間） 所需時(shí)間?；驈男路€(wěn)值的所需時(shí)間?；驈男路€(wěn)值的10%10%上升到上升到90%90%所需時(shí)間。所需時(shí)間。 例例1 1 某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過渡過程曲線如下圖示。試求最大偏差、余差、衰減比、振蕩周渡過程曲線如下圖示。試求最大偏差、余差、衰減比

15、、振蕩周期和過渡時(shí)間（給定值為期和過渡時(shí)間（給定值為200 )200 )。 230210205200520 22時(shí)間時(shí)間(min)溫度溫度)(0CC0- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 解：最大偏差解：最大偏差A(yù)=230-200=30 CA=230-200=30 C。 余差余差c=205-200

16、=5 Cc=205-200=5 C。 衰減比衰減比 n = = =5 n = = =5：1 1 振蕩周期振蕩周期T=20-5=15minT=20-5=15min 過渡時(shí)間：假定被控變量進(jìn)入給定值的過渡時(shí)間：假定被控變量進(jìn)入給定值的2%2%過程結(jié)束，過程結(jié)束，則限制范圍為則限制范圍為200200X X 2% = 4 ,2% = 4 ,從圖中可看出，過渡時(shí)間從圖中可看出，過渡時(shí)間22min。00230-205210-20525 5C0+ +- -+ +- - 第五節(jié)第五節(jié) 傳遞函數(shù)和方塊圖（線性傳遞函數(shù)和方塊圖（線性系統(tǒng)）系統(tǒng)） 一、問題的引入一、問題的引入 二、拉普拉斯變換二、拉普拉斯變換 可將

17、時(shí)間域函數(shù)可將時(shí)間域函數(shù) 轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)域函轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)域函數(shù)數(shù) 。 1 1、定義、定義: :若函數(shù)若函數(shù) 在在s s復(fù)述平面是收斂的，復(fù)述平面是收斂的，則則 為象函數(shù)，為象函數(shù)， 為原函數(shù)為原函數(shù)。 2、常用函數(shù)的拉氏變換（1）、階躍函數(shù) = F(s)= , 當(dāng)A =1時(shí) ，F(xiàn)(s)=AS1s0)()()(dtetftfLsFst)(sF)(tf0)(tf)(sFAt000t)(tf)(tf (2)、斜坡函數(shù)、斜坡函數(shù)f(t)= F(s)= 當(dāng)當(dāng)A=1時(shí)，時(shí)，F(xiàn)(s)= (3)、指數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)f(t)= F(s)=F(s)= 0,t00As 21s20,t00A0tte0ts1 3 3、拉氏變

18、換的性質(zhì)、拉氏變換的性質(zhì) （1）、微分性質(zhì)）、微分性質(zhì) 導(dǎo)數(shù)導(dǎo)數(shù) 的拉氏變換為的拉氏變換為df(t) dtLdf(t) dt=sF(s)-f(0) , 若若 f(0)=0,則則L df(t) dt =sF(s)（2 2）、積分性質(zhì)）、積分性質(zhì) 積分積分(t)= (t)= 的拉氏變換為的拉氏變換為 L L(t)=Lf(t)dt= F(s)（3 3）、平移性質(zhì)、平移性質(zhì) 延遲函數(shù)延遲函數(shù) 的拉氏變換為的拉氏變換為 1st0fdtt)()(tf0)(,tft)()(sFetfLs)(tf)(tf)(tf (4)、線性性質(zhì)、線性性質(zhì) LAf(t)=AF(s) Lf (t)+f (t)=F (s)+F

19、(s) （5)5)、端點(diǎn)性質(zhì)、端點(diǎn)性質(zhì) 終值定理：終值定理： 初值定理：初值定理：1212)(lim)0(ssFfs)(lim)(lim)(0ssFtffst 三、傳遞函數(shù)、傳遞函數(shù) 對線性系統(tǒng)，其輸入輸出關(guān)系可用微分方對線性系統(tǒng)，其輸入輸出關(guān)系可用微分方程來描述。程來描述。 a y 進(jìn)行拉氏變換，并令初始條件為零，得進(jìn)行拉氏變換，并令初始條件為零，得 Y(s)= 系統(tǒng)系統(tǒng)輸入輸入x(t)輸出輸出y(t)nn+an-1yn-1 +a1y/ /+a y0=b xmm+b xm-1m-1+b x1/+b x0b smm+b sm-1m-1+b s1+b0a sn n+a sn-1n-1+a s1+

20、a0X(s) G(s)=Y(s)X(s)=b smm+b sm-1m-1+b s1+b0a snn+a s n-1n-1+a s1+a0 上式即為傳遞函數(shù)上式即為傳遞函數(shù)定義式定義式。 G(s)稱為傳遞函數(shù)，它為輸出與輸入的拉氏變換之稱為傳遞函數(shù)，它為輸出與輸入的拉氏變換之比，即系統(tǒng)在復(fù)數(shù)比，即系統(tǒng)在復(fù)數(shù)s域的輸出與輸入之比。表征了系統(tǒng)域的輸出與輸入之比。表征了系統(tǒng)本身的特性，只與系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與系統(tǒng)的輸本身的特性，只與系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與系統(tǒng)的輸入無關(guān)。入無關(guān)。G(s)X(s)Y(s) Y(s)=G(s)X(s)故故G(s)又稱復(fù)放大倍數(shù)。又稱復(fù)放大倍數(shù)。 傳遞函數(shù)的性質(zhì)：傳遞函

21、數(shù)的性質(zhì)： （1 1）、是一種數(shù)學(xué)模型，與系統(tǒng)的微分方程相對應(yīng)；）、是一種數(shù)學(xué)模型，與系統(tǒng)的微分方程相對應(yīng)； （2 2）、是系統(tǒng)本身的屬性，與輸入無關(guān)；）、是系統(tǒng)本身的屬性，與輸入無關(guān)； （3 3）、只適用于線性定常系統(tǒng)；）、只適用于線性定常系統(tǒng)； （4 4）、描述的是一對確定的變量間的關(guān)系，即一個(gè)輸入對）、描述的是一對確定的變量間的關(guān)系，即一個(gè)輸入對應(yīng)一個(gè)輸出，稱單變量系統(tǒng)描述，又稱外部描述（對系統(tǒng)內(nèi)部變應(yīng)一個(gè)輸出，稱單變量系統(tǒng)描述，又稱外部描述（對系統(tǒng)內(nèi)部變量的特性不能反映）；量的特性不能反映）； （5 5）、不能反映非零初始條件下系統(tǒng)的運(yùn)行情況。）、不能反映非零初始條件下系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

22、 （6 6）、）、G(s)G(s)有正負(fù)之分：有正負(fù)之分：X(s) Y(s) X(s) Y(s) （+)+) X(s) Y(s) (-) X(s) Y(s) (-) 四、方塊圖（方框圖）四、方塊圖（方框圖） 將將系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)間的作用關(guān)系用方塊圖來表示十分簡單系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)間的作用關(guān)系用方塊圖來表示十分簡單明了。應(yīng)用方塊圖的代數(shù)運(yùn)算使系統(tǒng)的分析運(yùn)算變得十分明了。應(yīng)用方塊圖的代數(shù)運(yùn)算使系統(tǒng)的分析運(yùn)算變得十分簡單，因此，方塊圖是自控系統(tǒng)分析中的一個(gè)重要工具。簡單，因此，方塊圖是自控系統(tǒng)分析中的一個(gè)重要工具。 方塊圖：方塊圖：把控制方案已定的控制系統(tǒng)中的各環(huán)節(jié)用一個(gè)把控制方案已定的控制系統(tǒng)中的各環(huán)節(jié)用一

23、個(gè)填入相應(yīng)傳遞函數(shù)的方塊來表示，方塊間用帶箭頭的線條填入相應(yīng)傳遞函數(shù)的方塊來表示，方塊間用帶箭頭的線條表示其相互間的信號聯(lián)系及作用方向，便構(gòu)成了方塊圖。表示其相互間的信號聯(lián)系及作用方向，便構(gòu)成了方塊圖。 1、基本元素、基本元素 （1）、加法器）、加法器 用于信號的相加或相減。當(dāng)兩信號相用于信號的相加或相減。當(dāng)兩信號相減時(shí)，又稱比較器。減時(shí)，又稱比較器。 （2）、信息）、信息 系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的輸入輸出。用帶箭頭系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的輸入輸出。用帶箭頭的線段表示，箭頭表示信息的作用方向。各分支點(diǎn)上信息的線段表示，箭頭表示信息的作用方向。各分支點(diǎn)上信息值相等，并具單向性。值相等，并具單向性。 X(s)Y(s)

24、+-E(s)+-X(s)Y(s)E(s)Y(s)Y(s)Y(s) （3 3）、環(huán)節(jié)）、環(huán)節(jié) 為填入傳遞函數(shù)并加上輸入輸為填入傳遞函數(shù)并加上輸入輸出信息的方塊。出信息的方塊。G(s)X(s)Y(s) 2 2、方塊圖的運(yùn)算法則、方塊圖的運(yùn)算法則法則法則加法器次加法器次序無關(guān)序無關(guān)相加點(diǎn)相加點(diǎn)后移后移相加點(diǎn)相加點(diǎn)前移前移分支點(diǎn)分支點(diǎn)后移后移分支點(diǎn)分支點(diǎn)前移前移原方塊圖原方塊圖等效方塊圖等效方塊圖X 1X +-X23+-X4X1x3x2x4+-+-G(s)X1X2X3+-G(s)X1+G(s)X2X3+-X1G(s)X2X3+-XG(s)X13X2G(s)+-X1X1G(s)X2G(s)X1X2X1G

25、(s)X1XX22G(s)G(s)1XX22)(1sG (1)、環(huán)節(jié)串聯(lián)XXXX1234G (s)G (s)G (s)123 （2 2）、環(huán)節(jié)并聯(lián)）、環(huán)節(jié)并聯(lián))(2sG)(1sG)(3sG)(sX)(1sY)(2sY)(3sY)(sY+)()()()(321sGsGsGsG)()()()(321sGsGsGsG (3)(3)、反饋回路、反饋回路)(1sG)(sX)(sY)(sZ+-)()()()()()()()()()(sHsYsXsGsZsXsGsEsGsY)(sH 整理得整理得)()(1)()(sHsGsGsW其等效方塊圖：其等效方塊圖：)(sW)(sX)(sY)(sE 前向傳遞函數(shù)前向傳

26、遞函數(shù)：系統(tǒng)輸出與偏差之比。即：系統(tǒng)輸出與偏差之比。即 )()(sEsY開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)：反饋信號與偏差信號：反饋信號與偏差信號之比。即之比。即 )()(sEsZ反饋回路傳遞函數(shù)反饋回路傳遞函數(shù)= 前向傳遞函數(shù)前向傳遞函數(shù)1 開環(huán)傳遞函數(shù)開環(huán)傳遞函數(shù)+-正反饋時(shí)為正反饋時(shí)為“-”，負(fù)反饋時(shí)為負(fù)反饋時(shí)為“+”。 3 3、復(fù)雜方塊圖的化簡及應(yīng)用、復(fù)雜方塊圖的化簡及應(yīng)用 對于復(fù)雜的方塊圖，可通過化簡轉(zhuǎn)化成簡單的基本形對于復(fù)雜的方塊圖，可通過化簡轉(zhuǎn)化成簡單的基本形式，步驟如下。式，步驟如下。 （1 1）、確定系統(tǒng)的輸入輸出；）、確定系統(tǒng)的輸入輸出； （2 2）、利用代數(shù)法則進(jìn)行等效變換，把相互

27、交叉的回）、利用代數(shù)法則進(jìn)行等效變換，把相互交叉的回路分開，整理成規(guī)范的串并聯(lián)、反饋連接形式；路分開，整理成規(guī)范的串并聯(lián)、反饋連接形式； （3 3）、利用相應(yīng)的運(yùn)算法則從內(nèi)到外依次化簡，組合）、利用相應(yīng)的運(yùn)算法則從內(nèi)到外依次化簡，組合整理，最終形成一個(gè)方框，即為所求的總的傳遞函數(shù)。整理，最終形成一個(gè)方框，即為所求的總的傳遞函數(shù)。 例例2 2 簡單自控系統(tǒng)方塊圖中，控制器、執(zhí)行器、被控簡單自控系統(tǒng)方塊圖中，控制器、執(zhí)行器、被控對象控制通道、干擾通道、測量變送環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)分別對象控制通道、干擾通道、測量變送環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)分別為為 、 、 、 、 ， 和和 分別為系統(tǒng)的給定值與干擾輸入，系統(tǒng)分別為

28、系統(tǒng)的給定值與干擾輸入，系統(tǒng)輸出為控制通道與干擾通道輸出之和。試求：輸出為控制通道與干擾通道輸出之和。試求： （1 1）、定值系統(tǒng)的等效方塊圖；）、定值系統(tǒng)的等效方塊圖； （2 2）、隨動系統(tǒng)的等效方塊圖。）、隨動系統(tǒng)的等效方塊圖。)(sGc)(sGv)(0sG)(sGf)(sHm)(sX)(sF)(sX)(sE)(sGv)(0sG)(sGf)(sHm+-+)(sY)(sF)(sZ)(sGc 解：（解：（1）、）、定值控制定值控制 為輸入，為輸入， 為輸出，為輸出， （即給定值（即給定值不變，其增量為零）。不變，其增量為零）。)(sF)(sY0)(sX)(sY)()()()(0sEsGsGsG

29、vc)()(sFsGf)()(0)(sHsYsEm 代入整理得代入整理得)()()()()(1)()(0sFsHsGsGsGsGsYmvcf其閉環(huán)傳遞函數(shù)為其閉環(huán)傳遞函數(shù)為)()()()(1)()()()(0sHsGsGsGsGsFsYsGmvcf 其等效方塊圖為其等效方塊圖為)(sG)(sY)(sF（2）、）、隨動控制隨動控制 為輸入，為輸入，)(sX)(sY為輸出，為輸出，0)(sF。)()()()()(0sGsGsGsEsYvc)()()()(sHsYsXsEm代入整理得其代入整理得其傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為為)()()()(1)()()()()()(00sHsGsGsGsGsGsGsXsYs

30、Gmvcvc其等效方塊圖為其等效方塊圖為)(sG)(sX)(sY 例例3 如圖是某原油加熱系統(tǒng)。各環(huán)節(jié)傳遞如圖是某原油加熱系統(tǒng)。各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)分別為函數(shù)分別為 453)(0ssG1)(sGc1)(sGv1)(sHm當(dāng)給定值發(fā)生單位階躍時(shí)，求原油出口當(dāng)給定值發(fā)生單位階躍時(shí)，求原油出口溫度的穩(wěn)態(tài)變化量溫度的穩(wěn)態(tài)變化量 。)(TTTTC加熱爐加熱爐原油原油調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥燃油燃油 解解：這是一個(gè)簡單控制系統(tǒng)，被控對象為這是一個(gè)簡單控制系統(tǒng)，被控對象為加熱爐，被控變量為原油出口溫度，控制變量加熱爐，被控變量為原油出口溫度，控制變量為燃油流量。為燃油流量。 ，0)( sF)(sX發(fā)生變化，故為隨動系統(tǒng)。發(fā)生

31、變化，故為隨動系統(tǒng)。)()()()(1)()()()(00sHsGsGsGsGsGsGsGmvcvc把各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)代入得把各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)代入得175734531453)(ssssGsssXsGsT117573)()()(由終值定理得由終值定理得)(lim)(lim)(0ssTtTTst428. 0117573lim0ssssC0 例例4：有一復(fù)雜方塊圖如下，求其傳遞函數(shù)。：有一復(fù)雜方塊圖如下，求其傳遞函數(shù)。X+_+_+1G2G3G1H2HY 解：將解：將 的輸出與的輸出與 的相加點(diǎn)前移，得下圖。的相加點(diǎn)前移，得下圖。2H1GXY1G2G3G1H2H+-+11G/X/E/Y)(1/21/21/

32、HYXGGEGGY11G2H3GYX/G-+/X/E12121/1HGGGGG+)(1112/121321/121321YGHXHGGGGGEHGGGGGYYXX/整理得整理得121232321/1HGGHGGGGGGXY/G+-)(/YXGY3212321213211GGGHGGHGGGGGXYGGXY 第六節(jié)第六節(jié) 管道及儀表流程圖（管道及儀表流程圖（PIDPID圖）圖） 按流程順序標(biāo)注出相應(yīng)的檢測點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動信號與聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)等，便構(gòu)成了按流程順序標(biāo)注出相應(yīng)的檢測點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動信號與聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)等，便構(gòu)成了PIDPID圖。圖。 在繪制在繪制PIDPID圖時(shí)，圖例

33、符號要按有關(guān)的技術(shù)規(guī)定，可參見化工部設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖時(shí)，圖例符號要按有關(guān)的技術(shù)規(guī)定，可參見化工部設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)HGJ7-87HGJ7-87化工過程檢測、化工過程檢測、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)符號統(tǒng)一規(guī)定控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)符號統(tǒng)一規(guī)定。 一、圖形符號一、圖形符號 1 1、測量點(diǎn)（包括檢測元件、取樣點(diǎn)）、測量點(diǎn)（包括檢測元件、取樣點(diǎn)） 2 2、連接線、連接線 均以細(xì)實(shí)線表示均以細(xì)實(shí)線表示 3 3、儀表（包括檢測、顯示、控制）的圖形符號、儀表（包括檢測、顯示、控制）的圖形符號 細(xì)實(shí)線圓圈（儀表圈），直徑約細(xì)實(shí)線圓圈（儀表圈），直徑約10mm10mm。 交叉交叉相接相接方向方向-字母代號字母代號一般有兩位或兩位以上，第一位代表變量

34、，后繼字母代表儀表功能。一般有兩位或兩位以上，第一位代表變量，后繼字母代表儀表功能。 三、儀表位號：由字母代號組合和阿拉伯?dāng)?shù)字編號組成。 阿拉伯?dāng)?shù)字在儀表圈的下半部，第一位表示段號，后繼數(shù)字表示序號。 通過PID圖可看出各儀表的測量點(diǎn)、被測變量、功能、工段號、序號、安裝方式等。如圖1-25（P15）中 表示測量點(diǎn)在加熱蒸汽管線上的具指示功能的壓力表，為就地安裝，2工段，06號； 表示測量點(diǎn)在脫乙烷塔頂部的具指示功能的壓力控制器，為集中盤面安裝，2工段，07號。PI206PIC207 第二章第二章 控制系統(tǒng)基本組成環(huán)節(jié)特性分析控制系統(tǒng)基本組成環(huán)節(jié)特性分析 自控系統(tǒng)的特性取決于組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的特

35、性。故必須深入了解各環(huán)自控系統(tǒng)的特性取決于組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的特性。故必須深入了解各環(huán)節(jié)的特性，才能更好地設(shè)計(jì)、投運(yùn)自控系統(tǒng)。節(jié)的特性，才能更好地設(shè)計(jì)、投運(yùn)自控系統(tǒng)。 一、對象特性及其對過渡過程的影響一、對象特性及其對過渡過程的影響 1 1、對象特性的數(shù)學(xué)描述（數(shù)學(xué)模型）、對象特性的數(shù)學(xué)描述（數(shù)學(xué)模型） 數(shù)學(xué)模型：用來描述對象輸入輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)方程、曲線、表格等。數(shù)學(xué)模型：用來描述對象輸入輸出關(guān)系的數(shù)學(xué)方程、曲線、表格等。 通道：對象輸入至輸出的途徑（信號聯(lián)系）。通道：對象輸入至輸出的途徑（信號聯(lián)系）。 控制通道：控制作用至被控變量（輸出）的通道?？刂仆ǖ溃嚎刂谱饔弥帘豢刈兞浚ㄝ敵觯┑耐ǖ?。 干

36、擾通道：干擾作用至被控變量的通道。干擾通道：干擾作用至被控變量的通道?？刂仆ǖ揽刂仆ǖ栏蓴_通道干擾通道+干擾作用干擾作用控制作用控制作用輸出輸出 穩(wěn)態(tài)模型：對象在穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸入輸出關(guān)系。穩(wěn)態(tài)模型：對象在穩(wěn)態(tài)時(shí)的輸入輸出關(guān)系。 動態(tài)模型：對象在運(yùn)動過程中的輸入輸出關(guān)系。動態(tài)模型：對象在運(yùn)動過程中的輸入輸出關(guān)系。 參量模型：用數(shù)學(xué)方程表示的模型。如微分方程、偏微分方程、參量模型：用數(shù)學(xué)方程表示的模型。如微分方程、偏微分方程、差分方程、狀態(tài)方程、傳遞函數(shù)等?？赏ㄟ^機(jī)理分析得到。（包括機(jī)差分方程、狀態(tài)方程、傳遞函數(shù)等?？赏ㄟ^機(jī)理分析得到。（包括機(jī)理模型和經(jīng)過處理的非參量模型）理模型和經(jīng)過處理的非參量模型

37、） 特點(diǎn)：具解析性，但對于較復(fù)雜的對象，比較困難。特點(diǎn)：具解析性，但對于較復(fù)雜的對象，比較困難。 非參量模型：用曲線或表格表示的模型。非參量模型：用曲線或表格表示的模型。 可通過實(shí)驗(yàn)得到。（根可通過實(shí)驗(yàn)得到。（根據(jù)輸入的不同，有階躍反應(yīng)曲線法、脈沖反應(yīng)曲線法、矩形脈沖反應(yīng)據(jù)輸入的不同，有階躍反應(yīng)曲線法、脈沖反應(yīng)曲線法、矩形脈沖反應(yīng)曲線法、頻率特性反應(yīng)曲線法等。）曲線法、頻率特性反應(yīng)曲線法等。） 特點(diǎn)：形象、直觀、清晰；不具解析性，必要時(shí)可進(jìn)行處理得到特點(diǎn)：形象、直觀、清晰；不具解析性，必要時(shí)可進(jìn)行處理得到參量模型的形式。參量模型的形式。 2 2、建模的目的、方法、建模的目的、方法 目的目的 （

38、1 1）、設(shè)計(jì)控制方案；）、設(shè)計(jì)控制方案； （2 2）、調(diào)試控制系統(tǒng)和確定控制器參數(shù)；）、調(diào)試控制系統(tǒng)和確定控制器參數(shù)； （3 3）、制定工業(yè)過程的優(yōu)化控制方案；）、制定工業(yè)過程的優(yōu)化控制方案； （4 4）、確定新型控制方案和控制算法；）、確定新型控制方案和控制算法； （5 5）、建立計(jì)算機(jī)仿真和過程培訓(xùn)系統(tǒng)；）、建立計(jì)算機(jī)仿真和過程培訓(xùn)系統(tǒng)； （6 6）、設(shè)計(jì)過程的故障檢測與診斷系統(tǒng)。）、設(shè)計(jì)過程的故障檢測與診斷系統(tǒng)。 方法方法 （1 1）、機(jī)理建模：根據(jù)對象內(nèi)部機(jī)理，寫出相應(yīng)的數(shù)學(xué)方程，如物料）、機(jī)理建模：根據(jù)對象內(nèi)部機(jī)理，寫出相應(yīng)的數(shù)學(xué)方程，如物料平衡方程、能量平衡方程、動量平衡方程、相

39、平衡方程及物性方程、設(shè)備平衡方程、能量平衡方程、動量平衡方程、相平衡方程及物性方程、設(shè)備特性方程、化學(xué)反應(yīng)定律等。即得到參量模型。特性方程、化學(xué)反應(yīng)定律等。即得到參量模型。 優(yōu)點(diǎn)：物理意義明確、適應(yīng)性廣、便于模型參數(shù)的調(diào)整；優(yōu)點(diǎn)：物理意義明確、適應(yīng)性廣、便于模型參數(shù)的調(diào)整； 缺點(diǎn)：對較復(fù)雜的對象，內(nèi)部機(jī)理不明確，呈非線性，且分布元件參缺點(diǎn)：對較復(fù)雜的對象，內(nèi)部機(jī)理不明確，呈非線性，且分布元件參數(shù)（參數(shù)是時(shí)間和位置的函數(shù)）較多，難以得到機(jī)理模型。數(shù)（參數(shù)是時(shí)間和位置的函數(shù)）較多，難以得到機(jī)理模型。 （2 2）、實(shí)驗(yàn)建模：在對象上認(rèn)為的施加一定的輸入，然后用儀器記錄下）、實(shí)驗(yàn)建模：在對象上認(rèn)為的施

40、加一定的輸入，然后用儀器記錄下對象輸出的變化規(guī)律，得到一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線。即得到非參量模型。有對象輸出的變化規(guī)律，得到一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線。即得到非參量模型。有時(shí)可進(jìn)一步處理得到參量模型的形式。時(shí)可進(jìn)一步處理得到參量模型的形式。 根據(jù)對象輸入輸出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來決定其模型的方法，根據(jù)對象輸入輸出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來決定其模型的方法，稱為系統(tǒng)辨識稱為系統(tǒng)辨識。 優(yōu)點(diǎn)：簡單、省力；優(yōu)點(diǎn)：簡單、省力； 缺點(diǎn)：所得模型不具解析性，適應(yīng)性不廣。缺點(diǎn)：所得模型不具解析性，適應(yīng)性不廣。 （3 3）、混合建模：先由機(jī)理分析提出數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)形式，再通過實(shí)）、混合建模：先由機(jī)理分析提出數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)形式，再通過實(shí)驗(yàn)確定其

41、中未知的或不確定的參數(shù)。又稱為驗(yàn)確定其中未知的或不確定的參數(shù)。又稱為參數(shù)估計(jì)參數(shù)估計(jì)。 3 3、對象機(jī)理模型的建立、對象機(jī)理模型的建立 （1 1）、一階線性對象（可用一階線性微分方程來描述其特性的對象）、一階線性對象（可用一階線性微分方程來描述其特性的對象）-h120q 如右圖示，水槽橫截面積為如右圖示，水槽橫截面積為C C, ,流入量為流入量為 ，流出量為，流出量為 。iq0q當(dāng)當(dāng)0qqi時(shí)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，液位不變。時(shí)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，液位不變。假定在某一時(shí)刻假定在某一時(shí)刻 有一變化，根據(jù)物料衡算，在穩(wěn)定的情況下，有一變化，根據(jù)物料衡算，在穩(wěn)定的情況下， 流入系統(tǒng)的量流入系統(tǒng)的量- -

42、流出系統(tǒng)的量流出系統(tǒng)的量= =系統(tǒng)累積量系統(tǒng)累積量 即即iqdtqqtCdhi)()(0根據(jù)流體力學(xué)原理可知根據(jù)流體力學(xué)原理可知 Rhq0R為出水閥阻力系數(shù)為出水閥阻力系數(shù)代入上式并整理得代入上式并整理得iqiRqthdttdhRC)()(令令RCTRK得得iKqthdttdhT)()(式中式中T為時(shí)間常數(shù)為時(shí)間常數(shù)K 為放大系數(shù)為放大系數(shù)在零初始條件下進(jìn)行拉氏變換得其傳遞函數(shù)為在零初始條件下進(jìn)行拉氏變換得其傳遞函數(shù)為1)()()(TsKsQsHsGi（2 2）二階線性對象）二階線性對象1h2h1q2q12q1232R1R假設(shè)水槽假設(shè)水槽1 1、水槽、水槽2 2的橫截面積分別為的橫截面積分別為

43、 、 , ,且且1C2C1112Rhq222Rhq 12 根據(jù)物料衡算可得根據(jù)物料衡算可得dtqqtdhC)()(12111dtqqtdhC)()(21222或或)(12111qqdtdhC)(21222qqdtdhC+得得212211qqdtdhCdtdhC對對 求導(dǎo)再乘以求導(dǎo)再乘以 得得1C)(/1/12122221qqCdthdCC)11(22111dtdhRdtdhRC)(121122222121dtdhRChdtdhRCRqRRdtdhCRRhdtdhCqRdthdCC212222211222211)(112222211222211)(qRhdtdhCRCRdthdCRCR將代入得將

44、代入得令令111CRT 222CRT 2RK 1222122221)(KqhdtdhTTdthdTT則則其傳遞函數(shù)為其傳遞函數(shù)為) 1)(1()(21sTsTKsG (3) (3)、純滯后環(huán)節(jié)在受到輸入作用后、純滯后環(huán)節(jié)在受到輸入作用后 ，輸出不是立即響應(yīng)輸入發(fā)生變化，輸出不是立即響應(yīng)輸入發(fā)生變化，而是要等上一段時(shí)間才開始響應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為純滯后。而是要等上一段時(shí)間才開始響應(yīng)，這種現(xiàn)象稱為純滯后。L水水- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -u) (tqfiq 。

45、。 iqfq0tq在時(shí)間上滯后在時(shí)間上滯后iqfq和和具有相同的變化規(guī)律，但具有相同的變化規(guī)律，但 fqiq一個(gè)時(shí)間一個(gè)時(shí)間 二者的關(guān)系為二者的關(guān)系為)()(tqtqif- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 。 。 。 。 。 。 。 。S S- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

46、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -seTsKsG1)(其傳遞函數(shù)為其傳遞函數(shù)為)()()(tKxtydttdyT則具有純滯后的一階線性對象特性可用下式表示則具有純滯后的一階線性對象特

47、性可用下式表示)()(tKxydttdyT若無滯后的對象特性可用一階線性微分方程來描述若無滯后的對象特性可用一階線性微分方程來描述即即 （4 4）、數(shù)學(xué)模型的無因次化）、數(shù)學(xué)模型的無因次化 在推導(dǎo)對象數(shù)學(xué)模型時(shí)，變量都是有因次的，但在自控系統(tǒng)分析和研在推導(dǎo)對象數(shù)學(xué)模型時(shí)，變量都是有因次的，但在自控系統(tǒng)分析和研究中，往往不注重變量的絕對變化量，而主要是考慮它們與某一基準(zhǔn)值（一究中，往往不注重變量的絕對變化量，而主要是考慮它們與某一基準(zhǔn)值（一般是變量的平衡狀態(tài)值）的相對變化量，因此，微分方程就可以化成無因次般是變量的平衡狀態(tài)值）的相對變化量，因此，微分方程就可以化成無因次形式。形式。 設(shè)一個(gè)有因次

48、的一階微分方程為設(shè)一個(gè)有因次的一階微分方程為 變量變量 的穩(wěn)態(tài)值為的穩(wěn)態(tài)值為 , , 的穩(wěn)態(tài)值為的穩(wěn)態(tài)值為 , ,則則 )(ty0y)(tx0 x0010000 xxxKyyydtyydyT)()()(1txKtydttdyT0yy0 xx001yxKK 則有則有)()()(tKtdttdT)()()(tKtdttdT令令若對象為純滯后環(huán)節(jié)，則有若對象為純滯后環(huán)節(jié)，則有在在 或或 中，除中，除 、 、 具時(shí)間因次外，其余各量都是無因次的。具時(shí)間因次外，其余各量都是無因次的。Tt 凡一階線性對象，其特性都可用以上兩式來描述。式中的常系凡一階線性對象，其特性都可用以上兩式來描述。式中的常系 數(shù)數(shù)

49、、 、 可表征對象的特性，稱為對象可表征對象的特性，稱為對象特性參數(shù)。特性參數(shù)。TK 4 4、對象特性參數(shù)及其對過渡過程的影響、對象特性參數(shù)及其對過渡過程的影響（1 1）、放大系數(shù)）、放大系數(shù)K K 對于無滯后的一階線性對象，對于無滯后的一階線性對象， 當(dāng)其輸入為階躍信號當(dāng)其輸入為階躍信號0A0t00 或或e00e 0 0uemaxuminu - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 右圖為用電極式液位計(jì)來進(jìn)行控制的右圖為用電極式液位計(jì)來進(jìn)行控制的液位控制系統(tǒng)。液位給定值為液位控制系統(tǒng)。液位給定值為 ，當(dāng)液，當(dāng)液位低于位低于 時(shí)，繼

50、電器失電，電磁閥時(shí)，繼電器失電，電磁閥 全全開，液體流入貯槽，液位升高；當(dāng)液位開，液體流入貯槽，液位升高；當(dāng)液位稍高于稍高于 時(shí)，繼電器得電，電磁閥全關(guān)，時(shí)，繼電器得電，電磁閥全關(guān)，液位下降。如此反復(fù)，使液位維持在液位下降。如此反復(fù)，使液位維持在 上下一個(gè)很小的范圍內(nèi)波動，上下一個(gè)很小的范圍內(nèi)波動， 0H0HV0H0H- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -0HVJ。-0qiq 此種控制系統(tǒng)中，控制機(jī)構(gòu)動作頻繁，易使動作機(jī)構(gòu)損壞，故實(shí)際使用此種控制系統(tǒng)中，控制機(jī)構(gòu)動作頻繁，易使動作機(jī)構(gòu)損壞，故實(shí)際使用的雙位控制器都設(shè)有的雙位控制器都設(shè)有中間區(qū)中間區(qū) 。

51、即。即umaxuminuminumaxee minee或或maxu保持不變保持不變e uemaxuminumaxeminemaxemineutyt- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - HyLy0y 和理想的雙位控制相似，為等副震蕩過程，和理想的雙位控制相似，為等副震蕩過程，只是

52、周期比理想的大得多。只是周期比理想的大得多。T實(shí)際的雙位控制特性實(shí)際的雙位控制特性 雙位控制系統(tǒng)一般用雙位控制系統(tǒng)一般用周期周期和和振幅振幅作為其品質(zhì)指標(biāo)。作為其品質(zhì)指標(biāo)。 特點(diǎn)：簡單、成本低、易于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用廣泛。特點(diǎn)：簡單、成本低、易于實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用廣泛。但缺點(diǎn)是被控變量一直在震蕩。如儀表用空氣貯罐但缺點(diǎn)是被控變量一直在震蕩。如儀表用空氣貯罐的壓力控制，恒溫爐、管式爐的溫度控制，發(fā)酵罐的壓力控制，恒溫爐、管式爐的溫度控制，發(fā)酵罐的壓力、溫度控制等。的壓力、溫度控制等。 另外還有三位及三位以上的，統(tǒng)稱為位式控制。另外還有三位及三位以上的，統(tǒng)稱為位式控制。 2 2、比例控制、比例控制(P) (P)

53、控制器輸出與輸入偏差成正比?？刂破鬏敵雠c輸入偏差成正比。 為克服位式控制的缺點(diǎn)，可把位數(shù)增加到無窮多位，即對應(yīng)一定的偏差，為克服位式控制的缺點(diǎn)，可把位數(shù)增加到無窮多位，即對應(yīng)一定的偏差，控制器都有一定的輸出（控制器都有一定的輸出（閥位閥位），于是就變成了比例控制），于是就變成了比例控制abeuhiq0qetutAAKp- - - - - - -0t0teuba即即ebau或或)()(teKtup 稱為比例系數(shù)或稱為比例系數(shù)或比例增益。比例增益。它決定了比例作用的強(qiáng)弱，通過改變杠桿支點(diǎn)即可它決定了比例作用的強(qiáng)弱，通過改變杠桿支點(diǎn)即可改變改變 值。值。pKpK(a)(b) 比例控制的響應(yīng)曲線如上圖

54、比例控制的響應(yīng)曲線如上圖(b)(b)所示。所示。 傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為PKsG)(。- - - - - - - - - - - - 比例度比例度 比例控制器輸入的相對變化量與輸出的相對變化量之比比例控制器輸入的相對變化量與輸出的相對變化量之比。00minmaxminmax100uuuxxeminmaxxx（量程或刻度范圍量程或刻度范圍） 的物理意義的物理意義：使控制器輸出滿范圍變化（即閥從全開到全關(guān)或相：使控制器輸出滿范圍變化（即閥從全開到全關(guān)或相反）時(shí)，控制器輸入變化量占輸入信號變化范圍的百分?jǐn)?shù)。反）時(shí)，控制器輸入變化量占輸入信號變化范圍的百分?jǐn)?shù)。越大，控制作用越弱。越大，控制作用越弱。 例

55、如一臺比例控制器，量程范圍為例如一臺比例控制器，量程范圍為100100200 ,200 ,氣動控制器的輸出是氣動控制器的輸出是0.20.21.0at1.0at，當(dāng)指示值從，當(dāng)指示值從140 140 變化到變化到160 160 時(shí)，相應(yīng)的輸出從時(shí)，相應(yīng)的輸出從0.3at0.3at變變化到化到0.7at0.7at，則，則C0C0C00000401002 . 00 . 13 . 07 . 0100200140160 此例說明溫度變化全量程的此例說明溫度變化全量程的40%40%時(shí)，控制器的輸出從時(shí)，控制器的輸出從0.2at0.2at變化到變化到1.0at1.0at，在此范圍內(nèi)，在此范圍內(nèi) 與與 成比例

56、。當(dāng)溫度變化超過全量程成比例。當(dāng)溫度變化超過全量程40%40%時(shí)，時(shí)，輸出就不再跟著成比例的變化了，這是因?yàn)榭刂破鞯妮敵鲎疃嘀荒茏兓敵鼍筒辉俑杀壤淖兓?，這是因?yàn)榭刂破鞯妮敵鲎疃嘀荒茏兓?00%100%。ue將將 代入代入 并令并令 整理得整理得minmaxminmaxxxuuC001001pKCminmaxminmaxxxuuC稱為儀表系數(shù)稱為儀表系數(shù) 比例作用與比例度對過渡過程的影響比例作用與比例度對過渡過程的影響 比例控制必然存在余差。比例控制必然存在余差。例如簡單控制系統(tǒng)，假設(shè)控制通道、干擾例如簡單控制系統(tǒng)，假設(shè)控制通道、干擾通道均為一階滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)分別為通道均為一階滯

57、后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)分別為fsfffesTKsG1)(01)(000sesTKsG、，測量變送環(huán)節(jié)、執(zhí)行器無滯后且傳遞函數(shù)均為一。測量變送環(huán)節(jié)、執(zhí)行器無滯后且傳遞函數(shù)均為一。對定值系統(tǒng)：其傳遞函數(shù)為對定值系統(tǒng)：其傳遞函數(shù)為)()()()(1)()()()(0sHsGsGsGsGsFsYsGmvcf1111100spsffesTKKesTK)(lim0)(sGselim0s11111000spsffesTKKesTKf01KKKpf代入上式得代入上式得 在單位階躍干擾作用下在單位階躍干擾作用下 則則)()()()(ssYsFsYsGssF1)()(lim)(tete)(lim)(limtytxtt

58、)(lim0tyt)(lim0ssYs余差余差 隨動系統(tǒng)：傳遞函數(shù)為隨動系統(tǒng)：傳遞函數(shù)為)()()()(1)()()()()()(00sHsGsGsGsGsGsGsXsYsGmvcvc0)( sFssX1)( （單位階躍）（單位階躍）余差余差)(lim)(lim)(tytxtte)(lim)(lim00ssYssXss)(1limsGs11111110000000limspspsesTKKesTKK011KKp0 0 kk偏小偏小適當(dāng)適當(dāng)偏大偏大太大太大yttttttyyyyyk臨界比例度。臨界比例度。 ： 除反應(yīng)較快的流量及管道除反應(yīng)較快的流量及管道壓力外，大多出現(xiàn)在壓力外，大多出現(xiàn)在 20

59、%20%時(shí)。時(shí)。對過渡過程的影響對過渡過程的影響 比例控制的特點(diǎn)：比例控制的特點(diǎn)：快速、及時(shí)，是最基本的控制規(guī)律；但快速、及時(shí)，是最基本的控制規(guī)律；但有余差；動特性好，靜特性差。有余差；動特性好，靜特性差。 一般來說，當(dāng)對象的滯后較小、時(shí)間常數(shù)較大、放大系數(shù)一般來說，當(dāng)對象的滯后較小、時(shí)間常數(shù)較大、放大系數(shù)較小時(shí)，較小時(shí)， 可放小些，以提高系統(tǒng)靈敏度，使反應(yīng)快些，使過度可放小些，以提高系統(tǒng)靈敏度，使反應(yīng)快些，使過度曲線形狀較好；反之，則放大些，以保證穩(wěn)定曲線形狀較好；反之，則放大些，以保證穩(wěn)定。 3 3、比例積分控制（、比例積分控制（PIPI） （1 1）、積分控制（）、積分控制（I I） 控

60、制器輸出的變化量與輸入偏差的變化量成正比。或輸出控制器輸出的變化量與輸入偏差的變化量成正比?；蜉敵龅淖兓俣扰c偏差成正比。的變化速度與偏差成正比。edtTui1eTdtdui1iTiT積分時(shí)間積分時(shí)間 當(dāng)輸入偏差為一幅值當(dāng)輸入偏差為一幅值A(chǔ) A的階躍信號，其響應(yīng)為的階躍信號，其響應(yīng)為 AtTui1響應(yīng)曲線如右圖。響應(yīng)曲線如右圖。te- - - - - - - - - - - - -tu- - - - - - - - - -iT可見可見成反比，成反比， 表示了積分速度表示了積分速度的大?。捶e分作用強(qiáng)弱）。的大?。捶e分作用強(qiáng)弱）。 u的變化速度與的變化速度與iT 的物理意義的物理意義：令令 代