第二章-简单控制系统——第1节.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,简单控制系统,第一节,控制系统组成和控制性能指标,第二节,过程动态特性和过程动态建模,第三节,检测变送环节,第四节,控制阀的选择,第五节,控制器的控制算法,第六节,控制规律的选择与参数整定,3/4/2026,2,第一节 控制系统组成和控制性能指标,自动控制系统,利用自动控制装置代替人工操作，以使某些指定的工艺参数保持在需要的值，即构成自动控制系统。,一、自动控制系统的基本概念,3/4/2026,3,自动控制系统的基本要求,必须是稳定的，并应保证一定的稳态和动态精度要求或某些规定的性能指标。,第一节 控制系统组成和控制性能指标,一、自动控制系统的基本概念,3/4/2026,4,自动控制系统的例子,第一节 控制系统组成和控制性能指标,一、自动控制系统的基本概念,3/4/2026,5,自动控制系统的组成,控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,第一节 控制系统组成和控制性能指标,二、控制系统的组成,3/4/2026,6,自动控制系统中的名词及意义,控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,被控变量,操纵变量,（控制变量）,干扰,给定值,（设定值）,偏差,测量值,r,e,u,m,y,z,f,第一节 控制系统组成和控制性能指标,二、控制系统的组成,被控变量,y,：需要控制的工艺参数，过程控制中的常见被控变量有温度、压力、流量、液位、组分、,PH,值等。,3/4/2026,7,控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,被控变量,操纵变量,（控制变量）,干扰,给定值,（设定值）,偏差,测量值,r,e,u,m,y,z,f,第一节 控制系统组成和控制性能指标,二、控制系统的组成,给定值,r,：生产过程中被控变量需要保持的值。,3/4/2026,8,控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,被控变量,操纵变量,（控制变量）,干扰,给定值,（设定值）,偏差,测量值,r,e,u,m,y,z,f,第一节 控制系统组成和控制性能指标,二、控制系统的组成,操纵变量,m,：受控于调节阀，用于改变被控变量大小的物理量称为操纵变量。,3/4/2026,9,控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,被控变量,操纵变量,（控制变量）,干扰,给定值,（设定值）,偏差,测量值,r,e,u,m,y,z,f,第一节 控制系统组成和控制性能指标,二、控制系统的组成,干扰,f,：除操纵变量外，作用于被控对象并对被控变量影响较大的输入作用为干扰。,3/4/2026,10,控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,被控变量,操纵变量,（控制变量）,干扰,给定值,（设定值）,偏差,测量值,r,e,u,m,y,z,f,第一节 控制系统组成和控制性能指标,二、控制系统的组成,偏差信号,e,：设定值,r,减去反馈信号,z,之差。控制器根据偏差信号的大小去控制操纵变量。,3/4/2026,11,自动控制系统中的名词及意义,控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,被控变量,操纵变量,（控制变量）,干扰,给定值,（设定值）,偏差,测量值,r,e,u,m,y,z,f,工业控制器,广义对象,第一节 控制系统组成和控制性能指标,二、控制系统的组成,3/4/2026,12,第一节 控制系统组成和控制性能指标,二、控制系统的组成,自动控制系统中的名词及意义,控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,被控变量,操纵变量,（控制变量）,干扰,给定值,（设定值）,偏差,测量值,r,e,u,m,y,z,f,r,z,e,u,m,y,f,3/4/2026,13,三、控制系统的负反馈原则,什么是反馈,反馈是系统输出通过测量变送器返回到输入，并和设定值比较的过程。,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,14,什么是反馈,反馈,现象无处不在,它在人类进步、社会发展和技术创新中起着不可或缺的重要作用。,三、控制系统的负反馈原则,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,15,什么是反馈,反馈,是控制论中最基本的概念，也是对付复杂系统的一条基本的系统学原理。,负反馈、正反馈,三、控制系统的负反馈原则,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,16,正反馈与负反馈,期望液位,正反馈,负反馈,三、控制系统的负反馈原则,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,17,正反馈与负反馈,负反馈,能保持系统稳定并可减少或消除系统动态性能的偏差，在工程控制系统中多采用负反馈；,三、控制系统的负反馈原则,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,18,正反馈,与,负反馈,正反馈,在系统中有激励或放大作用，因而在社会经济系统和生物系统中往往正负反馈作用都同时存在。,三、控制系统的负反馈原则,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,19,正作用,与,负作用,环节的输出信号随输入信号增加而增加为,正作用,环节；环节的输出信号随输入信号增加而减少为,反作用,环节。,三、控制系统的负反馈原则,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,20,三、控制系统的负反馈原则,第一节 控制系统组成和控制性能指标,(-),控制器,执行器,(,气开阀,),被控对象,测量变送器,+,-,r,e,u,m,y,z,工业控制器,(,正作用,),输入越大输出也越大,(-),(+),(+),广义对象,(,负作用,),(?),3/4/2026,21,指出下面控制系统中控制器应选择正作用还是反作用,（气关阀）,三、控制系统的负反馈原则,第一节 控制系统组成和控制性能指标,(+),控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,r,e,u,m,y,z,(-)),(-),工业控制器,(,反作用,),广义对象,(,正作用,),3/4/2026,22,四、控制系统的分类,按照对操纵变量的影响划分,控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,闭环,开环,（自动）,（手动）,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,23,按照给定值的特点划分,控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,定值,随动,四、控制系统的分类,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,24,四、控制系统的分类,第一节 控制系统组成和控制性能指标,按照克服干扰的方法划分,控制器,执行器,控制通道,测量变送器,+,-,反馈,干扰通道,+,+,f,被控对象,3/4/2026,25,四、控制系统的分类,第一节 控制系统组成和控制性能指标,按照克服干扰的方法划分,前馈补偿器,执行器,控制通道,前馈,干扰通道,+,+,f,被控对象,测量变送器,3/4/2026,26,四、控制系统的分类,第一节 控制系统组成和控制性能指标,按照克服干扰的方法划分,前馈,反馈,控制器,执行器,控制通道,测量变送器,+,-,干扰通道,+,+,f,被控对象,测量,变送器,前馈,补偿器,+,+,3/4/2026,27,四、控制系统的分类,第一节 控制系统组成和控制性能指标,按照系统的复杂程度划分,简单控制系统,控制器,执行器,被控对象,测量变送器,+,-,3/4/2026,28,四、控制系统的分类,第一节 控制系统组成和控制性能指标,按照系统的复杂程度划分,复杂控制系统,3/4/2026,29,五、控制系统的性能指标,控制系统的要求,稳定性、准确性、快速性,控制系统的指标,时域控制性能指标积分控制性能指标,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,30,时域控制性能指标,（,1,）衰减比,n,稳定性指标相邻同方向两个波峰的幅值之比。,五、控制系统的性能指标,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,31,时域控制性能指标,（,2,）超调量,和最大偏差,A,稳定性指标 随动控制,五、控制系统的性能指标,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,32,时域控制性能指标,（,2,）超调量,和最大偏差,A,稳定性指标 定值控制,五、控制系统的性能指标,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,33,时域控制性能指标,（,3,）余差,C,稳态准确性指标,五、控制系统的性能指标,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,34,时域控制性能指标,（,4,）回复时间,Ts,快速性,指标从过渡过程开始到进入稳态值,5%,或,2%,范围,内的时间,五、控制系统的性能指标,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,35,时域控制性能指标,（,5,）振荡频率,与振荡周期,Tp,快速性,指标,五、控制系统的性能指标,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,36,五、控制系统的性能指标,第一节 控制系统组成和控制性能指标,时域控制性能指标,指出该输出曲线的性能指标（,衰减比、超调量、余差、回复时间、振荡周期）,衰减比：,2.6342,超调量：,55.0424,余差：,0.15332,回复时间：,355.09,振荡周期：,130.43,3/4/2026,37,积分控制性能指标,误差平方积分指标绝对误差积分指标时间乘绝对误差积分指标,五、控制系统的性能指标,第一节 控制系统组成和控制性能指标,3/4/2026,38,