《控制基本概念》ppt課件

1、化工儀表及自動(dòng)化化工儀表及自動(dòng)化第七章第七章 自動(dòng)控制系統(tǒng)概述自動(dòng)控制系統(tǒng)概述 內(nèi)容提要內(nèi)容提要n 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類n 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖n 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的n 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖13一、人工操作與自動(dòng)控制一、人工操作與自動(dòng)控制第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類 二、自動(dòng)控制系統(tǒng)組成二、自動(dòng)控制系統(tǒng)組成三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類3圖7-1 人工操作圖圖7-2 液位自動(dòng)控制圖一、人工操作與自動(dòng)控制比較一、人工操作與自動(dòng)控制比較控制速度和精度不能滿足大型控制

2、速度和精度不能滿足大型現(xiàn)代化消費(fèi)的需求現(xiàn)代化消費(fèi)的需求第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類 第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成圖7-2 液位自動(dòng)控制4第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類 二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成5組組成成自動(dòng)化安裝自動(dòng)化安裝被控對象被控對象丈量元件與變送器丈量元件與變送器自動(dòng)控制器自動(dòng)控制器執(zhí)行器執(zhí)行器 在自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成中,除必需具有前面所述的自動(dòng)化安裝外,還必需具有控制安裝所控制的消費(fèi)設(shè)備。 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中,將需求控制其工藝參數(shù)的消費(fèi)設(shè)備、機(jī)器、一段管道或設(shè)備的一部分叫做被控對象,

3、簡稱對象。 要選擇要選擇好控制好控制系統(tǒng)的系統(tǒng)的對象對象6第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類 三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類按被控變量來分類，如溫度、壓力等控制系統(tǒng)；按被控變量來分類，如溫度、壓力等控制系統(tǒng)；按控制器具有的控制規(guī)律來分類，如比例、比例積按控制器具有的控制規(guī)律來分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；將控制系統(tǒng)按照工藝過程需求控制的被控變量的給將控制系統(tǒng)按照工藝過程需求控制的被控變量的給定值能否變化和如何變化來分類，這樣可將自動(dòng)定值能否變化和如何變化來分類，這樣可將自動(dòng)控制系統(tǒng)分為三

4、類，即定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制控制系統(tǒng)分為三類，即定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。16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一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類 “定值 是恒定給定值的簡稱。工藝消費(fèi)中，假設(shè)要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)堅(jiān)持在一個(gè)消費(fèi)目的上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，就需求采用定值控制系統(tǒng)。13 給定值隨機(jī)變化，該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。第一節(jié)第一節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成與分類 3.3.程序控制系統(tǒng)順序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)順序控制系

5、統(tǒng) 給定值變化，但它是一個(gè)知的時(shí)間函數(shù)，即消費(fèi)技術(shù)目的需按一定的時(shí)間程序變化。這類系統(tǒng)在間歇消費(fèi)過程中運(yùn)用比較普通。第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖一、方塊圖一、方塊圖7二、方塊圖運(yùn)算法那么二、方塊圖運(yùn)算法那么三、方塊圖等效變換三、方塊圖等效變換四、傳送函數(shù)與四、傳送函數(shù)與L變換變換五、例題五、例題第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖一、方塊圖一、方塊圖載有變量信息的物理變量是信號。 系統(tǒng)或環(huán)節(jié)uy圖7-3 輸入、輸出變量圖輸入變量輸出變量多輸入多數(shù)出系統(tǒng)71、信號與變量、信號與變量 2、方塊圖根本單元、方塊圖根本單元 圖模型的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是直觀、籠統(tǒng)，

6、是工程上圖模型的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是直觀、籠統(tǒng)，是工程上用來分析復(fù)雜系統(tǒng)的重要手段。方塊圖組成的四個(gè)根用來分析復(fù)雜系統(tǒng)的重要手段。方塊圖組成的四個(gè)根本單元：本單元： a 信號線；信號線； b分支點(diǎn)分支點(diǎn)(又叫丈量又叫丈量點(diǎn)點(diǎn))； c比較點(diǎn)比較點(diǎn)(求和點(diǎn)求和點(diǎn))； d方塊又叫環(huán)方塊又叫環(huán)節(jié)；節(jié)； 方塊圖本質(zhì)上是將原理圖與數(shù)學(xué)方程兩者結(jié)合起方塊圖本質(zhì)上是將原理圖與數(shù)學(xué)方程兩者結(jié)合起來，它一種對系統(tǒng)的全面描寫。來，它一種對系統(tǒng)的全面描寫。第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖n3、自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖n在研討自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了便于對系統(tǒng)

7、分析研討，普通都用方塊圖來表示控制系統(tǒng)的組成。n下頁圖為液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖，每個(gè)環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為“環(huán)節(jié)。兩個(gè)方塊之間用一條帶有箭頭的線條表示其信號的相互關(guān)系，箭頭指向方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸入，箭頭分開方塊表示為這個(gè)環(huán)節(jié)的輸出。線旁的字母表示相互間的作用信號。9n方塊圖中， x 指設(shè)定值；z 指輸出信號；e 指偏向信號；p 指發(fā)出信號；q 指出料流量信號；y 指被控變量；f 指擾動(dòng)作用。當(dāng)x 取正值，z取負(fù)值，e= x- z，負(fù)反響；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正反響。第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)方塊圖10第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)

8、控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖 為了便于分析,有時(shí)將控制器以外的各個(gè)環(huán)節(jié) (包括被控對象、丈量元件及變送器、控制閥)組合在一同對待,稱之為廣義對象,這樣,整個(gè)系統(tǒng)可以為是由控制器與廣義對象兩者所構(gòu)成,其方塊圖可簡化。控制器廣義對象被控變量丈量值z給定值干擾作用f-x簡化方塊圖12二、方塊圖運(yùn)算法那么：二、方塊圖運(yùn)算法那么： 1、串聯(lián)運(yùn)算法那么、串聯(lián)運(yùn)算法那么 由于由于 結(jié)論：多個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)后總的傳送函數(shù)等于每個(gè)環(huán)結(jié)論：多個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)后總的傳送函數(shù)等于每個(gè)環(huán) 節(jié)傳送函數(shù)的乘積。節(jié)傳送函數(shù)的乘積。 G(s) = G1(s) G2(s) Gn(s) (s)X(s)X(s)G121 (s)X(s)X

9、(s)G232 (s)(s)GG(s)X(s)X(s)X(s)X(s)X(s)XG(s)21231213 第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖 2、并聯(lián)運(yùn)算法那么 由于所以結(jié)論：多個(gè)環(huán)節(jié)并聯(lián)后的傳送函數(shù)等于一切并聯(lián) 環(huán)節(jié)傳送函數(shù)之和。 G(s) = G1(s) + G2(s) + + Gn(s) R(s)(s)X(s)G11 C(s)(s)X(s)XR(s)(s)X(s)G2122 (s)G(s)GR(s)(s)XR(s)(s)XR(s)(s)X(s)XR(s)C(s)G(s)212121 第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖3、反響運(yùn)算法那么 前向通道和反

10、響通道傳送函數(shù)分別為G ( s )、 H ( s ) 結(jié)論：具有負(fù)反響構(gòu)造環(huán)節(jié)傳送函數(shù)等于前向通道的傳送函數(shù)除以1加假設(shè)正反響為減前向通道與反饋通道傳送函數(shù)的乘積。H(s)C(s)G(s)R(s)B(s)G(s)R(s)G(s)E(s)C(s) G(s)H(s)1G(s)R(s)C(s)第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖闡闡明明 自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反響的閉環(huán)系統(tǒng)。它與自動(dòng)丈量、自動(dòng)支配等開環(huán)系統(tǒng)比較,最本質(zhì)的差別,就在于控制系統(tǒng)有無負(fù)反響存在。 自動(dòng)支配安裝自動(dòng)支配安裝對象對象支配指令支配指令支配作用支配作用工

11、藝參數(shù)工藝參數(shù)自動(dòng)支配系統(tǒng)方塊圖15第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖三、方塊圖的等效變換 第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖三、方塊圖的等效變換 拉氏變換的本質(zhì)：將實(shí)變量拉氏變換的本質(zhì)：將實(shí)變量t t的函數(shù)的函數(shù)f ft t，變換成復(fù)變量，變換成復(fù)變量 s ss=+js=+j的函數(shù)的函數(shù)F Fs s。0( )( ) ( )stF sf t edtL f t)(tf其中： 為原函數(shù)， 為拉氏變換式或象函數(shù))(sF記為：記為：F(s)f(t)sFLtf對應(yīng)1 ),()(一一拉氏 變換拉氏反變換( ) ( )F sL f t第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖

12、自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖n 四、傳送函數(shù)與L變換n 1、拉普拉斯變換n 線性性質(zhì)線性性質(zhì) 1 122( )( )L a f ta f t1122( )( )a F sa F s11 1221122( )( )( )( )a f ta f tLa F sa F s平移性質(zhì)時(shí)移平移性質(zhì)時(shí)移 )()(00sFettfLst平移性質(zhì)頻移平移性質(zhì)頻移 )()(00ssFtfeLts微分性質(zhì)微分性質(zhì) )()(ssFtfL)()()(sFstfLnn積分性質(zhì)積分性質(zhì) ssFdttfLt)()(0nnttssFdttfdtL)()(00 卷積性質(zhì)卷積性質(zhì) 1212 ( )* ( )( ) ( )( )()( )*

13、( )L f tg tF s G sff tdf tf t卷積定義：極限性質(zhì)極限性質(zhì) )(lim)()(lim)0(0ssFfssFfss部部分分常常用用的的拉拉氏氏變變換換公公式式表表 象函數(shù)象函數(shù) F(s)原函數(shù)原函數(shù) f(t)，t0aasat2asnt1!nsnateas 1TteT111Tstsin22stcos22ss象函數(shù)象函數(shù) F(s)原函數(shù)原函數(shù) f(t)，t0natte1)(!nasn設(shè)有兩個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)：1( )f2( )fxyz知：210210ya ya ya yb xb xb x210210zc zc zc zd yd yd y求：( )zf x解：210210ya ya

14、ya yb xb xb x322210210( )( )( )( )( )( )( )s Y sa s Y sa sY sa Y sb s X sbsX sb X s221032210( )( )b sb sbY sX ssa sa sa同樣221032210( )( )d sd sdZ sY ssc sc sc所以1( ) ( )z tLZ s2212102103232210210( )b sb sbd sd sdLX ssa sa sasc sc sc( )f t( )x t( )y t( )G s( )X s( )Y s( )(1)()(1)110110( )( )( )( )( )(

15、)( )( )nnmmnnmma ytayta y ta y tb xtbxtb x tb x t11101110( )( )mmmmnnnnb sbsbsbY sX sa sasa sa11101110( )( )( )mmmmnnnnb sbsb sbY sG sX sa sasa sa第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖四、傳送函數(shù)與四、傳送函數(shù)與L變換變換2、傳送函數(shù)、傳送函數(shù)閉環(huán)傳送函數(shù)閉環(huán)傳送函數(shù) 定義：系統(tǒng)的主反響回路接通以后，輸出量與輸入定義：系統(tǒng)的主反響回路接通以后，輸出量與輸入量之間的傳送函數(shù)，通常用量之間的傳送函數(shù)，通常用(s)擾動(dòng)傳送函數(shù)擾動(dòng)傳送函數(shù)把

16、系統(tǒng)輸入量以外的作用信號均稱之為擾動(dòng)信號。把系統(tǒng)輸入量以外的作用信號均稱之為擾動(dòng)信號。 G(s)H(s)1G(s)R(s)C(s)(s)第二節(jié)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖四、傳送函數(shù)與四、傳送函數(shù)與L變換變換2、傳送函數(shù)、傳送函數(shù)a.a.設(shè)輸入量設(shè)輸入量R Rs s=0 =0 當(dāng)當(dāng)擾動(dòng)影響可被抑制擾動(dòng)影響可被抑制b.b.設(shè)擾動(dòng)信號設(shè)擾動(dòng)信號N Ns s=0=0 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)， 闡明此時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳送函數(shù)只與闡明此時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)傳送函數(shù)只與H HS S有關(guān)，與被包圍的有關(guān)，與被包圍的 環(huán)節(jié)無關(guān)。環(huán)節(jié)無關(guān)。(s)H(s)(s)GG1(s)GN(s)(s)C(s)212NN(s)H

17、(s)(s)GG1(s)(s)GGR(s)(s)C(s)2121RR0N(s)(s)CN1(s)H(s)(s)GG21 1(s)H(s)G1 1(s)H(s)(s)GG21 )(1R(s)(s)CRsH (s)G (s),G21R Rs s、 N Ns s同時(shí)作用時(shí)：同時(shí)作用時(shí)：N(s)(s)R(s)G(s)H(s)(s)GG1(s)GN(s)(s)H(s)(s)GG1(s)GR(s)(s)H(s)(s)GG1(s)(s)GG(s)C(s)CC(s)12122122121NR n 解：利用方塊圖變換法那么解：利用方塊圖變換法那么n (a) 比較點(diǎn)比較點(diǎn)A前移，分支點(diǎn)前移，分支點(diǎn)D后移后移五、例

18、題五、例題 (b) 消除部分反響回路五、例題五、例題 C 消除主反響回路消除主反響回路 留意：方塊圖的化簡方法不是獨(dú)一的，人們應(yīng)充分地利留意：方塊圖的化簡方法不是獨(dú)一的，人們應(yīng)充分地利用各種變換技巧，選擇最簡捷的途徑，以到達(dá)省時(shí)省力的目用各種變換技巧，選擇最簡捷的途徑，以到達(dá)省時(shí)省力的目的。的。 第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的 一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài) 19二、控制系統(tǒng)的過渡過程二、控制系統(tǒng)的過渡過程三、控制系統(tǒng)的控制目的三、控制系統(tǒng)的控制目的四、影響控制目的的主要要素四、影響控制目的的主要要素第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的 n

19、一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)19自動(dòng)控制目的：希望將被控變量堅(jiān)持在一個(gè)不變的給定自動(dòng)控制目的：希望將被控變量堅(jiān)持在一個(gè)不變的給定值上，這只需當(dāng)進(jìn)入被控對象的物料量或能量和流值上，這只需當(dāng)進(jìn)入被控對象的物料量或能量和流出對象的物料量或能量相等時(shí)才有能夠。出對象的物料量或能量相等時(shí)才有能夠。 靜態(tài)靜態(tài)被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡形狀變化率被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡形狀變化率為為0，不是靜止。，不是靜止。第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的 當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入給定和干擾和輸出均當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入給定和干擾和輸出均恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的

20、平衡形狀，恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡形狀，系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改動(dòng)其原先的形狀，它們的輸出信號也都處于相對靜止形狀，其原先的形狀，它們的輸出信號也都處于相對靜止形狀，這種形狀就是靜態(tài)。這種形狀就是靜態(tài)。 20第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的21動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)被控變量隨時(shí)間變化的不平衡形狀被控變量隨時(shí)間變化的不平衡形狀 。 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(shí)間中，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和新建立平衡，在這一段時(shí)間中，整個(gè)系

21、統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和信號都處于變動(dòng)形狀之中，這種形狀叫做動(dòng)態(tài)。信號都處于變動(dòng)形狀之中，這種形狀叫做動(dòng)態(tài)。第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的n 二、控制系統(tǒng)的過渡過程n 系統(tǒng)由一個(gè)平衡形狀過渡到另一個(gè)平衡形狀的過程。 22當(dāng)干擾作用于對象，系統(tǒng)輸出y發(fā)生變化，在系統(tǒng)負(fù)反響作用下，經(jīng)過一段時(shí)間，系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡。舉例舉例圖7-11 控制系統(tǒng)方塊圖控制器執(zhí)行器對象被控變量丈量、變送給定值干擾-第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的n系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量是隨時(shí)間變化的。被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾方式。n在消費(fèi)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定方式的，且多半屬于

22、隨機(jī)性質(zhì)。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了平安和方便，常選擇一些定型的干擾方式，其中常用的是階躍干擾。 23第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的24圖7-12 階躍干擾作用第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的n自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的四種方式自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下過渡過程的四種方式25發(fā)散震蕩過程發(fā)散震蕩過程X X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 ？對于控制質(zhì)量要求不對于控制質(zhì)量要求不高的場所，假設(shè)被控高的場所，假設(shè)被控變量允許在工藝答應(yīng)變量允許在工藝答應(yīng)的范圍內(nèi)振蕩主要的范圍內(nèi)振蕩主要指在位式控制時(shí)，指在

23、位式控制時(shí)，才可采用。才可采用。 第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的n三、控制系統(tǒng)的控制目的三、控制系統(tǒng)的控制目的26 多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過程，在此取這種過程方式討論控制系統(tǒng)的質(zhì)量目的。 控制目的主要有兩類,一類是時(shí)間域的單項(xiàng)目的,另一類是時(shí)間域的綜合目的?？刂葡到y(tǒng)的過渡過程是衡量質(zhì)量的根據(jù)?？刂葡到y(tǒng)的過渡過程是衡量質(zhì)量的根據(jù)。第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的 1. 1.時(shí)間域的各種單項(xiàng)目的時(shí)間域的各種單項(xiàng)目的 假定自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的變化曲線如以下圖所示，這是屬于衰減振蕩的過渡過程圖7-14 過渡過程質(zhì)量目的表示圖27第三節(jié)第三

24、節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的28五種重要質(zhì)量目的之一五種重要質(zhì)量目的之一 1 最大偏向或超調(diào)量最大偏向或超調(diào)量 最大偏向是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過程中，最大偏向就是第一個(gè)波的峰值。特別是對于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反響器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會(huì)對最大偏向的允許值有所限制。 超調(diào)量也可以用來表征被控變量偏離給定值的程度。第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的n 2衰減比衰減比n 衰減比是衰減程度的目的，它是前后相鄰衰減比是衰減程度的目的，它是前后相鄰兩個(gè)峰值的比。習(xí)慣表示為兩個(gè)峰值的比。習(xí)慣表示為 n:1，普通，普通

25、 n 取為取為410之間為宜。之間為宜。五種重要質(zhì)量目的之二五種重要質(zhì)量目的之二29第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的五種重要質(zhì)量目的之三五種重要質(zhì)量目的之三 3 余差余差 當(dāng)過渡過程終了時(shí)，被控變量所到達(dá)的新的當(dāng)過渡過程終了時(shí)，被控變量所到達(dá)的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏向叫做余差，或者說余穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏向叫做余差，或者說余差就是過渡過程終了時(shí)的剩余偏向。有余差的控差就是過渡過程終了時(shí)的剩余偏向。有余差的控制過程稱為有差調(diào)理，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。制過程稱為有差調(diào)理，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。反之就為無差調(diào)理和無差系統(tǒng)。反之就為無差調(diào)理和無差系統(tǒng)。 30第三節(jié)第三節(jié) 過

26、渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的五種重要質(zhì)量目的之四五種重要質(zhì)量目的之四4 過渡時(shí)間過渡時(shí)間 從干擾作用發(fā)生的時(shí)辰起，直到系統(tǒng)重新建從干擾作用發(fā)生的時(shí)辰起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過渡過程所閱歷的時(shí)間叫過渡立新的平衡時(shí)止，過渡過程所閱歷的時(shí)間叫過渡時(shí)間。普通在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個(gè)小范圍，當(dāng)時(shí)間。普通在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個(gè)小范圍，當(dāng)被控變量進(jìn)入該范圍并不再越出時(shí)，就以為被控被控變量進(jìn)入該范圍并不再越出時(shí)，就以為被控變量曾經(jīng)到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)值，或者說過渡過程曾經(jīng)變量曾經(jīng)到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)值，或者說過渡過程曾經(jīng)終了這個(gè)范圍普通定為穩(wěn)態(tài)值的也有的終了這個(gè)范圍普通定為穩(wěn)態(tài)值的也有的規(guī)定為。規(guī)定為。 31第

27、三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的五種重要質(zhì)量目的之五五種重要質(zhì)量目的之五5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的間隔過渡過程同向兩波峰或波谷之間的間隔時(shí)間叫振蕩周期或任務(wù)周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻時(shí)間叫振蕩周期或任務(wù)周期，其倒數(shù)稱為振蕩頻率。在衰減比一樣的情況下，周期與過渡時(shí)間成率。在衰減比一樣的情況下，周期與過渡時(shí)間成正比，普通希望振蕩周期短一些為好。正比，普通希望振蕩周期短一些為好。32第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的33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以下圖所示。試分別求出最大偏向、余差、衰減比、振蕩周期和過渡

28、時(shí)間給定值為200。舉例舉例圖7-15 溫度控制系統(tǒng)過渡過程曲線第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的解解: : 最大偏向最大偏向A A230-200230-2003030余差余差C C205-200205-200由圖上可以看出，第一個(gè)波峰值由圖上可以看出，第一個(gè)波峰值B B230-205230-2052525，第二個(gè)波峰值第二個(gè)波峰值BB21021020520555，故衰減比應(yīng)為故衰減比應(yīng)為B:BB:B25:525:55:15:1。振蕩周期為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔，振蕩周期為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔，故周期故周期T T20-520-51515minmin34第三節(jié)第三節(jié) 過渡過

29、程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的 分析：過渡時(shí)間與規(guī)定的被控變量限制范圍大小有關(guān)，假定被控變量進(jìn)入額定值的2，就可以以為過渡過程曾經(jīng)終了，那么限制范圍為20024，這時(shí)，可在新穩(wěn)態(tài)值205兩側(cè)以寬度為畫一區(qū)域，上圖中以畫有陰影線的區(qū)域表示，只需被控變量進(jìn)入這一區(qū)域且不再越出，過濾過程就可以以為曾經(jīng)終了。因此，從圖上可以看出，過渡時(shí)間為22min。35第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的 2. 2.時(shí)間域的綜合目的時(shí)間域的綜合目的 綜合性目的往往經(jīng)過偏向的某些函數(shù)對時(shí)間的積分值來表達(dá),以兼顧最大偏向、超調(diào)量、衰減比、過渡時(shí)間等各方面的要素。 以偏向e表示過渡過程中被控變量與新穩(wěn)態(tài)值的

30、差值,即 e(t) = y(t) - y()。 36第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的三種綜合目的三種綜合目的 偏向絕對值對時(shí)間的積分,簡記為IAE dtteIAE0采用絕對值,可防止正負(fù)積分面積相消的景象。 37第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的 偏向絕對值與時(shí)間乘積對時(shí)間的積分,簡記為ITAE tdtteITAE0 它對后期的偏向值加大權(quán)值,因此對消除偏向所需的時(shí)間比較敏感。 38第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的 偏向平方值對時(shí)間的積分,簡記為ISE 02dteISE 采用平方值,同樣可以防止正負(fù)偏向積分時(shí)的相消景象。 與IAE相比,它對最

31、大偏向的數(shù)值更加敏感。39第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的n 四、影響控制目的的主要要素四、影響控制目的的主要要素40 一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即工藝過程一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即工藝過程部分被控對象和自動(dòng)化安裝部分。前者指與該自動(dòng)控部分被控對象和自動(dòng)化安裝部分。前者指與該自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)的部分。后者指為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所必需的自動(dòng)制系統(tǒng)有關(guān)的部分。后者指為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所必需的自動(dòng)化儀表設(shè)備，通常包括丈量與變送安裝、控制器和執(zhí)行器化儀表設(shè)備，通常包括丈量與變送安裝、控制器和執(zhí)行器等三部分。等三部分。第三節(jié)第三節(jié) 過渡過程和質(zhì)量目的過渡過程和質(zhì)量目的 對于一

32、個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，過渡過程質(zhì)量的好壞，在很大程度上決議于對象的性質(zhì)。例如在前所述的溫度控制系統(tǒng)中，屬于對象性質(zhì)的主要要素有：換熱器的負(fù)荷大小，換熱器的構(gòu)造、尺寸、材質(zhì)等，換熱器內(nèi)的換熱情況、散熱情況及結(jié)垢程度等。不同自動(dòng)化系統(tǒng)要詳細(xì)分析。41第四節(jié)第四節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖 一、圖形符號一、圖形符號 二、字母代號二、字母代號 三、儀表位號三、儀表位號33第四節(jié)第四節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖 工藝流程和控制方案確實(shí)定后，工藝流程和控制方案確實(shí)定后， 根據(jù)工藝設(shè)計(jì)給出的流程圖，根據(jù)工藝設(shè)計(jì)給出的流程圖， 按其流程順序標(biāo)注出相應(yīng)的丈量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及按其流

33、程順序標(biāo)注出相應(yīng)的丈量點(diǎn)、控制點(diǎn)、控制系統(tǒng)及自動(dòng)信號與聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)等，自動(dòng)信號與聯(lián)鎖維護(hù)系統(tǒng)等， 便成了工藝管道及控制流程圖便成了工藝管道及控制流程圖 PID圖。圖。33第四節(jié)第四節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖34圖1-12脫乙烷塔的工藝管道及控制流程圖舉例右圖是乙烯消費(fèi)過右圖是乙烯消費(fèi)過程中脫乙烷塔的工程中脫乙烷塔的工藝管道及控制流程藝管道及控制流程圖圖 舉例舉例第四節(jié)第四節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖n一、圖形符號一、圖形符號n1. 測試點(diǎn)包括檢出元件、取樣點(diǎn)測試點(diǎn)包括檢出元件、取樣點(diǎn)35 檢試點(diǎn)是由工藝設(shè)備輪廓線或工藝管線引到儀表圓圈的銜接檢試點(diǎn)是由工藝設(shè)備輪

34、廓線或工藝管線引到儀表圓圈的銜接線的起點(diǎn)，普通無特定的圖形符號，如以下圖所示。必要時(shí)，檢線的起點(diǎn)，普通無特定的圖形符號，如以下圖所示。必要時(shí)，檢測元件也可以用象形或圖形符號表示。測元件也可以用象形或圖形符號表示。圖1-13 測試點(diǎn)的普通表示方法第四節(jié)第四節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖n2. 2. 銜接線銜接線36 通用的儀表信號線均以細(xì)實(shí)線表示。銜接線表示交叉及相接時(shí)，采用以下圖的方式。必要時(shí)也可用加箭頭的方式表示信號的方向。在需求時(shí)，信號線也可按氣信號、電信號、導(dǎo)壓毛細(xì)管等采用不同的表示方式以示區(qū)別。圖1-14 聯(lián)絡(luò)線的表示法第四節(jié)第四節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程

35、圖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 儀表的圖形符號是一個(gè)細(xì)實(shí)線圓圈，直徑約儀表的圖形符號是一個(gè)細(xì)實(shí)線圓圈，直徑約10mm10mm，對于不同的儀表安裝位置的圖形符號如下，對于不同的儀表安裝位置的圖形符號如下表所示。表所示。 37第四節(jié)第四節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖38序序號號安裝位安裝位置置圖形符號圖形符號備注備注序序號號安裝位置安裝位置圖形符圖形符號號備注備注1就地安就地安裝儀表裝儀表嵌在管道嵌在管道中中4集中儀表集中儀表盤后安裝盤后安裝儀表儀表2集中儀集中儀表盤面表盤面安裝儀安裝儀表表 5就地儀表就地儀表盤面安裝盤面安裝儀表儀

36、表3就地儀就地儀表盤面表盤面安裝儀安裝儀表表表1-1 儀表安裝位置的圖形符號表示第四節(jié)第四節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖39 對于處置兩個(gè)或兩個(gè)以上被測變量，具有一樣或不同功能的復(fù)式儀表時(shí)，可用兩個(gè)相切的圓或分別用細(xì)實(shí)線圓與細(xì)虛線圓相切表示丈量點(diǎn)在圖紙上間隔較遠(yuǎn)或不在同一圖紙上，如以下圖所示。圖1-15 復(fù)式儀表的表示法第四節(jié)第四節(jié) 工藝管道及控制流程圖工藝管道及控制流程圖n 二、字母代號二、字母代號 在控制流程圖中，用來表示儀表的小圓圈的上半圓內(nèi)，普通寫有兩位或兩位以上在控制流程圖中，用來表示儀表的小圓圈的上半圓內(nèi)，普通寫有兩位或兩位以上字母，第一位字母表示被測變量，后繼字母表示儀表的功能，常用字母代號見下表。字母，第一位字母表示被測變量，后繼字母表示儀表的功能，常用字母代號見下表。40字母字母第一位字母第一位字母后繼字母后繼字母被測變量被測變量修飾詞修飾詞功能功能ACDEFIKLMPQRSTVWYZ分析分析電導(dǎo)率電導(dǎo)率密度密度電壓電壓流量流量電流電流時(shí)間或時(shí)間程序時(shí)間或時(shí)間程序物位物位水分或濕度水分或濕