第二章 控制系統(tǒng)組成及性能指標(biāo)

1、熱烈歡迎江蘇省教育廳咨詢(xún)?cè)u(píng)估專(zhuān)家 第二章 控制系統(tǒng)組成及性能指標(biāo)吳建國(guó)吳建國(guó) 教授教授南通大學(xué)電氣工程學(xué)院南通大學(xué)電氣工程學(xué)院2007.09l 重點(diǎn)：重點(diǎn)：n 掌握過(guò)程控制系統(tǒng)的組成掌握過(guò)程控制系統(tǒng)的組成n 結(jié)合具體對(duì)象，掌握控制系統(tǒng)的方塊圖結(jié)合具體對(duì)象，掌握控制系統(tǒng)的方塊圖描述法描述法n 掌握控制器掌握控制器“正、反作用正、反作用”的選擇方法的選擇方法n 了解控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)了解控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)本章重點(diǎn)內(nèi)容第一章內(nèi)容回顧液位控制器設(shè)定值hsp偏差e(t)+_測(cè)量值hm(t)干擾通道+液位傳感測(cè)量變送器出水控制閥被控變量h(t)控制信號(hào)u(t)操縱變量Qo(t)控制通道擾動(dòng)Qi(t)液體貯

2、罐分析分析:當(dāng)采用進(jìn)水控制閥時(shí)的操縱變量和擾動(dòng)。當(dāng)采用進(jìn)水控制閥時(shí)的操縱變量和擾動(dòng)。字母字母第一字母第一字母（被測(cè)變量）（被測(cè)變量）后繼字母后繼字母（儀表功能）（儀表功能）C電導(dǎo)率電導(dǎo)率控制控制F流量流量I電流電流指示指示L液位或物料液位或物料指示燈指示燈P壓力或真空壓力或真空測(cè)試接頭測(cè)試接頭T溫度溫度變送變送被測(cè)變量和儀表功能代號(hào)TC進(jìn)料出料燃料TTmTspRfu實(shí)例分析 加熱爐溫度控制系統(tǒng)，要求加熱爐溫度控制系統(tǒng)，要求:(1)指出系統(tǒng)中的被控變量、操縱指出系統(tǒng)中的被控變量、操縱變量、擾動(dòng)變量與控制目標(biāo)變量、擾動(dòng)變量與控制目標(biāo)(2)畫(huà)出畫(huà)出系統(tǒng)的方塊圖系統(tǒng)的方塊圖(3)選擇控制閥選擇控制閥“

3、氣開(kāi)、氣關(guān)氣開(kāi)、氣關(guān)”形形式式(4)指出該控制系統(tǒng)的指出該控制系統(tǒng)的“廣義對(duì)象廣義對(duì)象”及物理意義。及物理意義。溫度控制器設(shè)定值Tsp偏差e(t)+_測(cè)量值Tm(t)溫度測(cè)量變送器燃料控制閥爐出口溫度 T(t)控制u(t)燃料量Rf (t)加熱爐擾動(dòng)溫度控制系統(tǒng)方塊圖1特點(diǎn)：各環(huán)節(jié)均用實(shí)際儀表、設(shè)備或裝置來(lái)表示。特點(diǎn)：各環(huán)節(jié)均用實(shí)際儀表、設(shè)備或裝置來(lái)表示。溫度控制系統(tǒng)方塊圖2溫度控制器Gc(s)設(shè)定值Tsp偏差e(t)+_測(cè)量值Tm(t)+溫度測(cè)量變送Gm(s)燃料控制閥Gv(s)爐出口溫度 T(t)控制u(t)燃料量Rf (t)控制通道Gp(s)進(jìn)料量,進(jìn)料溫度等擾動(dòng)加熱爐干擾通道特點(diǎn)：采用

4、傳遞函數(shù)與環(huán)節(jié)名稱(chēng)混合表示，特點(diǎn)：采用傳遞函數(shù)與環(huán)節(jié)名稱(chēng)混合表示，對(duì)象用被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性來(lái)表示。對(duì)象用被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性來(lái)表示。溫度控制系統(tǒng)方塊圖3溫度控制器Gc(s)設(shè)定值Tsp偏差e(t)+_測(cè)量值Tm(t)+溫度測(cè)量變送Gm(s)燃料控制閥Gv(s)爐出口溫度 T(t)控制u(t)燃料量Rf (t)控制通道Gp(s)加熱爐D(t)特點(diǎn)：對(duì)象用被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性來(lái)表示，其中除控制特點(diǎn)：對(duì)象用被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性來(lái)表示，其中除控制通道外，所有干擾對(duì)被控變量的影響只用一個(gè)輸出擾動(dòng)通道外，所有干擾對(duì)被控變量的影響只用一個(gè)輸出擾動(dòng)來(lái)近似。來(lái)近似?？刂葡到y(tǒng)的組成被控對(duì)象 一般由生產(chǎn)工藝所決定一般由生

5、產(chǎn)工藝所決定執(zhí)行器 特性選擇、特性選擇、“氣開(kāi)氣開(kāi)”、“氣關(guān)氣關(guān)”選選擇擇控制器 控制規(guī)律選擇、控制規(guī)律選擇、“正、反作用正、反作用”選選擇、擇、 參數(shù)整定參數(shù)整定測(cè)量變送器 特性選擇（精度、量程等）特性選擇（精度、量程等）執(zhí)行器“氣開(kāi)”、“氣關(guān)”選擇TC進(jìn)料出料燃料TTmTspRfu選擇原則：選擇原則：滿(mǎn)足工藝要求。滿(mǎn)足工藝要求。選擇秘訣：選擇秘訣：根據(jù)根據(jù)“開(kāi)開(kāi)”、“關(guān)關(guān)”對(duì)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的破壞生產(chǎn)過(guò)程所產(chǎn)生的破壞性后果，來(lái)確定性后果，來(lái)確定“氣氣開(kāi)開(kāi)”、或、或“氣關(guān)氣關(guān)”。執(zhí)行器“氣開(kāi)”、“氣關(guān)”選擇舉例氣開(kāi)？氣關(guān)？氣開(kāi)？氣關(guān)？氣開(kāi)？氣關(guān)？氣開(kāi)？氣關(guān)？控制器的“正、反作用”選擇問(wèn)題控制

6、器Gc (s)執(zhí)行器Gv (s)控制通道Gp (s)測(cè)量變送Gm (s)設(shè)定值ysp偏差 e+_控制變量u操縱變量q被控變量y測(cè)量值ym擾動(dòng) D干擾通道GD (s)+被控對(duì)象問(wèn)題：如何構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問(wèn)題：如何構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋控制系統(tǒng)？控制器 “正、反作用”的定義當(dāng)被控變量的測(cè)量值增大測(cè)量值增大時(shí)，控制器的輸出也增大輸出也增大，則該控制器為“正作用”；當(dāng)被控變量的測(cè)量值增大測(cè)量值增大時(shí)，控制器的輸出反而減少輸出反而減少，則該控制器為“反作用”。被控對(duì)象 “正、反作用”的定義當(dāng)操縱量增大操縱量增大時(shí)，被控對(duì)象的輸出也增大輸出也增大，則該被控對(duì)象為“正作用”；當(dāng)操縱量增大操縱量增大時(shí)，被控對(duì)

7、象的輸出反而減小輸出反而減小，則該被控對(duì)象為“反作用”；被控對(duì)象 “正、反作用”的判別控制器的控制器的“正、反作用正、反作用”選擇選擇-假設(shè)檢驗(yàn)法假設(shè)檢驗(yàn)法先假設(shè)控制器的作用方向，再檢查先假設(shè)控制器的作用方向，再檢查控制回路能否成為控制回路能否成為“負(fù)反饋負(fù)反饋”系統(tǒng)；系統(tǒng)；選擇要點(diǎn)：選擇要點(diǎn)：使控制回路成為使控制回路成為“負(fù)反饋負(fù)反饋”系統(tǒng)。系統(tǒng)?？刂破骺刂破鳌罢?、反作用正、反作用”選擇舉例選擇舉例-假設(shè)檢驗(yàn)法假設(shè)檢驗(yàn)法TC進(jìn)料出料燃料TTmTspRfu控制閥：控制閥：“氣開(kāi)氣開(kāi)”， u Rf對(duì)象：正作用，對(duì)象：正作用， Rf T若溫度控制器為若溫度控制器為正作用正作用，即：，即：T Tm

8、m u u；則；則TmuRfTTm結(jié)論：該控制器不能為正作用，而應(yīng)為結(jié)論：該控制器不能為正作用，而應(yīng)為反作用反作用。1）畫(huà)出控制系統(tǒng)的方塊圖；）畫(huà)出控制系統(tǒng)的方塊圖；2）確定除控制器外各環(huán)節(jié)的）確定除控制器外各環(huán)節(jié)的“+、-”號(hào)；號(hào)；3）根據(jù)回路各環(huán)節(jié)符號(hào)乘積為）根據(jù)回路各環(huán)節(jié)符號(hào)乘積為“+”的原則；的原則；4）確定控制器的正反作用。）確定控制器的正反作用。各環(huán)節(jié)符號(hào)的確定各環(huán)節(jié)符號(hào)的確定：被控對(duì)象：被控對(duì)象：正作用（正作用（+）、反作用（）、反作用（-）執(zhí)行器：執(zhí)行器：氣開(kāi)（氣開(kāi)（+）、氣關(guān)（）、氣關(guān)（-）測(cè)量變送器測(cè)量變送器：（+）控制器：控制器：正作用（正作用（-）、反作用（）、反作用（

9、+）控制器的控制器的“正、反作用正、反作用”選擇選擇-符號(hào)符號(hào)判別法判別法控制器的控制器的“正、反作用正、反作用”選擇舉例選擇舉例-符號(hào)判別法符號(hào)判別法溫度控制器( ? )Tspe(t)+_Tm(t)+溫度測(cè)量變送( + )燃料控制閥( + )T(t)u(t)Rf (t)加熱爐控制通道( + )D(t)符號(hào)判別法的要點(diǎn)：符號(hào)判別法的要點(diǎn)：回路中（回路中（-）環(huán)節(jié)數(shù)為零或偶數(shù)；）環(huán)節(jié)數(shù)為零或偶數(shù)；穩(wěn)定性穩(wěn)定性：控制系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)位于：控制系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)位于S平面左半平面平面左半平面穩(wěn)定性指標(biāo)（衰減比穩(wěn)定性指標(biāo)（衰減比n、超調(diào)量）、超調(diào)量）準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性：控制系統(tǒng)被控變量與設(shè)定值之間偏差?。嚎刂葡到y(tǒng)被控變量與設(shè)定值之間偏差小準(zhǔn)確性指標(biāo)（余差）準(zhǔn)確性指標(biāo)（余差）快速性快速性：控制系統(tǒng)存在偏差的時(shí)間盡量短：控制系統(tǒng)存在偏差的時(shí)間盡量短快速性指標(biāo)（調(diào)節(jié)時(shí)間、振蕩頻率）快速性指標(biāo)（調(diào)節(jié)時(shí)間、振蕩頻率）偏離度偏離度：控制系統(tǒng)被控變量偏離設(shè)定值的離散程度小：控制系統(tǒng)被控變量偏離設(shè)定值的離散程度?。橄到y(tǒng)綜合性指標(biāo)）（為系統(tǒng)綜合性指標(biāo)）階躍響應(yīng)曲線階躍響應(yīng)曲線BBn%100CBCBACryre