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評估專家 第二章 控制系統(tǒng)組成及性能指標(biāo)吳建國吳建國 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：重點：n 掌握過程控制系統(tǒng)的組成掌握過程控制系統(tǒng)的組成n 結(jié)合具體對象，掌握控制系統(tǒng)的方塊圖結(jié)合具體對象，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)+_測量值hm(t)干擾通道+液位傳感測量變送器出水控制閥被控變量h(t)控制信號u(t)操縱變量Qo(t)控制通道擾動Qi(t)液體貯

2、罐分析分析:當(dāng)采用進(jìn)水控制閥時的操縱變量和擾動。當(dāng)采用進(jìn)水控制閥時的操縱變量和擾動。字母字母第一字母第一字母（被測變量）（被測變量）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試接頭測試接頭T溫度溫度變送變送被測變量和儀表功能代號TC進(jìn)料出料燃料TTmTspRfu實例分析 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、擾動變量與控制目標(biāo)變量、擾動變量與控制目標(biāo)(2)畫出畫出系統(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、氣關(guān)氣開、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“廣義對象廣義對象”及物理意義。及物理意義。溫度控制器設(shè)定值Tsp偏差e(t)+_測量值Tm(t)溫度測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)加熱爐擾動溫度控制系統(tǒng)方塊圖1特點：各環(huán)節(jié)均用實際儀表、設(shè)備或裝置來表示。特點：各環(huán)節(jié)均用實際儀表、設(shè)備或裝置來表示。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)+_測量值Tm(t)+溫度測量變送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)料溫度等擾動加熱爐干擾通道特點：采用

4、傳遞函數(shù)與環(huán)節(jié)名稱混合表示，特點：采用傳遞函數(shù)與環(huán)節(jié)名稱混合表示，對象用被控過程的動態(tài)特性來表示。對象用被控過程的動態(tài)特性來表示。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)+_測量值Tm(t)+溫度測量變送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：對象用被控過程的動態(tài)特性來表示，其中除控制特點：對象用被控過程的動態(tài)特性來表示，其中除控制通道外，所有干擾對被控變量的影響只用一個輸出擾動通道外，所有干擾對被控變量的影響只用一個輸出擾動來近似。來近似?？刂葡到y(tǒng)的組成被控對象 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、“氣開氣開”、“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”、“氣關(guān)”選擇TC進(jìn)料出料燃料TTmTspRfu選擇原則：選擇原則：滿足工藝要求。滿足工藝要求。選擇秘訣：選擇秘訣：根據(jù)根據(jù)“開開”、“關(guān)關(guān)”對對生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的破壞生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的破壞性后果，來確定性后果，來確定“氣氣開開”、或、或“氣關(guān)氣關(guān)”。執(zhí)行器“氣開”、“氣關(guān)”選擇舉例氣開？氣關(guān)？氣開？氣關(guān)？氣開？氣關(guān)？氣開？氣關(guān)？控制器的“正、反作用”選擇問題控制

6、器Gc (s)執(zhí)行器Gv (s)控制通道Gp (s)測量變送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測量值ym擾動 D干擾通道GD (s)+被控對象問題：如何構(gòu)成一個負(fù)反饋控制系統(tǒng)？問題：如何構(gòu)成一個負(fù)反饋控制系統(tǒng)？控制器 “正、反作用”的定義當(dāng)被控變量的測量值增大測量值增大時，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)被控變量的測量值增大測量值增大時，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”。被控對象 “正、反作用”的定義當(dāng)操縱量增大操縱量增大時，被控對象的輸出也增大輸出也增大，則該被控對象為“正作用”；當(dāng)操縱量增大操縱量增大時，被控對

7、象的輸出反而減小輸出反而減小，則該被控對象為“反作用”；被控對象 “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)檢驗法假設(shè)檢驗法先假設(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：選擇要點：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⒎醋饔谜?、反作用”選擇舉例選擇舉例-假設(shè)檢驗法假設(shè)檢驗法TC進(jìn)料出料燃料TTmTspRfu控制閥：控制閥：“氣開氣開”， u Rf對象：正作用，對象：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）畫出控制系統(tǒng)的方塊圖；）畫出控制系統(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；號；3）根據(jù)回路各環(huán)節(jié)符號乘積為）根據(jù)回路各環(huán)節(jié)符號乘積為“+”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)符號的確定各環(huán)節(jié)符號的確定：被控對象：被控對象：正作用（正作用（+）、反作用（）、反作用（-）執(zhí)行器：執(zhí)行器：氣開（氣開（+）、氣關(guān)（）、氣關(guān)（-）測量變送器測量變送器：（+）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-符號符號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-符號判別法符號判別法溫度控制器( ? )Tspe(t)+_Tm(t)+溫度測量變送( + )燃料控制閥( + )T(t)u(t)Rf (t)加熱爐控制通道( + )D(t)符號判別法的要點：符號判別法的要點：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)極點位于：控制系統(tǒng)的閉環(huán)極點位于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)存在偏差的時間盡量短：控制系統(tǒng)存在偏差的時間盡量短快速性指標(biāo)（調(diào)節(jié)時間、振蕩頻率）快速性指標(biāo)（調(diào)節(jié)時間、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