過程控制基礎(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校正課件

1、執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器功率放大器檢測裝置檢測裝置控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)放大器、校正裝置放大器、校正裝置不可變部分不可變部分可變部分可變部分迫使系統(tǒng)滿足給定的性能迫使系統(tǒng)滿足給定的性能(設(shè)計(jì)系統(tǒng)）設(shè)計(jì)系統(tǒng)）根據(jù)被控對象及其控制要求，選擇適當(dāng)?shù)目馗鶕?jù)被控對象及其控制要求，選擇適當(dāng)?shù)目刂破骷翱刂埔?guī)律設(shè)計(jì)一個(gè)滿足給定性能指標(biāo)制器及控制規(guī)律設(shè)計(jì)一個(gè)滿足給定性能指標(biāo)的控制系統(tǒng)。的控制系統(tǒng)。校正校正(補(bǔ)償補(bǔ)償)：通過改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或在系統(tǒng)通過改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，或在系統(tǒng)中增加中增加附加裝置或元件附加裝置或元件(校正裝置校正裝置)對已有的對已有的系統(tǒng)（固有部分）進(jìn)行再設(shè)計(jì)使之滿足性能系統(tǒng)（固有部分）進(jìn)行再設(shè)計(jì)使之滿足

2、性能要求。要求?？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)：！控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本質(zhì)上是尋找合適的校正裝置！控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本質(zhì)上是尋找合適的校正裝置控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)在其中起著向?qū)ё饔?，控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)在其中起著向?qū)ё饔茫涮岱ㄓ卸喾N，在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，其提法有多種，在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，主要有兩類：時(shí)域指標(biāo)和頻域指標(biāo)。主要有兩類：時(shí)域指標(biāo)和頻域指標(biāo)。1. 時(shí)域指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)（1）穩(wěn)態(tài)指標(biāo)）穩(wěn)態(tài)指標(biāo)穩(wěn)態(tài)指標(biāo)對控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度提出要求，穩(wěn)態(tài)指標(biāo)對控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度提出要求，它常用它常用穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差表征。表征。（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)）動(dòng)態(tài)指標(biāo)常用的指標(biāo)參數(shù)為調(diào)整時(shí)間常用的指標(biāo)參數(shù)為調(diào)整時(shí)間ts、超調(diào)

3、量、超調(diào)量Mp等。等。 2、頻域指標(biāo)、頻域指標(biāo)（1）開環(huán)頻域指標(biāo)：）開環(huán)頻域指標(biāo)：主要包括開環(huán)截止頻率主要包括開環(huán)截止頻率 c（增益交點(diǎn)頻率）、（增益交點(diǎn)頻率）、相位裕度相位裕度 、增益裕度、增益裕度Kg等。等。（2）閉環(huán)頻域指標(biāo)：）閉環(huán)頻域指標(biāo)：常見的為諧振峰值常見的為諧振峰值Mr、諧振頻率、諧振頻率 r、閉環(huán)、閉環(huán)截止頻率截止頻率 b或帶寬等?；驇挼?。由于性能指標(biāo)在一定程度上決定了系統(tǒng)實(shí)由于性能指標(biāo)在一定程度上決定了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的難易程度、工藝要求、可靠性和成本，現(xiàn)的難易程度、工藝要求、可靠性和成本，因此性能指標(biāo)的提出要有一定依據(jù)，不能因此性能指標(biāo)的提出要有一定依據(jù)，不能脫離實(shí)際的可能性。脫

4、離實(shí)際的可能性。二、時(shí)域指標(biāo)和頻域指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系二、時(shí)域指標(biāo)和頻域指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系用用開環(huán)頻率特性開環(huán)頻率特性設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)， 常采用的動(dòng)態(tài)指標(biāo)有：常采用的動(dòng)態(tài)指標(biāo)有：相位裕度相位裕度 和和增益交點(diǎn)頻率增益交點(diǎn)頻率 c。用用閉環(huán)頻率特性閉環(huán)頻率特性設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，常采用的動(dòng)態(tài)指標(biāo)有：設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，常采用的動(dòng)態(tài)指標(biāo)有：諧振峰值諧振峰值Mr、諧振頻率諧振頻率 r。相位裕度相位裕度 和和諧振峰值諧振峰值Mr反映了過渡過程的反映了過渡過程的平穩(wěn)性平穩(wěn)性，它們與時(shí)域指標(biāo)它們與時(shí)域指標(biāo)超調(diào)量超調(diào)量Mp相對應(yīng)相對應(yīng)；增益交點(diǎn)頻率增益交點(diǎn)頻率 c 、諧振頻率、諧振頻率 r，反映了響應(yīng)的，反映了響應(yīng)的快速快速性

5、性，它們與，它們與時(shí)域指標(biāo)調(diào)整時(shí)間時(shí)域指標(biāo)調(diào)整時(shí)間ts在此，主要通過開環(huán)頻率特性來研究閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)在此，主要通過開環(huán)頻率特性來研究閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。態(tài)性能。一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式為一階系統(tǒng)傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式為1一階系統(tǒng)一階系統(tǒng)1( )1G sTs 12( )( )(1)KG s H ss Ts X(s) Y(s) Y(s) E(s) + + - - +1Ks Ts 2( )( )(2)nnG s H ss s nKT 12 TK 321120lg40lg 312KT 3n 421+42cn 21jj2nccn 421+42cn242412arctan2arctan2arctan90180

6、 cnnc423142sct212(0.707)rn 22412244bn 21(0.707)21rM 216 sssG 15 . 08 sssG 5 .arctan090jj125. 08jj2 HGHG 1125. 08jj2 ccccHG s/76rad. 3 c -152arctan1.88905 .arctan090jjcccHG 28jj180ccHG 162162 sss25. 022s/4rad nn 26. 025. 010.252112122 rMs/74rad. 325. 02142122 nr01( )11( )1iSUsTSTU sTSST 11TR C 1212 R

7、RR 2220lg20lg 120lg 1LTT arctgarctgTT 221arctg1TT 1mT 1111lglglg2TTT 1arctg2m 1arcsin1m sin1sin1mm 1SSeKv 11200.05SSKve 20(0.51)G jjj 18 220(j)(j)110.25cccGH 6.1686.2 (rad/s)c 1sin1sinmm 11,TT m 11TT 與與1mT 111112111mTjj TjTj ()6.02(dB)mG j 9.5(rad/s)cm 22020lg6.0210.25cc 10.259.54.75(/ )Crad sT 19.5

8、19(/ )0.25Crad sT 10.211( )4.75Ts10.053( )19Ts 0.25(0.2111)( )0.0531CSGSS 140.25K 0.21114.74( )( )40.053118.87CCSSGSGSKSS1610.21121.1(k )10 10TRC 212RRR 27(k)R X(s) Y(s) + + - - 1+0.2111+0.053ss 20(1+0.5 )ss 圖圖 8-15 校正后的系統(tǒng)框圖校正后的系統(tǒng)框圖 1( )11( )1()oiSUSTSTU STSST 22TR C 1221RRR 2220lg 120lg 1LTT arctga

9、rctgTT 221arctg1TT 1mT 1arctg2m 1arcsin1m sin1sin1mm X(s) Y(s) + + - - 15.73K 0.5(1+0.05 )(1+0.02 )sss 圖圖 8-25 位置隨動(dòng)位置隨動(dòng)系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖 26.19K 3110K 5.73 61.9 0.5 0.1( )(10.05 )(10.02 )17.7(10.05 )(10.02 )G sSSSSSS 100.0873ssReKK114.5 (41.2dB)K 41.22516.2(dB)K 20lg16.2(dB)6.45 111,210cT 14(/ )crad s 111147 1.4 (/ )210rad sT11.4(/ )rad sT 0.7( )Ts 11.40.22