閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念

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過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表——閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念吉林大學(xué)通信工程學(xué)院教學(xué)內(nèi)容：閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念2重點(diǎn)掌握：閉環(huán)系統(tǒng)的工作周期；信號(hào)通過(guò)物理環(huán)節(jié)的動(dòng)/靜態(tài)增益，以及信號(hào)相移概念；掌握不同物理環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)增益、相移的計(jì)算公式；并且分析閉環(huán)調(diào)節(jié)回路的特點(diǎn)。2.1閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的現(xiàn)象3給水流量系統(tǒng)小偏差調(diào)節(jié)控制定性分析：……2.1閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的現(xiàn)象4設(shè)定值r、過(guò)程量F、偏差e和動(dòng)態(tài)校正指令Cd定量分析：

1.由于采用負(fù)反饋，偏差e與流量F反相，相位差180°；2.動(dòng)態(tài)校正信號(hào)Cd與誤差e相比，滯后了φc=θ角。2.1閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的現(xiàn)象5進(jìn)一步定量分析：φc+φp=180°3.閉環(huán)系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)（調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、受控過(guò)程）均會(huì)發(fā)生相移，且閉環(huán)相移為360°。眾所周知，物理環(huán)節(jié)的相移取決于兩個(gè)因素：環(huán)節(jié)的物理性質(zhì)、工作的信號(hào)頻率。同一個(gè)環(huán)節(jié)，工作頻率越高，相移越大。2.1閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的現(xiàn)象6過(guò)高的控制器增益為何導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定？提高（控制器）增益子環(huán)節(jié)相位滯后隨信號(hào)頻率上升而增加某個(gè)頻率fw（工作頻率、對(duì)應(yīng)周期Tw）增加閉環(huán)系統(tǒng)的相位達(dá)到360

°正反饋振蕩現(xiàn)象2.1閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的現(xiàn)象7為使閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定、正常工作，必須抑制振蕩信號(hào)，將閉環(huán)增益記作k，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為0<k<1當(dāng)k>1時(shí)，振蕩信號(hào)被放大。此時(shí)可能出現(xiàn)兩種結(jié)果：依靠系統(tǒng)的固有的非線性，隨振蕩信號(hào)的幅度增大，增益值下降，最終等于1，形成等幅震蕩。另一可能性，因?yàn)檎袷幏冗^(guò)大，系統(tǒng)設(shè)備遭到破壞。當(dāng)k=0時(shí)（或者接近），雖然沒(méi)有振蕩現(xiàn)象發(fā)生，但是該系統(tǒng)也失去了調(diào)節(jié)、糾偏功能，同樣無(wú)法工作。閉環(huán)反饋還有注意那些？2.1閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的現(xiàn)象8自偏差變量e至輸出變量F的開(kāi)環(huán)傳動(dòng)函數(shù)為G(s)Wp(s)：幅值函數(shù)：相位函數(shù)：反饋信號(hào)路徑的增益為1，因此開(kāi)環(huán)增益即為閉環(huán)增益2.1閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的現(xiàn)象9調(diào)節(jié)器的增益：受控過(guò)程的增益：開(kāi)環(huán)增益：物理環(huán)節(jié)增益K，由靜態(tài)增益k、動(dòng)態(tài)增益g之積K=kg開(kāi)環(huán)工作下，工作頻率ω是系統(tǒng)外部的施加信號(hào)頻率；閉環(huán)工作下，工作頻率ω由系統(tǒng)自身的物理特性決定。2.1閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的現(xiàn)象10調(diào)節(jié)器的相移：受控過(guò)程的相移：開(kāi)環(huán)相移：將拉氏算子s=jω，它們均為工作頻率ω的函數(shù)產(chǎn)生閉環(huán)工作頻率的開(kāi)環(huán)相位方程：2.1閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的現(xiàn)象11【定義】：閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)工作周期（）

閉環(huán)系統(tǒng)中，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的相位產(chǎn)生的工作信號(hào)周期，稱為閉環(huán)工作周期。閉環(huán)工作頻率：工作周期：產(chǎn)生閉環(huán)工作頻率的開(kāi)環(huán)相位方程：2.1閉環(huán)反饋系統(tǒng)中的現(xiàn)象12前述分析說(shuō)明，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定條件有兩個(gè)：

1.閉環(huán)相移為2π

，扣除負(fù)反饋的π

相移之后，表示為2.閉環(huán)增益k滿足下式其中，s=jω對(duì)應(yīng)頻率為閉環(huán)工作頻率（工作周期）。注：工程中，閉環(huán)增益k常取中間值0.5。此時(shí)每經(jīng)過(guò)一個(gè)工作周期Tw，誤差的幅度衰減至原值的1/4。當(dāng)增益固定后，只要知道了閉環(huán)工作周期，可通過(guò)誤差判別標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)控制器參數(shù)。2.2物理環(huán)節(jié)的分類和動(dòng)態(tài)增益、相移計(jì)算13系統(tǒng)傳遞函數(shù)或者零極點(diǎn)表示或者將分子、分母寫(xiě)作2.2物理環(huán)節(jié)的分類和動(dòng)態(tài)增益、相移計(jì)算14為串聯(lián)環(huán)節(jié)的增益之積，其值與該系統(tǒng)工作信號(hào)1）的頻率相關(guān)。2）為系統(tǒng)的總相移，它由各環(huán)節(jié)的相移，即物理性質(zhì)、工作頻率確定。3）系統(tǒng)的零點(diǎn)具有“正”相位貢獻(xiàn)，極點(diǎn)具有“負(fù)”相位貢獻(xiàn)4）開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的總增益、總相移，由各個(gè)子環(huán)節(jié)的增益、相位值確定。2.2分類的動(dòng)態(tài)增益、相移的計(jì)算15比例—積分（P+I）調(diào)節(jié)器：比例—微分（P+D）調(diào)節(jié)器：比例—積分—微分（P+I+D）調(diào)節(jié)器：靜態(tài)增益；動(dòng)態(tài)增益、相移參數(shù)；2.2分類的動(dòng)態(tài)增益、相移的計(jì)算16172.3單回路調(diào)節(jié)器的工作參數(shù)計(jì)算設(shè)受控對(duì)象為遲延環(huán)境，時(shí)延時(shí)間為，調(diào)節(jié)策略：比例調(diào)節(jié)器情況：182.3單回路調(diào)節(jié)器的工作參數(shù)計(jì)算設(shè)受控對(duì)象為遲延環(huán)境，時(shí)延時(shí)間為：閉環(huán)工作周期產(chǎn)生的條件：30s的遲延時(shí)間，產(chǎn)生1min的閉環(huán)工作周期192.3單回路調(diào)節(jié)器的工作參數(shù)計(jì)算設(shè)受控對(duì)象為遲延環(huán)境，時(shí)延時(shí)間為：比例調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)增益和遲延環(huán)節(jié)增益均為1：Kc=0.5，則比例參數(shù)P=200202.3單回路調(diào)節(jié)器的工作參數(shù)計(jì)算積分調(diào)節(jié)器情況：212.3單回路調(diào)節(jié)器的工作參數(shù)計(jì)算積分調(diào)節(jié)器情況：閉環(huán)工作周期產(chǎn)生的條件：閉環(huán)工作周期為4倍的遲延時(shí)間222.3單回路調(diào)節(jié)器的工作參數(shù)計(jì)算積分調(diào)節(jié)器情況：積分調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)增益：，則穩(wěn)定性條件：Kc=0.5，參數(shù)滿足PI=100Tw/π=400τ/π232.3單回路調(diào)節(jié)器的工作參數(shù)計(jì)算比例-積分調(diào)節(jié)器情況：242.3單回路調(diào)節(jié)器的工作參數(shù)計(jì)算比例-積分調(diào)節(jié)器情況：每個(gè)對(duì)應(yīng)了唯一的工作周期25評(píng)論：閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本概念從閉環(huán)系統(tǒng)的工作周期角度（調(diào)節(jié)控制的快速性），P策略