过程控制工程2.ppt

《过程控制工程2.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第二章控制过程的动态特性第二章控制过程的动态特性控制过程的系统辨识控制过程的性能指标控制过程的数学模型2t0y第一节控制过程的性能指标当被控对象受到干扰、被控变量发生变化时，控制系统抵制干扰、纠正被控变量的过程，反映了控制系统的优劣。为此，要有评价控制系统的性能指标。控制系统的性能指标是根据工艺对控制的要求来制定的，概括为稳定性、准确性和快速性。3一、稳态与动态1、稳态—把被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的稳态（静态）。当自动控制系统的输入和输出均恒定不变时，系统就处于一种相对稳定的平衡状态，系统的各个环节也都处于稳定状态，但生产还在进行，物料和能量仍然有进有

2、出，只是平稳进行没有改变就是了。静态特性—静态时系统各环节的输入输出关系。静态静态动态ty4静态静态动态ty2、动态—把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。即控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过渡过程。当干扰破坏了系统的平衡时，被控变量就会发生变化，而控制器、控制阀等自动化装置就要产生控制作用来使系统恢复平衡。动态特性—在动态过程中系统各环节的输入输出变化关系。5二、控制系统的过渡过程控制系统的输入变化后，系统从原来的平衡状态，经过动态过程到达新的平衡状态的动态历程称为系统的过渡过程。系统的过渡响应受内部和外部两种因素的影响。给定值被控量干扰f控

3、制器传感器执行器被控对象+e实测值－61、内部因素：系统特性系统的特性是由系统中各环节的特性和系统的结构所决定的。2、外部因素：输入信号在系统特性一定的情况下，被控变量随时间的变化规律取决于系统的输入信号。生产中，出现的干扰信号是随机的。但在分析和设计控制系统时，为了充分体现系统的特性和分析方便，常选择一些特定的输入信号，其中常用的是阶跃信号和正弦信号。7阶跃信号的输入突然，对被控变量的影响也最大。如果一个控制系统能够有效地克服这种干扰，那么对其它比较缓和的干扰也能很好地克服。阶跃信号的形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。故更多使用阶跃信号。如图，输入信号在t

4、=0时，阶跃上升幅度为A，其后保持。表达为f(t)=A(t)Atf（t）8在阶跃输入的扰动作用下，定值控制系统过渡过程有四种形式：①单调衰减过程被控变量在给定值的一侧作单调变化，最后稳定在某一数值上。②振荡衰减过程被控变量上下波动，但幅度逐渐减少，最后稳定在某一数值上。①t0θa②0θa9③等幅振荡过程被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变。④振荡发散过程被控变量来回波动，且波动幅度逐渐变大，离给定值越来越远。④t0θa③θa0t10过渡过程的分类（1）稳定的过渡过程单调衰减过程和衰减振荡过程是稳定的过渡过程。被控变量经过一段时间后，逐渐趋向原来的或新的

5、平衡状态。衰减振荡过程的过渡过程较短，经常采用。单调过程的过渡过程较慢，被控变量长时间地偏离给定值，一般不采用，只是在生产上不允许被控变量有波动的情况下才采用。11（2）不稳定过渡过程发散振荡过程中，被控变量不但不能达到平衡状态，而且逐渐远离给定值，它将导致被控变量超越工艺允许范围，这是生产上所不允许的。（3）临界过渡过程处于稳定与不稳定之间，一般也认为是不稳定过程，生产上一般不采用。只是某些控制要求不高的场合，如位式控制时，只能达到这种效果。12三、控制系统的性能指标对控制系统的性能评价，是根据工艺对控制过程和结果的要求来衡量的。控制系统的过渡过程曲线是评价控制系

6、统品质的样本。最典型的控制性能测试是给系统输入一个阶跃信号，观察其阶跃响应的品质。阶跃响应分给定阶跃响应和干扰阶跃响应两类。其阶跃响应曲线有所不同，但反映的控制系统的性能指标是一致的。13干扰阶跃响应和给定阶跃响应的区别：给定值被控变量干扰f控制器传感器执行器被控对象+e实测值－干扰阶跃响应t0y14给定值被控变量干扰f控制器传感器执行器被控对象+e实测值－给定阶跃响应0ty151.系统阶跃响应的单项性能指标单项性能指标包含了对控制系统的稳定性、准确性和快速性三方面的评价。控制性能指标有单项指标和综合指标两类单项性能指标以控制系统被控参数过渡过程的单项特征量作为性能

7、指标，而偏差积分性能指标则是一种综合性指标。由于在多数情况下，都希望得到衰减振荡过程，所以以衰减振荡的过渡过程形式为例，讨论控制系统的品质指标。161）衰减比n和衰减率ψ设第一个波振幅为y1、第三个波振幅为y3闭环控制系统对设定值的阶跃扰动的响应曲线yry1y3Cy(∞)TpTSTt17衰减比n和衰减率ψ是表示系统稳定程度的指标。n大于1，则系统是稳定的。随着n的增大，过渡过程逐渐由衰减振荡趋向于单调过程。试验证明：衰减比在4:1到10:1之间时，过渡过程的衰减程度合适，过渡过程较短。衰减比n与衰减率ψ之间有简单的对应关系：n=4:1~10:1就相当于ψ=75%