过程控制课件第5节.pptVIP

第五章 简单控制系统设计 方波响应曲线法 5.1 简单控制系统设计 5.2 控制方案的确定 振荡逐渐加剧 δ越小，控制过程曲线越振荡，周期缩短。 δ越大，控制过程曲线越平稳，但控制过程时间越长，余差也越大。 对下图的比例调节作用于一阶惯性过程进行分析： 与 相比，减小了 倍， 越大， 说明过程的惯性越小，因而响应速度加快。 的增大则会使系统的稳定性下降。 但 当被控对象为惯性特性时，单纯比例调节有如下结论： 1) 比例调节是一种有差调节，即当调节器采用比例调节规律时，不可避免地 会使系统存在稳态误差。这是因为比例调节器是利用偏差实现控制的，它 只能使系统输出近似跟踪给定值。 2) 比例调节系统的稳态误差随比例度的增大而增大，若要减小误差，则要减 小比例度，即需要增大调节器的放大倍数 这样往往会降低系统稳定性 3) 对于惯性过程，当给定值不变时，采用比例调节，只能使被控参数对给定值实现有差跟踪；当给定值随时间变化时，其跟误差将会随时间的增大而增大。因此，比例调节不适用于给定值随时间变化的系统。 4) 增大比例调节的增益 不仅可以减小系统的稳态误差，而且 还可以加快系统的响应速度。 2.积分（I）调节规律的影响 在积分调节（简称I调节）中，调节器的输出信号u与输入偏差信号e的积分成 正比关系: 当输入偏差e是幅值为?e 的阶跃时： e E t t u 积分时间TI 对过渡过程的影响 TI越大，积分作用越弱， TI = ∞，积分作用为零。TI减小，积分作用增强，系统振荡加剧，稳定性下降。 如果T1适当，系统能很快消除余差。 当被控系统在负载扰动下的调节过程结束后，系统的静差虽然已不存在， 但调节阀却会停留在新的开度上不变。 积分调节是牺牲了动态品质而使稳态性能得到改善的。 积分调节可得如下结论： 1) 采用积分调节可以提高系统的无差度，也即提高系统的稳态控制精度。 2) 与比例调节相比，积分调节的过渡过程变化相对缓慢，系统的稳定性变差。 * Beijing University of Posts and Telecommunications 上一节课 ：解析法、实验法建模 单容过程 纯滞后 多容过程 实验法建模 简单控制系统是只对一个被控参数进行控制的单回路闭环控制系统。是最基本的过程控制系统,是构成复杂过程控制系统的基础。 广义对象 控制方案的确定主要包括系统被控参数的选择、测量信息的获取及变送、 控制参数的选择、调节规律的选取、调节阀（执行器）的选择和调节器正 、反作用的确定等内容。 5.2.1 被控参数的选取 1）决定性作用的、直接参数作为被控参数 2）与直接参数有单值函数关系的所谓间接参数作为被控参数 3）当采用间接参数时，该参数对产品质量应具有足够高的控制灵敏度 4）考虑工艺上的合理性和所用测量仪表的性能、价格、售后服务等因素 对于一个已经运行的生产过程，被控参数往往是由工艺要求事先确定的。 5.2.2 控制参数的选择 5.2.2.1 过程特性对控制质量的影响 1. 干扰通道特性对控制质量的影响 R(s)= 0 假设 为一单容过程，其传递函数为 若单容过程具有纯时延时间 则： 则： (式2) (式3) 系统输出与干扰之间的传递函数为 (式1) (1)干扰通道 的影响： 越大，由干扰引起的输出也越大，被控参数偏离给定值就越多。 在系统设计时应尽可能选择静态增益 小的干扰通道，以减小干扰对被控参数 的影响。 (式2) (2) 干扰通道 的影响 为惯性环节，对干扰 具有“滤波”作用， 越大，“滤波” 效果越明显，因此干扰通道的时间常数越大，干扰对被控参数的动态影响就越 小，因而越有利于系统控制质量的提高。 (3) 干扰通道 的影响 的存在，仅仅使干扰引起的输出推迟了一段时间 因此， 的存在并不影响系统的控制质量。 (式3) (4) 干扰进入系统位置的影响 干扰进入系统的位置越远离被控参数，对系统的动态控制质量越有利。 但从静态看，这会使干扰引起被控参数偏离给定值的偏差相对增大，这对系统的控制品质又是不利的。因此需要权衡它们的利弊。 (1) 控制通道 2. 控制通道特性对控制质量的影响 的影响 (2) 控制通道 的影响 产生的原因： (3) 控制通道 的影响 控制通道纯滞后时间 一是由信号传输滞后所致； 二是由信号的测量变送滞后所致； 三是执行器的动作滞后所致。 控制通道的纯滞后，都会使系统的动态偏差增大，超调量增加，最终导致控制 质量下降。从系统的频率特性分析可知，控制通道纯滞后的存在，会增加开环 频率特性的相角滞后，导致系统的稳定性降低。因此，无论如何，应减小控制 通道的纯滞后，以利于提高系