第一章 绪论43066.pptVIP

人工智能 华中科技大学水电与数字化工程学院 自动控制专业课： 过程控制 运动控制 过程控制研究冶金、化工、石油、电力等工业过程中的温度、压力、流量、液位、成份等的控制。 运动控制研究速度、位置控制，如航天、机器人等。 磨矿工艺中，每个球磨系列由给矿机给矿，以前由人工观察给矿量，靠机械调整给矿口大小控制矿量，给矿量波动较大，难以稳定。 为稳定入磨矿量，在给矿皮带上安装皮带秤，根据皮带秤检测的矿量对给矿机进行变频调节。 检测元件和变送器(Sensor and Transmitter)： 检测元件 变送器 控制器(Controller)： 控制器 工业控制计算机 执行器(Actuator)： 气动和电动控制阀 被控对象(Object or Process)： 被控对象 调节器 调节阀 被控对象 测量变送 设定 误差 控制作用 操纵变量 被控变量 测量值 + - 扰动 扰动通道 + + 2、控制系统的框图 过程检测控制仪表 过程检测控制仪表 Gc(s) Gv(s) Gp(s) Gm(s) R(s) E(s) U(s) Q(s) Y(s) Ym(s) + - F(s) Gf(s) + + 写成传递函数形式为： 3、控制系统的有关术语 被控对象 被控变量(controlled variable) 扰动(disturbance) 操纵变量(manipulated variable) ：调节介质，控制参数 测量值 给定值 偏差值 控制作用 检测变送(sensor，transmitter) 控制器(controller) 执行器(control valve) 控制通道 扰动通道 4、控制系统框图的说明 框图中的各个信号是增量。增益和传递函数都是在稳态值为零时得到的。 箭头表示信号流向，不是物流和能流方向 各环节增益的正负根据稳态条件下输出增量与输入增量之比确定。该环节输入增加，输出也增加，增益为正；输入增加，输出减小，增益为负。 常用执行器、被控对象、检测变送环节组成广义对象，用Go(s)表示。控制器输入和输出采用标准信号时，广义对象增益是无量纲的。 Gc(s) Gv(s) Gp(s) Gm(s) R(s) E(s) U(s) Q(s) Y(s) Ym(s) + - F(s) Gf(s) + + 写成广义对象形式为： Go(s) 二、控制系统的性能指标 性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用或给定值发生变化后，应平稳、准确、迅速地回复（或趋近）到给定值上。 过程控制系统的评价指标可概括为： 系统必须是稳定的；（平稳） 系统应能提供尽可能好的稳态调节；（准确） 系统应能提供尽可能好的过渡过程。（迅速） 控制性能指标应根据生产工艺过程的实际需要确定，通常采用系统阶跃响应曲线的性能指标和偏差积分性能指标。 1、时域性能指标 控制系统的时域性能指标 t t y(t) y(t) 衰减比n n=1:1：表明控制系统的输出呈等幅振荡，系统处于临界稳定状态； n小于1:1 ：表明控制系统的输出发散，系统处于不稳定状态； n越大，系统越稳定。 通常，希望随动控制系统的衰减比为10:1，定值控制系统的衰减比为4:1。 控制系统的稳定性指标。它是相邻同方向两个波峰的幅值之比，即： 衰减率? 超调量和最大动态偏差 控制系统的稳定性指标。 稳定性指标。 随动控制系统中，超调量(Overshoot)?定义为： 定值控制系统中，最终稳态值很小或趋于零，因此，采用最大动态偏差A表示超调程度，即： 余差 定值控制系统中，r=0，因此有e(?)=－C。 稳态准确性指标 余差是控制系统的最终稳态偏差e(?) 在阶跃输入下， 回复时间和振荡频率 快速性指标 被控变量从过渡过程开始到进入稳态值?5%或?2%范围内的时间作为过渡过程的回复时间。 在相同的衰减比n下，振荡频率越高，回复时间越短；在相同的振荡频率下，衰减比越大，回复时间越短。 各性能指标之间的关系 有些是相互矛盾的（如超调量与过渡过程时间） 对于不同的控制系统，这些性能指标各有其重要性。 应根据工艺生产的具体要求，分清主次，统筹兼顾，保证优先满足主要的品质指标要求。 2、积分性能指标 误差绝对积分指标IAE 时间乘绝对误差积分指标ITAE 误差平方积分指标ISE 这两类适用于:衰减 和无静差系统 时间乘偏差平方积分（ITSE） 这两类用以降低初始大误差对性能指标的影响； 同时强调了过渡过程后期的误差对指标的影响。 对存在余差的系统，由于余差不为零，因此，积分指标将趋于无穷大，这时，可用e(t)－e(?)=－[ y(t)－y(?)]代替偏差项。 不同积分性能指标对控制系统优良程度的侧重点不