热工过程自动控制 课件 自动控制原理部分总结.ppt

拉氏变换 微分方程 传递函数 CH2 自动控制系统的数学描述 2.1 拉普拉斯变换 2.1.1拉式变换的定义 2.1.2 拉氏变换的主要性质 ①线性定理 ②延迟定理 ③复平移定理 ④时标变换定理 2.1.2 拉氏变换的主要性质 ⑥积分定理 CH2 自动控制系统的数学描述 1）写出输入电压和输出电压的差值变化引起的关系式，根据欧姆定律有： 2）设电容两端的初始电压为零，输出信号与i的关系式为： 3）消去中间变量得到 建立系统微分方程的步骤： Step 1：分析系统的工作原理、结构组成，找出相关变量，确定系统的输入量和输出量； Step 2：建立相关变量的函数关系； Step 3：消去中间变量，得到仅含输入和输出的微分方程； Step 4：将方程整理写成规范形式，输出量放在左边，输入量放在右边，导数的阶次按照降序，从左到右排列。 2.2.3 输入响应法 1）脉冲响应 2．并联 CH2 自动控制系统的数学描述 ①信号线：用箭头表示信号“x”的传递方向的连接线。 ②汇交点 (相加点、综合点)：表示两个信号“x1”与“x2”的代数和。 ③分支点(引出点)：表示把信号“x”分两路取出。 ④环节：方框图中的一个方框。 时域分析法 分析一阶系统和二阶系统 劳斯变换 什么是时域分析法？ 微分方程 什么是时域分析法？ 什么是时域分析法？ 系统的稳定性 1）衰减率 系统的稳定性 2）超调量 系统的快速性 系统的准确性 什么是时域分析法？ 一阶系统的时域分析 可见： 响应速度与时间常数T 有关。 稳态性能指标： ess=0 Eg：3-1，一阶系统如下图所示：其中KK为开环放大倍数，KH为反馈系统。设KK=100， KH=0.1，试求系统的调节时间ts（按±5%误差带 ）；如果要求ts=0.1s，求反馈系统。 解： 若要求ts=0.1s，计算KH 二阶系统的时域分析 二阶系统微分方程的一般形式： 传递函数 二阶系统传递函数的通用形式 二阶系统阶跃响应小结 劳斯稳定判据 调节系统如下图所示：若要求闭环特征方程的实部小于-1，问K值应取什么范围？如果要求实部均小于-2，情况又如何？ 解： 若要求系统特征根的实部均小于-2，令s=s1-2,得如下新的特征方程： 作业：调节系统如下图所示：(1)确定系统稳定时，K值的范围；（2）如果要求闭环系统的根全部位于s=-1垂线之左，K值范围应取多大？ 热工过程自动调节系统的分析和整定 热工对象的动态特性 三种基本调节规律 PID调节器 单回路调节系统和串级调节的整定方法 热工对象的动态特性 控制系统设计任务：根据被控对象的动态特性，选择和设计控制器使系统满足规定的性能指标。 热工对象的动态特性 热工对象的动态特性 内扰: 经过调节通道作用到对象上的扰动称为“内部扰动”或“基本扰动” ； 外扰: 经过干扰通道作用到对象上的扰动称为“外部扰动”; 热工对象的动态特性 认为无自平衡能力对象的自平衡率为ρ=0，那么所有的热工对象都可以用以下三个特征参数来描述 1）飞升速度ε：在单位阶跃扰动下，输出y(t)的最大变化速度。 2）自平衡率ρ：表征对象的自平衡能力 3）延迟时间τ：y(t)的渐近线在时间轴上所截取的长度。 三种基本调节作用分析 三种基本调节作用分析 2）积分（I）调节规律 三种基本调节作用分析 3）微分（D）调节规律 P调节器:只有比例调节的作用 PID调节器 4.3 系统的整定分析 4.3 系统的整定分析 4.3 比例带、积分时间、微分时间对系统调节品质的影响 4.3 系统的整定分析 4.3 比例带、积分时间、微分时间对系统调节品质的影响 4.3 系统的整定分析 4.3 比例带、积分时间、微分时间对系统调节品质的影响 4.3 系统的整定分析 4.4 单回路调节系统的整定 4.3 系统的整定分析 4.4 单回路调节系统的整定 4.3 系统的整定分析 4.4 单回路调节系统的整定 4-5 串级系统的整定 1.什么是串级系统？ 采用不止一个控制器，而且控制器间相串联，一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值的系统。 主调节器（主控制器）：按主参数的测量值与给定值的偏差进行工作的调节器。 副调节器（副控制器）：按副参数的测量值与主调节器输出的偏差进行工作的调节器。 主回路与副回路 3.串级调节系统的分析 1）能有效的减小在二次扰动下的动态偏差 副回路具有快速作用 2）对一次扰动的偏差也有一定的改善作用 3）串级系统具有一定的适应能力 4.串级系统的设计原则 串级系统要实现的调节功能： 当发生二次扰动时，内回路应迅速地消除扰动作用。 当发生一次扰动时，内回路应作为外回路的