计算机过程控制第三章.pptVIP

《计算机过程控制》课件成都理工大学计算机过程控制第三章*第1页，共16页，星期日，2025年，2月5日性能指标： 规定一个明确的统一反映控制系统质量的性能指标来衡量调节器参数是否最佳，如要求最大动态偏差尽可能小、调节时间最短、调节过程系统输出的误差积分值最小等。 系统整定时性能指标必须能综合反映系统控制质量，而同时又要便于分析和计算。性能指标分类：单项性能指标和误差积分性能指标两大类。*第2页，共16页，星期日，2025年，2月5日1．单项性能指标单项性能指标基于系统闭环响应的某些特性，是利用响应曲线上的一些点的指标。这类指标简单、直观、意义明确，但它们往往只是比较笼统的概念，难以准确衡量。 常用的有： 衰减率（或衰减比）、最大动态偏差、调节时间（又称回复时间）或振荡周期。 整定时必须权衡轻重，兼顾系统偏差、调节时间方面的要求。 应用最广的是衰减率ψ＝0.75的衰减率（即1／4衰减比）是对偏差和调节时间的一个合理的折衷。 *第3页，共16页，星期日，2025年，2月5日具体情况具体分析。 例如，锅炉燃烧过程的燃料量和送风量的控制不宜有过大幅度的波动，衰减率应取较大数值，如ψ≈1（或略小于1）；对于惯性较大的恒温控制系统，如果它要求温度控制精度高，温度动态偏差小而调节量又允许有较大幅度的波动，则ψ衰减率可取较小值，如ψ＝0.6或更小。具有两个以上的整定参数的调节器可以有各种不同的搭配，都能满足给定的衰减率。这时，还应采用其他性能指标，以便从中选择最佳的一组整定参数。*第4页，共16页，星期日，2025年，2月5日2．误差积分性能指标IE、IAE、ISE、ITAE指标： 基于从时间t＝0直到稳定为止整个响应曲线的形态定义的，因此比较精确，但使用麻烦。系统的整定就归结为计算控制系统中待定参数，以使上述各类积分数值极小。 例如：按不同积分指标整定调节器参数，其对应的系统响应不同： 对抑制大的误差ISE比IAE好；而抑制小误差，IAE比ISE好；ITATE能较好地抑制长时间存在的误差。 ISE指标对应的系统响应，其最大动态偏差较小，调节时间较长； 与ITAE指标对应的系统响应调节时间最短，但最大动态偏差最大。误差积分指标往往与其它指标并用，很少作为系统整定的单一指标。*第5页，共16页，星期日，2025年，2月5日在实际系统整定过程中： （1）一般先改变调节的某些参数（通常是比例带）使系统响应获得规定的衰减率， （2）然后再改变另外一些参数，最后综合反复调整所有参数，以期在规定的衰减率下使选定的某一误差积分指标最小，从而获得调节器最佳整定参数。当然，如果系统只有一个可供整定的参数，就不必进行积分指标的计算了。*第6页，共16页，星期日，2025年，2月5日系统整定方法有两大类： 理论计算整定法，如根轨迹法、频率特性法； 工程整定法。 （1）理论计算整定法： 基于被控对象数学模型（如传递函数、频率特性），通过计算方法直接求得调节器整定参数。 所以，在过程控制系统中，理论计算求得的整定参数并不很可靠。无论采用机理分析法还是测试法，由于忽略了某些因素，它们所得的对象数学模型是近似的，此外，实际调节器的动态特性与理想的调节器动作规律也有差别。 缺点：理论计算整定法往往比较复杂、繁琐，使用不十分方便。*第7页，共16页，星期日，2025年，2月5日 （2）工程整定法： 基于对象的阶跃响应曲线或直接在闭环系统中进行，方法简单，易于掌握。虽然它们是一种近似的经验方法，但相当实用。 （3）工程与理论法的关系： 理论计算整定法有助于人们深入理解问题的实质，它所导出的一些结果正是工程整定法的理论依据。*第8页，共16页，星期日，2025年，2月5日§3-2衰减频率特性法衰减频率特性法： 通过改变系统的整定参数使控制系统的普通开环频率特性变成具有规定相对稳定度的衰减频率特性，从而使闭环系统响应满足规定衰减率的一种系统整定方法。*第9页，共16页，星期日，2025年，2月5日一、衰减频率特性和稳定度判据一个典型的二阶系统，其特征方程有一对共轭复根S1和S2，即控制系统响应的衰减率：式中，m=α/ω称为系统的相对稳定度，是特征方程根的实部与虚部之比值。 表明系统响应的衰减率与系统特征方程的根在复平面上的位置存在对应关系。*第10页，共16页，星期日，2025年，2月5日图3．2示出系统特征方程共轭根的位置与衰减率（阶跃相应）之间存在的对应关系。这些根正好落在对称于负实轴的两条斜线OA和OB上。斜线与虚轴