過程裝備控制技術及應用第一章控制系統(tǒng)基本概念

1、第一章第一章 控制系統(tǒng)的基本概念控制系統(tǒng)的基本概念本章的主要內容：本章的主要內容：1.1 1.1 生產(chǎn)過程自動化的主要內容生產(chǎn)過程自動化的主要內容1.2 1.2 自動控制系統(tǒng)基本概念及組成自動控制系統(tǒng)基本概念及組成1.3 1.3 控制系統(tǒng)過渡過程及品質指標控制系統(tǒng)過渡過程及品質指標1.11.1生產(chǎn)過程自動化的主要內容：生產(chǎn)過程自動化的主要內容：1 1、自動檢測系統(tǒng)（起眼睛作用）、自動檢測系統(tǒng)（起眼睛作用）2 2、自動信號聯(lián)鎖與保護系統(tǒng)（保護）、自動信號聯(lián)鎖與保護系統(tǒng)（保護） 3 3、自動操縱與開停車系統(tǒng)（開環(huán)的程序控制系統(tǒng)）、自動操縱與開停車系統(tǒng)（開環(huán)的程序控制系統(tǒng)） 4 4、自動調節(jié)系統(tǒng)（主

2、要系統(tǒng)，能克服干擾作用）、自動調節(jié)系統(tǒng)（主要系統(tǒng)，能克服干擾作用） 上述四個系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中可以獨立存在，各起的上述四個系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中可以獨立存在，各起的作用不相同，其中自動調節(jié)（控制）系統(tǒng)能力最強，所作用不相同，其中自動調節(jié)（控制）系統(tǒng)能力最強，所起的作用最大，是化工自動化的主要內容。起的作用最大，是化工自動化的主要內容。1.2 1.2 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng) 1.2.11.2.1自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng) 自動控制的必要性自動控制的必要性蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水圖圖1-1 鍋爐汽包示意圖鍋爐汽包示意圖手動控制的步驟：手動控制的步驟：(1)(1)觀察液位數(shù)值；觀察液位數(shù)值；(2

3、)(2)把觀察到的實際數(shù)值與設把觀察到的實際數(shù)值與設定值加以比較，根據(jù)偏差的定值加以比較，根據(jù)偏差的大小及變化情況做出判斷，大小及變化情況做出判斷，并發(fā)布命令。并發(fā)布命令。(3)(3)根據(jù)命令操作給水閥，使根據(jù)命令操作給水閥，使液位回到設定值。液位回到設定值。 所謂所謂“自動控制自動控制”是指應用自動化儀器儀表或是指應用自動化儀器儀表或自動控制裝置代替人自動地對儀器設備或工業(yè)自動控制裝置代替人自動地對儀器設備或工業(yè)生產(chǎn)過程進行控制，使之有目的地修正被控對生產(chǎn)過程進行控制，使之有目的地修正被控對象的動力學行為，以達到預期的狀態(tài)或滿足預象的動力學行為，以達到預期的狀態(tài)或滿足預期的性能要求。期的性能

4、要求。 隨著現(xiàn)代科學技術的蓬勃發(fā)展，煉油、化工、隨著現(xiàn)代科學技術的蓬勃發(fā)展，煉油、化工、冶金、電力、生物、制藥等工業(yè)過程的生產(chǎn)規(guī)冶金、電力、生物、制藥等工業(yè)過程的生產(chǎn)規(guī)模越來越大型化、復雜化，各種類型的自動控模越來越大型化、復雜化，各種類型的自動控制技術已經(jīng)成了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)安全、高效、制技術已經(jīng)成了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質、低耗的基本條件和重要保證。優(yōu)質、低耗的基本條件和重要保證。 因此，再復雜的控制系統(tǒng)都緣于人工控制。因此，再復雜的控制系統(tǒng)都緣于人工控制。人工控制與自動控制比較：人工控制與自動控制比較：進進料料口口出出料料口口H玻璃管液位計玻璃管液位計iqh0q測量儀表設定值控制

5、器人工控制自動控制（AUTOMATION） LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水 鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖 T 被加熱原料 TT TC 燃料油 出口溫度 加熱爐的溫度控制系統(tǒng)加熱爐的溫度控制系統(tǒng) LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水 鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖術語被控過程（被控對象）：自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設備或機器。被控變量：被控過程內要求保持設定值的工藝參數(shù)被控對象：被控對象：汽包汽包被控變量：被控變量：汽包液位汽包液位操縱變量：受控制器操操縱變量：受控制器操縱的用以克服干擾的影縱的用以克服

6、干擾的影響，使被控變量保持設響，使被控變量保持設定值的物料量或能量定值的物料量或能量擾動：除操縱變量外，擾動：除操縱變量外，作用于被控過程并引起作用于被控過程并引起被控變量變化的因素被控變量變化的因素操縱變量：操縱變量：水的流量水的流量擾動：擾動：水壓力、蒸汽壓力水壓力、蒸汽壓力 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水 鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖設定值：設定值：工藝參數(shù)所要工藝參數(shù)所要求保持的數(shù)值求保持的數(shù)值偏差：偏差：被控變量設定值被控變量設定值與實際值之差與實際值之差負反饋：負反饋：將被控變量送將被控變量送回輸入端并與輸入變量回輸入端并與輸入變量相減相減

7、 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水 鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖 T 被加熱原料 TT TC 燃料油 出口溫度 加熱爐的溫度控制系統(tǒng)加熱爐的溫度控制系統(tǒng)被控過程被控過程：加熱爐加熱爐被控變量：被控變量：物料出口溫度物料出口溫度操縱變量：操縱變量：燃料油流量燃料油流量擾動：擾動：被加熱原料油溫度、燃料油熱值等被加熱原料油溫度、燃料油熱值等進進料料口口執(zhí)執(zhí)行行器器變變送送器器1.2.21.2.2閉環(huán)控制與開環(huán)控制閉環(huán)控制與開環(huán)控制 閉環(huán)控制：閉環(huán)控制： 在反饋控制系統(tǒng)中，被控變量送回輸入端，與設定值進行在反饋控制系統(tǒng)中，被控變量送回輸入端，與設定值進行比較，

8、根據(jù)偏差進行控制，控制被控變量，這樣，整個系統(tǒng)構比較，根據(jù)偏差進行控制，控制被控變量，這樣，整個系統(tǒng)構成了一個閉環(huán)。成了一個閉環(huán)。閉環(huán)控制的特點（優(yōu)點）閉環(huán)控制的特點（優(yōu)點）：按偏差進行控制，使偏差減小或：按偏差進行控制，使偏差減小或消除，達到被控變量與設定值一致的目的。消除，達到被控變量與設定值一致的目的。 閉環(huán)控制的缺點閉環(huán)控制的缺點：控制不夠及時；如果系統(tǒng)內部各環(huán)節(jié)配合：控制不夠及時；如果系統(tǒng)內部各環(huán)節(jié)配合不當，系統(tǒng)會引起劇烈震蕩，甚至會使系統(tǒng)失去控制。不當，系統(tǒng)會引起劇烈震蕩，甚至會使系統(tǒng)失去控制。開環(huán)控制：開環(huán)控制： 開環(huán)控制的特點（優(yōu)點）：開環(huán)控制的特點（優(yōu)點）：不需要對被控變量進

9、行測量，不需要對被控變量進行測量，只根據(jù)輸入信號進行控制，只根據(jù)輸入信號進行控制，控制很及時?？刂坪芗皶r。開環(huán)控制的缺點：開環(huán)控制的缺點：由于不測量被控變量，也不與設定值相由于不測量被控變量，也不與設定值相比較，所以系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量偏離設定值，比較，所以系統(tǒng)受到擾動作用后，被控變量偏離設定值，并無法消除偏差，這是開環(huán)控制的并無法消除偏差，這是開環(huán)控制的缺點缺點。 開環(huán)的液位控制系統(tǒng)開環(huán)的液位控制系統(tǒng) （按擾動控制，又稱前饋控制）（按擾動控制，又稱前饋控制）開環(huán)控制舉例開環(huán)控制舉例 FT LT FdC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水給水 LT LC 蒸汽蒸汽汽包汽包省煤器省煤器給水

10、給水 鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖鍋爐汽包自動控制系統(tǒng)示意圖1.2.31.2.3自動控制系統(tǒng)的組成及方框圖自動控制系統(tǒng)的組成及方框圖 在研究自動控制系統(tǒng)時，為了更清楚的表示控制系統(tǒng)各環(huán)在研究自動控制系統(tǒng)時，為了更清楚的表示控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的組成、特性和相互間的信號聯(lián)系，一般都采用方框圖。每節(jié)的組成、特性和相互間的信號聯(lián)系，一般都采用方框圖。每個方框表示組成系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，兩個方框之間用帶箭頭的線個方框表示組成系統(tǒng)的一個環(huán)節(jié)，兩個方框之間用帶箭頭的線段表示信號聯(lián)系；進入方框的信號為環(huán)節(jié)輸入，離開方框的為段表示信號聯(lián)系；進入方框的信號為環(huán)節(jié)輸入，離開方框的為環(huán)節(jié)輸出。環(huán)節(jié)輸出?？刂蒲b置執(zhí)行器過程檢測元

11、件、變送器r(t)比較機構-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)c(t)擾動廣義對象被控變量測量值控制器設定值閉環(huán)控制系統(tǒng)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)組成檢測元件和變送器檢測元件和變送器的作用是把被控變量的作用是把被控變量c(t)c(t)轉化為測量值轉化為測量值y(t)y(t)。比較機構比較機構的作用是比較設定值的作用是比較設定值r(t)r(t)與測量值與測量值y(t)y(t)并輸出其差值。并輸出其差值?？刂蒲b置控制裝置的作用是根據(jù)偏差的正負、大小及變化情況，按某種的作用是根據(jù)偏差的正負、大小及變化情況，按某種預定的控制規(guī)律給出控制作用預定的控制規(guī)律給出控制作用u(t)u(t)。比較機構和控制裝置通常

12、比較機構和控制裝置通常組合在一起，稱為控制器。組合在一起，稱為控制器。執(zhí)行器執(zhí)行器的作用是接受控制器送來的的作用是接受控制器送來的u(t)u(t)，相應地去改變操縱變相應地去改變操縱變量量q(t)q(t)。 系統(tǒng)中控制器以外的各部分組合在一起，即系統(tǒng)中控制器以外的各部分組合在一起，即過程、執(zhí)行器、檢過程、執(zhí)行器、檢測元件與變送器測元件與變送器的組合稱為的組合稱為廣義對象廣義對象。 控制裝置執(zhí)行器過程檢測元件、變送器r(t)比較機構-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)c(t)擾動廣義對象被控變量測量值控制器設定值閉環(huán)閉環(huán)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成組成在分析控制系統(tǒng)的工作過程時，有幾個很重要的概念

13、：在分析控制系統(tǒng)的工作過程時，有幾個很重要的概念：（1 1）信息：）信息：圖中的圖中的r(t)r(t)、y(t)y(t)、f(t)f(t)等盡管是實際的物理量，等盡管是實際的物理量，但它們是作為信息來轉換和作用的。圖中的每一部分稱為一個但它們是作為信息來轉換和作用的。圖中的每一部分稱為一個環(huán)節(jié)，作用于它的信息稱為該環(huán)節(jié)的輸入信號，它送出的信息環(huán)節(jié)，作用于它的信息稱為該環(huán)節(jié)的輸入信號，它送出的信息稱為輸出信號。前一環(huán)節(jié)的輸出就是后一環(huán)節(jié)的輸入信號。每稱為輸出信號。前一環(huán)節(jié)的輸出就是后一環(huán)節(jié)的輸入信號。每一環(huán)節(jié)的輸出信號與輸入信號之間的關系僅僅取決于該環(huán)節(jié)的一環(huán)節(jié)的輸出信號與輸入信號之間的關系僅僅

14、取決于該環(huán)節(jié)的特性。特性。從整個系統(tǒng)來看，輸入信號：設定值和擾動從整個系統(tǒng)來看，輸入信號：設定值和擾動 輸出信號：被控變量、測量值輸出信號：被控變量、測量值（2 2）閉環(huán)：）閉環(huán)：按信息的流向來說按信息的流向來說（3 3）動態(tài)：）動態(tài)：物理量是時間的函數(shù)、是不斷變化的。擾動作用物理量是時間的函數(shù)、是不斷變化的。擾動作用使被控變量偏離設定值，控制作用又使它回到設定值。使被控變量偏離設定值，控制作用又使它回到設定值。 控制裝置執(zhí)行器過程檢測元件、變送器r(t)比較機構-e(t)u(t)q(t)y(t)f(t)c(t)擾動廣義對象被控變量測量值控制器設定值閉環(huán)閉環(huán)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成組成調節(jié)器被控對

15、象測量變送裝置+SP執(zhí)行器控制器被控對象測量變送裝置+SP執(zhí)行器4 420mA20mA4 420mA20mA調節(jié)器被控對象測量變送裝置+SP執(zhí)行器調節(jié)器+SP廣義對象 自動控制系統(tǒng)的方塊圖又稱為信號流程圖，注意與工自動控制系統(tǒng)的方塊圖又稱為信號流程圖，注意與工藝流程圖是不一樣的。藝流程圖是不一樣的。 在畫方塊圖的時間請注意：在畫方塊圖的時間請注意：1、箭頭；、箭頭；2、方塊；、方塊；3、布局；、布局；4、負反饋的信號。、負反饋的信號。1.2.4 1.2.4 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類按設定值的不同情況，將自動控制系統(tǒng)分為三類按設定值的不同情況，將自動控制系統(tǒng)分為三類: : 定值控制系

16、統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng) 設定值保持不變（為一恒定值）的反饋控制系統(tǒng)設定值保持不變（為一恒定值）的反饋控制系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。稱為定值控制系統(tǒng)。 隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng) 設定值不斷變化，且事先是不知道的，并要求系設定值不斷變化，且事先是不知道的，并要求系統(tǒng)的輸出（被控變量）隨之而變化。統(tǒng)的輸出（被控變量）隨之而變化。 程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng) 設定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，設定值也是變化的，但它是一個已知的時間函數(shù)，即根據(jù)需要按一定時間程序變化即根據(jù)需要按一定時間程序變化 SPtSPtSPt給定值的形式：

17、給定值的形式：還可以根據(jù)被測變量的類型、系統(tǒng)的復雜程度、系統(tǒng)克服干擾的方法來對自動控制系統(tǒng)進行分類。 按系統(tǒng)輸出信號對操縱變量影響劃分按系統(tǒng)輸出信號對操縱變量影響劃分 閉環(huán)控制（輸出信號會返回并影響控制信號）與開環(huán)控制（輸出信號不影響控制信號）。 按系統(tǒng)克服干擾的方法劃分按系統(tǒng)克服干擾的方法劃分 反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、前饋-反饋控制系統(tǒng)。 按系統(tǒng)的復雜程度劃分按系統(tǒng)的復雜程度劃分 簡單控制系統(tǒng)（單回路）與復雜控制系統(tǒng)（串級、比值、前饋、分程等） 按被測參數(shù)的類型分按被測參數(shù)的類型分 壓力、溫度、流量、物位、成分等。 注意每種分類方法不是絕對的，幾種分類方法可以交叉進行 儀表符號除了圖形之

18、外，圓圈之中還應有一串有字母和數(shù)字組成的代號儀表符號除了圖形之外，圓圈之中還應有一串有字母和數(shù)字組成的代號稱為稱為“儀表位號儀表位號”。例如：。例如： PIC207 TRC210 字母編號寫在圓圈的上半部字母編號寫在圓圈的上半部第一位字母表示被測變量第一位字母表示被測變量后繼字母表示儀表的功能后繼字母表示儀表的功能 PIC207壓力壓力指示指示 控制控制 數(shù)字編號寫在圓圈的下半部數(shù)字編號寫在圓圈的下半部第一位數(shù)字表示段號第一位數(shù)字表示段號后續(xù)數(shù)字后續(xù)數(shù)字( (二位或三位數(shù)字二位或三位數(shù)字) )表示儀表序號。表示儀表序號。 第第2 2工段工段儀表序號為儀表序號為0707控制流程圖符號意義序號安裝

19、位置圖形符號備注序號安裝位置圖形符號備注1就地安裝儀表4集中儀表盤后安裝儀表嵌在管道中2集中儀表盤面安裝儀表5就地儀表盤后安裝儀表3就地儀表盤面安裝儀表控制流程圖字母意義字母第一位字母后繼字母字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能被測變量修飾詞功能A分析報警P壓力C電導率控制Q數(shù)量積分累積D密度差R放射性記錄E電壓S速度安全開關F流量比T溫度傳送I電流指示V粘度閥K時間W力L物位YM水分Z位置執(zhí)行機構1.31.3自動控制系統(tǒng)的過渡過程及品質指標自動控制系統(tǒng)的過渡過程及品質指標1.3.11.3.1靜態(tài)與動態(tài)靜態(tài)與動態(tài)控制系統(tǒng)的輸入有設定作用和擾動作用?？刂葡到y(tǒng)的輸入有設定作用和擾動作用。靜態(tài)（

20、定態(tài)）靜態(tài)（定態(tài)）：當輸入恒定不變時，整個系統(tǒng)若能建立平衡，：當輸入恒定不變時，整個系統(tǒng)若能建立平衡，系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)將暫不動作，它們的輸出都處于相對靜止狀態(tài)。系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)將暫不動作，它們的輸出都處于相對靜止狀態(tài)。此時輸入與輸出之間的關系稱為系統(tǒng)的靜態(tài)特性。此時輸入與輸出之間的關系稱為系統(tǒng)的靜態(tài)特性。環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)的靜態(tài)特性的靜態(tài)特性動態(tài)：動態(tài)：由于輸入的變化，輸出隨時間變化，其間的關系稱為系由于輸入的變化，輸出隨時間變化，其間的關系稱為系統(tǒng)的動態(tài)特性。也就是說，從輸入開始，經(jīng)過控制直到再建立統(tǒng)的動態(tài)特性。也就是說，從輸入開始，經(jīng)過控制直到再建立靜態(tài)，在這段時間中，整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和變量都處于變化

21、靜態(tài)，在這段時間中，整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和變量都處于變化的過程之中，這種狀態(tài)稱為動態(tài)。的過程之中，這種狀態(tài)稱為動態(tài)。環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)的動態(tài)特性的動態(tài)特性fqy(一對矛盾)統(tǒng)一（系統(tǒng)穩(wěn)定），靜態(tài)不統(tǒng)一（系統(tǒng)不穩(wěn)定），動態(tài)系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài)靜態(tài)是相對的，動態(tài)是絕對的。研究動靜態(tài)是相對的，動態(tài)是絕對的。研究動態(tài)的目的是為了達到我們所希望的靜態(tài)態(tài)的目的是為了達到我們所希望的靜態(tài)。 ft階躍式ft矩形波ft正弦波ft斜坡式ft脈沖式1.3.21.3.2干擾的形式干擾的形式一般選擇階躍干擾，主要原因有：突發(fā)性強，有代表性；時間長，對一般選擇階躍干擾，主要原因有：突發(fā)性強，有代表性；時間長，對被控變量的

22、影響大；工程上容易實現(xiàn)且容易計算。被控變量的影響大；工程上容易實現(xiàn)且容易計算。 1.3.1.3.3 3自動控制系統(tǒng)的過渡過程自動控制系統(tǒng)的過渡過程 當自動控制系統(tǒng)的輸入發(fā)生變化后，被控變量（即輸出）當自動控制系統(tǒng)的輸入發(fā)生變化后，被控變量（即輸出）隨時間不斷變化，它隨時間而變化的過程稱為系統(tǒng)的過渡過隨時間不斷變化，它隨時間而變化的過程稱為系統(tǒng)的過渡過程。程。也就是系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過也就是系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。程。 對于一個穩(wěn)定的系統(tǒng)（所有正常工作的反饋系統(tǒng)都是穩(wěn)對于一個穩(wěn)定的系統(tǒng)（所有正常工作的反饋系統(tǒng)都是穩(wěn)定系統(tǒng)）要分析其定系統(tǒng)）要分析其穩(wěn)定性

23、、準確性和快速性穩(wěn)定性、準確性和快速性，常以階躍作用，常以階躍作用為輸入時的被控變量的過渡過程為例，因為階躍作用很典型，為輸入時的被控變量的過渡過程為例，因為階躍作用很典型，實際上也經(jīng)常遇到，且這類輸入變化對系統(tǒng)來講是比較嚴重實際上也經(jīng)常遇到，且這類輸入變化對系統(tǒng)來講是比較嚴重的情況。的情況。 定值控制系統(tǒng)過渡過程的幾種形式定值控制系統(tǒng)過渡過程的幾種形式( (階躍擾動階躍擾動) ) c(t) (e)單調衰減 (c)等幅振蕩 (b)單調發(fā)散 (d)衰減振蕩 (a)發(fā)散振蕩 c(t) c(t) c(t) c(t) t t t t t 發(fā)散振蕩發(fā)散振蕩單調發(fā)散單調發(fā)散等幅振蕩等幅振蕩衰減振蕩衰減振蕩

24、單調衰減單調衰減單項控制指標（僅適用于衰減振蕩過程）單項控制指標（僅適用于衰減振蕩過程）穩(wěn)定性、準確性和快速性穩(wěn)定性、準確性和快速性1.3.3 1.3.3 自動控制系統(tǒng)的品質指標自動控制系統(tǒng)的品質指標綜合控制指標綜合控制指標最大動態(tài)偏差或超調量是描述最大動態(tài)偏差或超調量是描述被控變量偏離設定值被控變量偏離設定值最大程度的最大程度的物理量，是衡量過渡過程物理量，是衡量過渡過程穩(wěn)定性穩(wěn)定性的一個動態(tài)指標。的一個動態(tài)指標。 對于定值控制系統(tǒng)，過渡過程的最大動態(tài)偏差是指被控變對于定值控制系統(tǒng)，過渡過程的最大動態(tài)偏差是指被控變量第一個波的量第一個波的峰值與設定值峰值與設定值之差。在上圖中，最大偏差就是第

25、之差。在上圖中，最大偏差就是第一個波的峰值。為一個波的峰值。為A A （1 1）最大動態(tài)偏差（）最大動態(tài)偏差（emaxemax）或超調量（或超調量（ ）CtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性最大偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。若偏差越大，最大偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。若偏差越大，偏離的時間越長，對穩(wěn)定正常生產(chǎn)越不利。偏離的時間越長，對穩(wěn)定正常生產(chǎn)越不利。要求小。要求小。特別是特別是對于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學反應器的化合物爆炸極對于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學反應器的化合物爆炸極限、觸媒燒結溫度極限等，限、觸媒燒結溫度極限等，都會對最大偏差的允許值有所限都會對最大偏差的允許值有所

26、限制。制。同時考慮到干擾會不斷出現(xiàn)，當?shù)谝粋€干擾還未清除時，同時考慮到干擾會不斷出現(xiàn)，當?shù)谝粋€干擾還未清除時，第二個干擾可能又出現(xiàn)了，第二個干擾可能又出現(xiàn)了，偏差有可能是疊加的，所以要限偏差有可能是疊加的，所以要限制最大偏差的允許值。因此，制最大偏差的允許值。因此，在決定最大偏差的允許值時，在決定最大偏差的允許值時，要根據(jù)工藝情況慎重選擇。要根據(jù)工藝情況慎重選擇。在設定作用下的控制系統(tǒng)（隨動控制系統(tǒng)）中，通常采用在設定作用下的控制系統(tǒng)（隨動控制系統(tǒng)）中，通常采用超調超調量量這個指標來表示被控變量偏離設定值的程度，一般超調量以這個指標來表示被控變量偏離設定值的程度，一般超調量以百分數(shù)給出。百分數(shù)

27、給出。A超調量定義超調量定義：第一個第一個波的峰值與最終穩(wěn)態(tài)波的峰值與最終穩(wěn)態(tài)值之差，即值之差，即B=A-C,如如果系統(tǒng)的新穩(wěn)態(tài)值等果系統(tǒng)的新穩(wěn)態(tài)值等于設定值，那么最大于設定值，那么最大偏差就等于超調量。偏差就等于超調量。100%BCytBBC0衰減比是衡量過渡過程穩(wěn)定性的動態(tài)指標。衰減比是衡量過渡過程穩(wěn)定性的動態(tài)指標。定義：第一個波的振幅與同方向第二個波的振幅之比。定義：第一個波的振幅與同方向第二個波的振幅之比。 （2 2）衰減比）衰減比n nBnB衰減比衰減比n nCtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性BnB衰減比衰減比n n n1:n1:衰減振蕩衰減振蕩。n n越大，則控制系統(tǒng)的穩(wěn)定度也越高，當

28、越大，則控制系統(tǒng)的穩(wěn)定度也越高，當n n趨于無窮大時，控制系統(tǒng)的過渡過程接近于非振蕩過程。趨于無窮大時，控制系統(tǒng)的過渡過程接近于非振蕩過程。 n=1:n=1:等幅振蕩等幅振蕩。 n1:n1:發(fā)散振蕩發(fā)散振蕩。n n越小，意味著控制系統(tǒng)的振蕩過程越劇越小，意味著控制系統(tǒng)的振蕩過程越劇烈，穩(wěn)定度也越低，烈，穩(wěn)定度也越低，理論上來說，n趨向于無窮大最好。但這樣不利于操作人員工作。從管理和速度方面考慮，n值選擇在4：110：1。我國目前多用4：1過程，這個過程不是最優(yōu)的過程，但卻是操作人員所希望的也最熟悉的過程。 根據(jù)實際操作經(jīng)驗，根據(jù)實際操作經(jīng)驗，為保持足夠的穩(wěn)定裕度，一般為保持足夠的穩(wěn)定裕度，一般

29、希望過渡過程有兩個波左右希望過渡過程有兩個波左右，與此對應的，與此對應的衰減比在衰減比在4:14:1到到10:110:1的的范圍內。范圍內。衰減率：衰減率：BBB衰減比衰減比4:14:1衰減率衰減率0.750.75衰減比衰減比10:110:1衰減率衰減率0.900.90CtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性（3 3）余差）余差e定義：控制系統(tǒng)過渡過程終了時設定值與被控變量穩(wěn)態(tài)值定義：控制系統(tǒng)過渡過程終了時設定值與被控變量穩(wěn)態(tài)值之差。之差。( )ery 余差是反映控制余差是反映控制準確性準確性的一個重要穩(wěn)態(tài)指標，一般希的一個重要穩(wěn)態(tài)指標，一般希望其為零，或不超過預定的范圍。望其為零，或不超過預定的范圍。

30、上圖中，上圖中，( )eryC 在控制系統(tǒng)中，在控制系統(tǒng)中，對余差的要求取決于生產(chǎn)過程的要對余差的要求取決于生產(chǎn)過程的要求，并不是越小越好求，并不是越小越好。例如儲槽液位，余差可大一些；。例如儲槽液位，余差可大一些；化學反應器的溫度控制要求高，余差就要小一些。化學反應器的溫度控制要求高，余差就要小一些。CtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性（4 4）回復時間（過渡時間）回復時間（過渡時間）回復時間表示控制系統(tǒng)過渡過程的長短?；貜蜁r間表示控制系統(tǒng)過渡過程的長短。定義：控制系統(tǒng)在受到階躍外作用后，被控變量從原有穩(wěn)態(tài)定義：控制系統(tǒng)在受到階躍外作用后，被控變量從原有穩(wěn)態(tài)值達到新的穩(wěn)態(tài)值所需要的時間值達到新的穩(wěn)

31、態(tài)值所需要的時間。理論上講，控制系統(tǒng)要完全達到新的平衡狀態(tài)需要無限長的理論上講，控制系統(tǒng)要完全達到新的平衡狀態(tài)需要無限長的時間。時間。STCtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性實際上，實際上，被控變量接近于新穩(wěn)態(tài)值的被控變量接近于新穩(wěn)態(tài)值的 或或 或或 的范圍內且不再越出時的范圍內且不再越出時為止所經(jīng)歷的時間，可計為過渡時間。一般為止所經(jīng)歷的時間，可計為過渡時間。一般希望過渡時間短一些。希望過渡時間短一些。5%3%2%ytBB5%A0Ts（5 5）振蕩頻率（或振蕩周期）振蕩頻率（或振蕩周期）在衰減比相同條件下，周期與過渡時間成正比；振蕩頻率在衰減比相同條件下，周期與過渡時間成正比；振蕩頻率與回復時間成

32、反比。與回復時間成反比。定義：過渡過程同向兩波峰之間的時間間隔稱為振蕩周期或定義：過渡過程同向兩波峰之間的時間間隔稱為振蕩周期或工作周期。其倒數(shù)稱為振蕩頻率。工作周期。其倒數(shù)稱為振蕩頻率。其它一些次要指標：其它一些次要指標：振蕩次數(shù)：振蕩次數(shù)：是指在過渡過程內被控變量振蕩的次數(shù)。是指在過渡過程內被控變量振蕩的次數(shù)?！袄硐脒^渡過程兩個波理想過渡過程兩個波”：是指過渡過程振蕩兩次就能穩(wěn)是指過渡過程振蕩兩次就能穩(wěn)定下來。定下來。上升時間：上升時間：是指干擾開始作用起到第一個波峰所需要的時是指干擾開始作用起到第一個波峰所需要的時間。間。CtyBBA0穩(wěn)態(tài)特性穩(wěn)態(tài)特性總結：總結：主要指標有：主要指標有：最大偏差、衰減比、余差、過渡時間。最大偏差、衰減比、余差、過渡時間。在實際在實際的系統(tǒng)中如何確定這些指標，要根據(jù)實際情況來定。的系統(tǒng)中如何確定這些指標，要根據(jù)實際情況來定。原則：對生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質指標應該優(yōu)先保原則：對生產(chǎn)過程有決定性意義的主要品質指標應該優(yōu)先保證。證。自動控制系統(tǒng)希望的結果：自動控制系統(tǒng)希望的結果：最大偏差（超調量）？最大偏差（超調量）？衰減比？衰減比？余差？余差？過渡時間？過渡時間？振蕩周期？振蕩周期？n n1 1等幅振蕩等幅振蕩 n n1