控制工程教案

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1、第一篇单回路控制系统第一章单回路控制系统1・1控制系统组成及控制性能指林1.控制系统组成单回路控制系统由控制器、控制阀、测量变送器和受控对象四部分组成。名词术语及各环节功能介绍。受控对象：控制系统中反映操纵变量、扰动与受控变量之间关系的环节。控制阀：系统末级控制元件，执行器。2.性能指标过渡过程的几种情况：(1)・阶跃响应特征参数性能指标衰减振荡n>l,发散振荡nvl;等幅振荡n=l；一般取值4：1-10：1,或外周期过程2）最大偏差（超调量）受控变量波峰值与设定值之差（偏离设定值的最大数值）随动系统用超调量表示：」）-性100%）3）

2、3）回复时间系统受扰动后，受控变量从过渡状态恢复到新平衡状态的最短时间4）余差过渡过程终了时新稳态值与设定值之差。e=y（8）-y（r）（2）偏差积分性能指标偏差平方值积分（ISE）J=e2（t）dtTmin偏差绝对值积分（IAE）=Tmin偏差绝对值与时间积分(ITAE)minIAE：偏羌面积积分，对偏弟大小同时看待且与偏差出现的事件无关。ISE与偏差值大小关系大，偏差大对J影响大，偏差小对J影响小，所以对大偏差敏感。若按对大偏差敏感的指标ISE调整参数，过渡过程不会出现的偏差。但其它指标可能下降。ITAE：偏差积分面积用时间加权，

3、同一偏差积分面积在过渡过程中出现的时间不同，对J影响不同，先出现T短，对J影响小，出现越晚对J影响愈大。所以ITAE对先期出现的偏差不敏感，而对后期岀现的偏差非常敏感。按ITAE指标整定控制器参数，将获得初始偏差较大，但过渡过程衰减快，过渡过程时间短的过渡过程曲线。对于同一系统，运用不同的性能指标指导参数整定，可获得不同的控制器参数，过渡过程曲线形状不同。当系统存在余差时，误差须定义为：e(t)=y(oo)-y(t)2.典型受控过程生产过程中的许多设备装置都可由单参、双参、纯滞后等简单环节组合而成。(1)纯滞后过程在系统输入变量变化后，

4、输出变量并不立即改变，而是要等待一段吋间后才反映出來，这种现象叫做纯滞后。纯滞后指输入变化后，看不到系统对其响应的这段时间。例子(1)单参过程a.无自衡过程由物料平衡：dV~dt=Qi-GoA牛Q厂Q°at式屮h为液位，A为横截面积，V为累积量。设h(O)=ho则ASH(s)=Qi(s)-Q0(s)H⑶二1Q’G)ASG(s)T为积分时间常数当流入量与流出量有不同时，贮罐将最终被抽干或溢出。这种特性称无口衡特性。受扰动后无口稳定能力。b.有自衡过程上图的排料管线上的泵改为手动阀门，则液位增加流岀量会自然的增加，这种作用将力图恢复平衡，称

5、自平衡。液位与流出量之间关系；00二a4ha是与排出口阻力有关的比例常数在工作点处作线性化处理得△Qod°od(a-Jh)aA/?clhdh2pT0($)与H(s)的关系:由⑴得恥)/($)如)0($)二a=1H(s)⑵(3)得船4心吕显然，一阶惯性环节，在受到外扰动之后，可以靠自身特性重新使输出稳定下来。1.2.4具有反向响应的过程某些过程其阶跃响应在初始情况与最终情况相反一一具有反向响应。KiYi(s)SY(s)Q(s)KiTiS+lY2（S）（」）Y2（t）例锅炉汽包：同时进行二个过程（1）冷水Tt沸腾It汽包内气泡It水位I,曲

6、线（1）（2）若燃料量恒定，产汽量也恒定，则液位随进水量增加而增加,曲线（2）&2（$）=牛（3）两种作用相结合G+1当心!＜匚时，响应初期第二项二“占主导，过程出现反向响应。TS+1若条件不成立，过程不会出现反向响应。1.2.5不稳定过程上述过程开环传递函数极点均位于根平面左侧——稳定。化工过程还存在不稳定的过程特性。强效热反应，除热不如放热快，使温度急剧上升，这类对象具有正反馈性质，没有适当的除热措施，开环不稳定。KG($)=具有一个正的极点，表达了不稳定过程。稳定过程与不稳定过程控制方法差异很大，尤其从事化学反应器控制史要注意

7、。1.3受控变量选择受控变量的选择十分重要，决定该设计系统有无价值。1.一些场合其选择方法很简单，T、L、P、F直接选用。2.当无法测量受控变量或信号微弱，这时可以选用与该变量有一定函数关系的间接变量来表达。测出了间接变量即可推知受控变量或代表了生产过程的状态。3.受控变量的数量要选择合适利用物化中相律关系：F二GP+2根据F数选择。F为自由度,C为组分数，P为相数饱和蒸汽质量控制F=1-24-2=1选P或T之一过热蒸汽质量控制F=l-1+2=2P、T都选4・分布参数过程检测点的位置1.5广义对象各环节特性对可控度的影响1.6对测量变送

8、环节的考虑变送环节一一将被控变量或其它物理量测量并转换成统一的信号，如0.02-0」Mpa或0~10mA,4〜20mA信号。G,”⑶=左打厂川要考虑的儿个问题:1.6.1测量误差（1）仪表（本身）误差精度等