《过程控制》PPT课件

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1、第九讲控制系统性能指标主要内容一、反馈控制系统概述二、控制系统性能指标最基本也是应用最广泛的控制系统是单回路反馈控制系统。是由被控对象、测量变送环节、反馈控制器以及末端执行机构组成，实现对被控变量的定值和跟踪控制。对于特定的被控过程，选择好测量变送器和末端执行元件后，控制效果的好坏是由所选择的反馈控制器以及相应的控制器参数所决定的。因此，反馈控制器的选择及其参数设置对于控制质量起着举足轻重的作用。一、反馈控制系统概述一般的反馈控制系统“反馈控制”是信号沿前向通道（或称前向通路）和反馈通道进行闭路传递，从而形成一个闭合回路的控制方法。说明几点：简单控制系统有两个通

2、道：控制通道和扰动通道。框图中的各个信号都是增量。图中的箭头表示信号的流向，并非物流或能流的方向。各环节的增益有正、有负。当该环节的输入增加时，其输出增加，则该环节的增益为正，反之，如果输出减小则增益为负。对象的增益有正、有负。例如：加热系统的增益为正、冷却系统的增益为负；气开阀的增益为正、气关阀的增益为负；正作用控制器的增益为负，反作用控制器的增益为正；检测变送器的增益一般为正。二、控制系统性能指标工业过程在运行中常常会受到外来扰动的影响或者改变设定值，使得原来的稳态遭到破坏，被控变量将偏离其设定值。经过一段时间的调整后，如果系统是稳定的，被控变量将会重新达到

3、设定值或其附近，系统恢复稳定平衡工况。这种从一个稳定到达另一个稳定的过程称为过渡过程。为了比较不同控制方案的优劣，或者对控制器参数进行最佳整定，必须首先规定出评价控制系统优劣的性能指标。即当设定值发生变化或系统受到扰动都，系统能否在控制器的作用下稳定下来，以及回到设定值的准确性、平稳性和快速性如何。通常主要采用两类性能指标：以阶跃响应曲线的几个特征参数作为性能指标和偏差积分性能指标。1、以阶跃响应曲线的特征参数作为性能指标在工业过程中以阶跃作用下的过渡过程为准，采用时域内的单项指标来评价控制的好坏。主要的时域指标包括：1.衰减比n：衰减比表示振荡过程的衰减程度，

4、是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：n<1扩散振荡即不稳定n=1等幅振荡n>1衰减振荡n越大，衰减越快，系统就越接近非周期过程衰减率ψ也用于表示控制系统的稳定性。它是每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即：2．超调量和最大动态偏差随动控制系统中，超调量是反映超调情况和衡量稳定程度的指标，超调量σ定义为：C为最终的稳态值与其初始值的差。定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度，指的是在单位阶跃扰动下，最大振幅与最终稳态值之和的绝对值，即：3．余差它是控制系统的最终稳态偏差e(∞)。在阶跃输入作用下，余差（Steady-stateer

5、ror）为：余差是控制系统稳态准确性指标。4．回复时间和振荡频率：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ts。回复时间是控制系统的快速性指标。振荡频率ω与振荡周期T的关系是在相同衰减比n下，振荡频率越高，回复时间越短；在相同振荡频率下，衰减比越大，回复时间越短。5．偏离度：控制系统偏离度是被控变量统计特性的描述。在相同干扰作用下，定值控制系统输出的最大偏差越大，系统的偏离度越大；在相同的衰减比下，系统输出的周期越大，系统的偏离度越大。2、积分性能指标单项指标固然清晰明了，但还是希望用一个综合指标来全面反映控制过程的品质

6、。常用的综合性能指标是偏差积分指标，它是过渡过程中偏差e和时间t的函数在时间轴上的积分无论是偏差幅度还是偏差存在的时间都与该指标有关系，可以反映出衰减比、超调量、调节时间等因素，因此是综合指标。说明：采用不同的偏差积分性能指标意味着对过渡过程优良程度的侧重点不同。假若针对同一广义对象，采用同一种控制器，使用不同的性能指标，会得到不同的控制器参数。随着控制理论的发展，针对不同的控制要求，又提出了许多新的性能指标，相应地出现了许多新的控制器和控制系统。对于控制系统性能指标，需要根据具体的工艺和整体情况统筹兼顾，提出合理的控制需求。并不是所有的回路都有很高的控制要求。

7、例如，储槽的液位控制，只要求不超出规定的上、下线就可以了，没有必要精益求精。有些性能指标相互之间还存在着矛盾，需要折中处理，保证关键的指标。小结一、反馈控制系统概述二、控制系统性能指标谢谢！第十讲常规的反馈控制模式主要内容一、基本控制算法分析二、比例控制算法三、比例积分控制算法四、比例积分微分算法反馈控制器的作用是将测量信号与设定值相比较产生偏差信号，并按照一定的运算规律生成输出信号，用来操纵末端执行元件。本课程介绍三种基本的控制模式：比例控制（P）、比例积分控制（PI）、比例积分微分控制（PID）。一、基本控制算法分析KC被称为控制器增益，通常无量纲，偏置u0

8、是控制器的稳态输出，反映