自动化概论 教学课件 作者 夏洪永 编自动化概论12b.ppt

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1、二、典型环节自动控制系统是由不同功能环节构成。物理结构上类型很多，相互之间差别很大，但其特性则由为数不多的典型环节或基本环节组合。1．比例环节比例环节的输出变量y(t)与输入变量x(t)之间满足下列关系，阶跃作用输出输出具有输入的全部特征(除幅值有差外)（a）阶跃输入；（b）阶跃输出图7-7比例环节2．一阶惯性环节惯性环节是具有代表性的一类环节。许多实际的被控对象或控制元件，都可以表示成或近似表示成惯性环节。如液位系统、热力系统、热电偶等例子，它们都具有类似的特性，都属惯性环节。一阶惯性环节的输入变量X(t)与输出变量Y(t)之间的关系用下面

2、的一阶指数函数来描述。其阶跃作用下的输出量式中，T为惯性环节的时间常数，K为惯性环节的放大系数。t热电势HQ1Q2图7-9液位系统、热电偶系统阶跃响应惯性环节的输出一开始并不与输入同步按比例变化，直到过渡过程结束,y(t)才能与x(t)保持比例。惯性环节的时间常数就是惯性大小的量度。凡是具有惯性环节特性的实际系统，都具有一个存储元件或称容量元件，进行物质或能量的存储。如电容、热容等。由于系统的阻力，流入或流出存储元件的物质或能量不可能为无穷大，存储量的变化必须经过一段时间才能完成，这就是惯性存在的原因。图7-10(a)输入函数；(b)惯性环节

3、的输出3．积分环节积分环节的输出变量y(t)是输入变量x(t)的积分，即式中K为放大系数。积分环节的输出量是对输入量的不断累积的结果。如图所示液位系统。由于出水量是经过泵出恒定的，与进水量、液位大小无关，当进水量大于出水量时，其多余量将累积在容器内，其容器液位将随时间不断变化，直至从顶部溢出或抽干。图7-12气体贮罐HQ1Q2图7-11无自衡容器4.振荡环节振荡环节的输出变量y(t)与输入变量x(t)的关系由下列二阶微分方程描述。式中，称为振荡环节的无阻尼自然振荡频率，称为阻尼系数或阻尼比。上式是振荡环节的标准形式，许多用二阶微分方程描述的系

4、统，都可以化为这种标准形式。振荡环节在阻尼比的值处于区间时，对单位阶跃输入函数的输出曲线如图。这是一条振幅衰减的振荡过程曲线。图7-13振荡环节的单位阶跃响应振荡环节和惯性环节一样，是一种具有代表性的环节。很多被控对象或控制装置都具有或可近似用这种环节所表示的特性。如直流电机转速与输入电压间的关系、机械运动系统转速或位移与输入作用力（矩）间的关系等。实际控制系统的大多数环节，都可以分拆为这些典型环节表示，也就说对象或系统是由是这些典型环节按一定的方法组合而成的。一过程控制系统基本要求1.稳定性：所谓稳定，就是系统受到干扰作用时，系统经过一段时

5、间后，过渡过程就会结束，最终恢复到稳定工作状态。稳定是系统能否正常工作的首要条件。不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。2.快速性：系统的输出对输入作用的响应快慢程度，过渡过程时间要尽可能的短。对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。3.准确性：系统稳定时被控变量与给定值差别程度，用稳态误差来表示。如果在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。第二节过程控制系统过渡过程一过程控制系统基

6、本要求1.稳定性：所谓稳定，就是系统受到干扰作用时，系统经过一段时间后，过渡过程就会结束，最终恢复到稳定工作状态。稳定是系统能否正常工作的首要条件。不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。2.快速性：系统的输出对输入作用的响应快慢程度，过渡过程时间要尽可能的短。对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。3.准确性：系统稳定时被控变量与给定值差别程度，用稳态误差来表示。如果在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出

7、跟随参考输入的精度越高。三个指标在具体系统中各有侧重.第二节过程控制系统过渡过程对于图示蒸汽换热器而言，就是通过输入蒸汽热量去加热冷物料，使冷物料的温度达到工艺要求的指标。衡量换热器生产运行状态的参数是被控变量——被加热后的热物料出口温度。当热物料出口温度处于稳定不变状态时，也就是系统处于静态；若热物料出口温度不稳定，处于变化状态下，就叫系统处于动态。处于静态的前提是：进出物料、能量平衡，也叫系统平衡。静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态称静态或稳态。动态：被控变量随时间而变化的不平衡状态称动态或暂态。图7-14蒸汽加热器温度控制由于在生产

8、过程中，总是会受到来自系统内、外的干扰影响，破坏了系统的平衡，系统总是处于不同的动态之中。因为控制作用力求克服干扰的影响，从动态之中恢复系统新的平衡状态上。过程控制