第一章生产过程的动态特性ppt课件.ppt

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1、第一章　生产过程的动态特性唐　玉　玲重点：掌握过程控制系统的组成结合具体对象，掌握控制系统的方块图描述法了解控制系统的性能指标掌握被控对象的动态特性了解过程数学模型及其建立方法本章重点内容控制器被控对象变送器zxe=x-z-pqy干扰温度（压力、液位、流量）变送器、在线成分分析仪（通常输出：4~20mA、1～5V等标准信号）液位开关、料位开关、接近开关(通常输出on/off信号)传感器（Pt100、热电偶……）……通常安装于控制室通常安装于现场显示仪表四个基本环节：被控对象、检测仪表、控制器、执行器（显示仪表根据需要可选）阀门：调节阀、电磁阀、气动蝶阀……泵：开关泵、

2、变频泵执行器一控制系统的组成控制系统的组成1、被控对象：即被控制的生产设备或装置，如液罐、加热器、管路系统等。被控变量－被控对象需控制的变量，如液位、温度、流量等。2、执行器：直接用于控制操纵变量变化。执行器接收到控制器的输出信号，通过改变执行器节流件的流通面积来改变操纵变量。常用的是控制阀。3、控制器（调节器）：按一定控制规律进行运算，将结果输出至执行器。4、测量变送器：用于检测被控量，并将检测到的信号转换为标准信号输出。如压力变送器、液位变送器。1、过程控制系统的几个概念稳态：系统不受外来干扰，同时设定值保持不变，因而被调量也不会随时间变化，整个系统处于稳定平衡的

3、工况二过程控制系统的性能指标动态：系统受外来干扰或设定值改变后，被控量随时间变化，系统处于未平衡状态。过度过程：从一个稳态到达另一个稳态的过程。2、过渡过程的形式阶跃输入下，过渡过程的形式分为非周期过程和振荡过程。(1)非周期过程：扰动下，被控量的变化单调增大或减小的过程。单调发散：被控量不振荡，偏离给定值越来越远单调衰减：被控量的变化速度越来越慢，逐步趋于给定值而稳定下来。发散振荡：被控量一直处于振荡状态，且振幅逐渐增加。等幅振荡：被控量一直处于振荡，且振幅相等。衰减振荡：被控量波动的幅度越来越小，最后趋于稳定(2)振荡过程扰动后，被控量在其给定值附近上下波动的过程

4、。图　过渡过程的几种形式3、性能指标评价控制系统的性能指标：稳定性、准确性、快速性。这三方面在时域上体现为若干性能指标。稳定性：稳定性是指系统受到外来作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力。如果系统受到外来作用后，经过一段时间，其被控变量可以达到某一稳定状态，则称系统是稳定的；否则，则称系统是不稳定的。准确性：理想情况下，当过渡过程结束后，被控变量达到的稳态值（即平衡状态）应与设定值一致。快速性：快速性是通过动态过程持续时间的长短来表征的。图　闭环控制系统在设定值扰动下的阶跃响应tsy(∞)（1）衰减比和衰减率衰减比：衡量一个振荡过程的衰减程度的指标,它等于

5、两个相临的同向波峰峰值之比.n>1衰减振荡，趋于稳定n=1等幅振荡n<1发散振荡衰减率：它是指每经过一个周期后，波动幅度衰减的百分数，即单项指标衰减率（2）最大动态偏差和超调量最大动态偏差y1：指设定值阶跃响应中，过度过程开始后第一个波峰超过其新稳态值的幅度．超调量：最大动态偏差占被调量稳态变化幅度的百分数.σ=y1/y∞（3）残余偏差（余差）：指过渡过程结束后，被调量新的稳态值y∞与新的设定值r之间的差值，即e(∞)＝r－y∞，它是衡量控制系统稳态准确度的指标。稳定性指标：衰减比（衰减率）准确性指标：残余偏差，最大动态偏差，超调量快速性指标：调节时间（振荡频率）（4

6、）调节时间和振荡频率调节时间ts:是从过渡过程开始到结束所需的时间，理论上它需要无限长的时间，一般认为当被调量已进入其稳态值的±5%范围内，就算过渡过程结束．振荡频率：是振荡周期T的倒数，即β＝2π/T在相同衰减比n下，振荡频率越高，调节时间越短；在相同振荡频率下，衰减比越大，调节时间越短。综合指标综合控制指标又称为偏差的积分性能指标，常用于分析系统的动态响应性能。常用的综合控制指标见表1.名称公式特点控制结果适用范围绝对误差积分（IAE）把不同时刻、不同幅值的偏差等同对待各方面的性能比较均衡一般用于评定定值控制系统的质量指标平方误差积分（ISE）对大偏差敏感最大偏差

7、小但回复时间长一般用于评定定值控制系统的质量指标时间与偏差绝对值乘积的积分（ITAE）对初期偏差不敏感而对后期偏差敏感最大偏差大但回复时间短一般用于评定随动控制系统的质量指标动态特性定义：指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。被控对象：工业过程中的各种装置和设备，如换热器、锅炉、精馏塔、化学反应器、贮液槽罐、加热炉等被控变量（输出量）扰动变量（输入量）操纵变量（输入量）通道被控过程的输入量与输出量之间的信号联系控制通道-----操纵变量至被控变量的信号联系扰动通道-----扰动变量至被控变量的信号联系三被控对象的动态特性1、基本概念2、工