热工控制系统第六章ppt课件.ppt

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1、调节器和被控对象是单回路控制系统的两个主要组成部分,它们的特性将决定控制系统的控制质量，本节主要对单回路控制系统的基本组成以及被控对象的特征参数对控制系统控制质量的影响进行分析。6.3单回路控制系统单回路控制系统原理方框图为了便于系统分析，将测量变送器、执行器、被控对象作为一个整体看待，该整体称为“广义对象”。这样上图所示的单回路控制系统就由调节器和广义对象两部分组成，其等效原理方框图如下图所示：6.3.1单回路控制系统概述单回路控制系统等效方框图若试验得到的被控对象动态特性包括了测量变送器的动态特性，则广义对象的传递函数为：此时等效调节器的传递函数为：上式中执行器动态特性可以近似认为是

2、比例环节WZ(s)=KZ，当调节器采用PID控制规律时等效调节器的传递函数为：若试验得到的被控对象动态特性中包括了执行器的动态特性,则广义对象的传递函数为：此时等效调节器的传递函数为：上式中测量变送器的动态特性可以近似认为是比例环节，即Wm(s)=Km，当调节器采用PID控制规律时，等效调节器的传递函数为：调节器的正反作用调节器有正作用和反作用，单回路控制系统中调节器的正反作用方式选择的目的是使闭环系统在信号关系上形成负反馈。正作用调节器:当系统的测量值减小给定值增加时，其输出增加;反作用调节器:当系统的测量值减小给定值增加时，其输出减小;被控对象正特性:当被控对象的输入量增加时,其输出

3、量也增加;被控对象反特性:当被控对象的输入量增加时,其输出量却减小.确定调节器正、反作用的次序一般为：首先根据生产过程安全等原则确定调节阀的形式、测量变送单元的正反特性，然后确定被控对象的正反特性，最后确定调节器的正反作用。确定调节器正、反作用的原则：组成系统的各环节静态放大系数极性相乘必须为负值。6.3.2对象特性对控制质量的影响控制系统的控制质量主要用衰减率或衰减比m、动态偏差ym（）、静态偏差e（）、控制时间ts等表示,以下主要讨论对象的特征参数对控制系统控制质量的影响。（一）干扰通道特征参数对控制质量的影响（1）放大系数Kλ对控制质量的影响在单回路控制系统方框图中,设调节器

4、为比例控制规律，则被调量Y(s)的闭环传递函数为：式中：KP——调节器放大系数；K——干扰通道放大系数；K0——控制通道放大系数。在单位阶跃扰动下，系统稳态值为：（6－1）（6－2）式(6-2)说明，干扰通道的放大系数K越大，在扰动作用下控制系统的动态偏差、稳态误差(静态偏差)越大。因此干扰通道放大系数越小越好，这样可使动态偏差、稳态误差减小，控制精度提高。当干扰通道放大系数K分别为1、2、3时的仿真曲线如下图所示：干扰通道放大系数对控制质量的影响（2）时间常数Tλ对控制质量的影响设单回路控制系统中干扰通道放大系数K=1，且干扰通道Wλ(s)为一阶惯性环节，则被调量对扰动的传递函

5、数为：（6－3）式中：T——干扰通道时间常数。若干扰通道为高阶惯性环节，即W(s)=1/(1+Ts)n时，则：（6－4）干扰通道时间常数T的变化将影响系统稳定性裕度和动态偏差，当干扰通道的时间常数T增大时，赶干扰作用减弱，系统稳定性裕度增大；反之则系统稳定性裕度减小。因此干扰通道的时间常数越大越好，这样可使系统的稳定性裕度提高。干扰通道时间常数T分别为20、30、40时的仿真曲线如下图所示：干扰通道时间常数对控制质量的影响由式（6－4）可见,当干扰通道为n阶惯性环节时，干扰通道的放大系数减少了Tλn倍，所以随着干扰通道时间常数T和阶次n的增加，闭环系统的动态偏差减小，对提高

6、控制质量有利。从物理意义上讲,具有惯性环节特性的干扰通道,相当于一个低通滤波器，可以减小动态偏差，削弱扰动对系统工作的影响。干扰通道惯性环节的阶次n分别为1、2、3时的仿真曲线如下图所示：干扰通道阶次对控制质量的影响（3）迟延时间τ对控制质量的影响当干扰通道存在迟延τ时，相当于一阶惯性环节串联了一个迟延环节，此时系统的传递函数为:（6－5）根据迟延定理：（6－6）式中：y1(t)——无迟延时间的被调量；y1(t－τ)——y1(t)平移了迟延时间τ时的被调量。由式（6－6）可见，干扰通道迟延时间τ的存在仅使被调量在时间轴上平移了一个τ值，即过渡过程增加了一个τ时间，并不影响系统的控制质量。

7、干扰通道存在迟延时间τ时的仿真曲线如下图所示：干扰通道迟延时间对控制质量的影响（4）多个扰动对控制质量的影响控制系统有时同时受到多个扰动的影响，此时控制系统方框图如下图所示：进入控制系统的扰动有三个，将扰动均变换到系统出口处,则等效变换后控制系统方框图如下图所示：利用前面的讨论结果,并假设各扰动通道的放大系数相同,可以看出x1对系统控制质量影响最小,而扰动x3对系统控制质量影响最大,也就是说扰动进入系统的位置离输出(被调量)越远,对