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1、热工测量与自动控制热工测量与自动控制 自动控制系统的过渡过程静态与动态静态与动态一、静态：受控参数（控制信号）相对稳定在允许的范围内，整个系统处于稳定平衡的状态。受控过程没有因受到干扰的影响而改变原来的状态。二、受控过程在干扰的作用下，受控参数发生变化，偏离了原来的静态值，控制系统进入控制调整状态，经过一段时间，受控过程形成新的平衡。动态过程曲线动态过程曲线当对象受到阶跃干扰时，受控参数的动态变化过程：当对象受到阶跃干扰时，受控参数的动态变化过程：（a a）非震荡单调过程；（）非震荡单调过程；（b b）收敛震荡过程；（）收敛震荡过程；（c c）等幅震荡过程；）等幅震荡过程；(d)(d)发散震荡
2、过程发散震荡过程闭环控制系统的过渡过程 一个控制系统在外界干扰作用下，从原有稳定状态过渡到新的稳定状态的整个过程，称为控制系统的过渡过程。控制系统的过渡过程是衡量控制系统品质优劣的重要依据。对控制系统性能的要求概括为三方面：对控制系统性能的要求概括为三方面：稳，准，快稳，准，快稳定性（稳）：稳定性（稳）：控制系统运行的必要条件，不稳定的系统是不能工作的控制系统运行的必要条件，不稳定的系统是不能工作的动态性能（快）：动态性能（快）：系统动态响应的快速性，系统的过渡过程越短越好系统动态响应的快速性，系统的过渡过程越短越好稳态性能（准）：稳态性能（准）：过渡过程结束，到达稳态后系统的控制精度的度量过
3、渡过程结束，到达稳态后系统的控制精度的度量 稳定性稳定性 系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力。如果系统受到扰动作用（系。如果系统受到扰动作用（系统内或系统外）后，能自动返回到原来的平衡状态，则该系统是稳定的。稳定系统的统内或系统外）后，能自动返回到原来的平衡状态，则该系统是稳定的。稳定系统的数学特征是其输出量具有非发散性；反之，系统是不稳定系统。数学特征是其输出量具有非发散性；反之，系统是不稳定系统。动态性能动态性能 当当系系统统受受到到外外部部扰扰动动的的影影响响或或者者参参考考输输入入发发生生变变化化时时，被被控控量量会会随随之
4、之发发生生变变化化，经经过过一一段段时时间间，被被控控量量恢恢复复到到原原来来的的平平衡衡状状态态或或到到达一个新的给定状态，称这一过程为过渡过程达一个新的给定状态，称这一过程为过渡过程稳态误差稳态误差 指指稳稳定定系系统统在在完完成成过过渡渡过过程程后后的的稳稳态态输输出出偏偏离离希希望望值值的的程程度度。开开环环控控制制系系统统的的稳稳态态误误差差通通常常与与系系统统的的增增益益或或放放大大倍倍数数有有关关，而而反反馈馈控控制制系系统统（闭闭环环系系统统）的的控控制制精精度度主主要要取取决决于于它它的的反反馈馈深深度度。稳稳态误差越小，系统的精度越高态误差越小，系统的精度越高，它由系统的稳
5、态响应反映出来。，它由系统的稳态响应反映出来。过渡过程的指标过渡过程的指标 过渡过程的质量指标包括衰减比（B/B)、余差(C)、最大偏差(A)、过渡过程时间和振荡周期衰减比（n）：它是衡量系统稳定程度的指标。有n1;n=1和n1三种情况。一般希望n在4-10范围内较为理想。最大偏差A：它是描述被控变量偏离设定值最大程度的指标。余差C:它是控制系统过渡过程结束时，被控变量的新稳态值与设定值之间的偏差。过渡时间：指被控变量从原有稳态值到新稳态值的5%或3%所需时间。振荡周期：过渡过程同向两波峰之间的时间间隔。在衰减比相同时，周期与过渡时间成正比。过渡过程的指标过渡过程的指标 调节器是自动控制系统的
6、重要组成部分。它将生产过程被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差，根据偏差的正负、大小和变化趋势，按照一定的运算规律输出控制信号，送往执行器，实现对生产过程的自动控制。调节器及基本调节规律 1、常用的基本调节规律有：比例（P)、积分（I）、微分（D）。1.1 比例控制（P）它的控制规律是：调节器的输出变化量与输入变化量成比例。起数学表达式为：从该表达式看出：比例控制克服偏差及时、有力。要使调节器有输出就必须要有偏差存在，因此比例控制始终是有偏差存在的。调节器及基本调节规律1.2 积分控制（I）它的控制规律是：调节器的输出变化量与输入偏差随时间的积分成正比，数学表达式为：或 从该表达式看出：
7、其输出信号的大小，不仅与偏差的大小有关，还与偏差存在的时间长短有关。所以，积分控制是一种没有偏差的控制（理想情况下）。调节器及基本调节规律1.3 微分控制（D）它的控制规律是：调节器的输出变化量与输入偏差随时间的微分成正比，数学表达式为：从该表达式看出：其输出信号的大小，只与偏差变化的速度有关，而与偏差的大小无关。当偏差很大而无变化时，该调节器的输出也为零。调节器及基本调节规律1.4 几种基本控制规律的组合PID 根据实际情况，把三种基本控制规律进行适当组合，可以得到更好的控制效果。这种组合控制规律称为比例积分微分控制（PID)。这里有三个可以调整的参数：放大倍数KP、积分时间TI、微分时间TD。调节器及基本调节规律 调节器及基本调节规律各种控制作用过渡过程的比较1.5 PID调节器的应用 PID调节器综合了各种控制规律的优点，具有较好的控制性能，应用范围广。各种化工过程常用的控制规律如下：液位：一般控制要求不高，用P或PI控制作用。流量：一般用PI控制作用。压力：用P或PI控制作用。温度：用PID控制作用。第二节 调节器及基本调节规律