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1、第七章自动控制系统概述第1页，本讲稿共39页本章的主要内容：本章的主要内容：n n7.1 7.1 自动化及仪表发展概述自动化及仪表发展概述n n7.2 7.2 自动控制系统自动控制系统n n7.3 7.3 控制系统过渡过程及品质指标控制系统过渡过程及品质指标第2页，本讲稿共39页使用常规仪表的中央控制室使用常规仪表的中央控制室第3页，本讲稿共39页早期的早期的DCSDCS控制系统控制系统第4页，本讲稿共39页现代的现代的DCSDCS控制系统控制系统第5页，本讲稿共39页现代操作室现代操作室第6页，本讲稿共39页7.1 7.1 自动化及仪表发展概述自动化及仪表发展概述n n控制系统结构及仪表的发
2、展控制系统结构及仪表的发展控制系统结构及仪表的发展控制系统结构及仪表的发展 基地式：基地式：基地式：基地式：20202020世纪世纪世纪世纪50505050年代，适用于单回路年代，适用于单回路年代，适用于单回路年代，适用于单回路 单元组合式（按功能）：单元组合式（按功能）：单元组合式（按功能）：单元组合式（按功能）：DDZ,QDZ 20 DDZ,QDZ 20 DDZ,QDZ 20 DDZ,QDZ 20世纪世纪世纪世纪60606060年代，年代，年代，年代，之间用标准统一信号联系之间用标准统一信号联系之间用标准统一信号联系之间用标准统一信号联系 计算机：计算机：计算机：计算机：DDC,DCS 2
3、0 DDC,DCS 20 DDC,DCS 20 DDC,DCS 20世纪世纪世纪世纪70707070年代年代年代年代 先进控制和优化控制：先进控制和优化控制：先进控制和优化控制：先进控制和优化控制：CIPS,FCS 20CIPS,FCS 20CIPS,FCS 20CIPS,FCS 20世纪世纪世纪世纪80808080年代以后年代以后年代以后年代以后第7页，本讲稿共39页n n自动化仪表的发展经历了如下过程：自动化仪表的发展经历了如下过程：自动化仪表的发展经历了如下过程：自动化仪表的发展经历了如下过程：模拟仪表模拟仪表模拟仪表模拟仪表数字仪表数字仪表数字仪表数字仪表智能仪表。智能仪表。智能仪表。
4、智能仪表。n n当前自动控制系统发展的一些主要特点当前自动控制系统发展的一些主要特点当前自动控制系统发展的一些主要特点当前自动控制系统发展的一些主要特点 生产装置实施先进控制成为发展主流生产装置实施先进控制成为发展主流生产装置实施先进控制成为发展主流生产装置实施先进控制成为发展主流 过程优化受到普遍关注过程优化受到普遍关注过程优化受到普遍关注过程优化受到普遍关注 传统的传统的传统的传统的DCSDCSDCSDCS在走向国际统一标准的开放式系统在走向国际统一标准的开放式系统在走向国际统一标准的开放式系统在走向国际统一标准的开放式系统 综合自动化系统（综合自动化系统（综合自动化系统（综合自动化系统（
5、CIPSCIPSCIPSCIPS）是发展方向）是发展方向）是发展方向）是发展方向返回返回返回返回第8页，本讲稿共39页 7.2 7.2 自动控制系统自动控制系统 7.2.17.2.1自动控制系统的组成自动控制系统的组成 n n手动控制的步骤：手动控制的步骤：手动控制的步骤：手动控制的步骤：(1)(1)(1)(1)观察液位数值；观察液位数值；观察液位数值；观察液位数值；(2)(2)(2)(2)把观察到的实际数值与设定值加以比较，根据偏把观察到的实际数值与设定值加以比较，根据偏把观察到的实际数值与设定值加以比较，根据偏把观察到的实际数值与设定值加以比较，根据偏差的大小及变化情况做出判断，并发布命令
6、。差的大小及变化情况做出判断，并发布命令。差的大小及变化情况做出判断，并发布命令。差的大小及变化情况做出判断，并发布命令。(3)(3)(3)(3)根据命令操作给水阀，使液位回到设定值。根据命令操作给水阀，使液位回到设定值。根据命令操作给水阀，使液位回到设定值。根据命令操作给水阀，使液位回到设定值。第9页，本讲稿共39页图图7-1 7-1 锅炉汽包水位控制示意图锅炉汽包水位控制示意图第10页，本讲稿共39页 7.2.2 7.2.2 控制系统的方框图控制系统的方框图 在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制系统在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制系统在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控
7、制系统在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般都采用方各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般都采用方各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般都采用方各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般都采用方框图。每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间框图。每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间框图。每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间框图。每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间用带箭头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节输用带箭头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节输用带箭头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节
8、输用带箭头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节输入，离开方框的为环节输出。入，离开方框的为环节输出。入，离开方框的为环节输出。入，离开方框的为环节输出。第11页，本讲稿共39页 控制器 执行器被控对象 测量变送x(t)e(t)u(t)q(t)y(t)z(t)控制系统的方框图控制系统的方框图图图7-2 7-2 控制系统方框图控制系统方框图第12页，本讲稿共39页n n检测元件和变送器检测元件和变送器检测元件和变送器检测元件和变送器的作用是把被控变量的作用是把被控变量的作用是把被控变量的作用是把被控变量c(t)c(t)c(t)c(t)转化为测量转化为测量转化为测量转化为测量值值值值y(t)y(
9、t)y(t)y(t)。n n控制器控制器控制器控制器的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况，按的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况，按的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况，按的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况，按某种预定的控制规律给出控制作用某种预定的控制规律给出控制作用某种预定的控制规律给出控制作用某种预定的控制规律给出控制作用u(t)u(t)u(t)u(t)。比较机构和控。比较机构和控。比较机构和控。比较机构和控制装置通常组合在一起，称为控制器。制装置通常组合在一起，称为控制器。制装置通常组合在一起，称为控制器。制装置通常组合在一起，称为控制器。n n执行器执行器执行器执行器的作用
10、是接受控制器送来的的作用是接受控制器送来的的作用是接受控制器送来的的作用是接受控制器送来的u(t)u(t)u(t)u(t)，相应地去改，相应地去改，相应地去改，相应地去改变操纵变量变操纵变量变操纵变量变操纵变量q(t)q(t)q(t)q(t)。n n被控对象被控对象被控对象被控对象是生产过程中被控制的工艺设备或装置。是生产过程中被控制的工艺设备或装置。是生产过程中被控制的工艺设备或装置。是生产过程中被控制的工艺设备或装置。第13页，本讲稿共39页 通过上述示例的对比分析知道，一般过程控制系统通过上述示例的对比分析知道，一般过程控制系统通过上述示例的对比分析知道，一般过程控制系统通过上述示例的对
11、比分析知道，一般过程控制系统是由被控对象、测量变送器、控制器、控制阀四个基本是由被控对象、测量变送器、控制器、控制阀四个基本是由被控对象、测量变送器、控制器、控制阀四个基本是由被控对象、测量变送器、控制器、控制阀四个基本环节所组成。环节所组成。环节所组成。环节所组成。第14页，本讲稿共39页7.2.3 7.2.3 7.2.3 7.2.3 自动控制系统的分类自动控制系统的分类自动控制系统的分类自动控制系统的分类 n n按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类按设定值的不同情况，将自动控制系统分为三类:定值控制系
12、统、随动控制系统、程序控制系统。定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。定值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。定值控制系统定值控制系统定值控制系统定值控制系统 设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定设定值保持不变（为一恒定值）的反馈控制系统称为定值控制系统。值控制系统。值控制系统。值控制系统。随动控制系统随动控制系统随动控制系统随动控制系统 设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输设定值
13、不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输设定值不断变化，且事先是不知道的，并要求系统的输出（被控变量）随之而变化。出（被控变量）随之而变化。出（被控变量）随之而变化。出（被控变量）随之而变化。程序控制系统程序控制系统程序控制系统程序控制系统 设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即根据设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即根据设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即根据设定值也是变化的，但它是一个已知的时间函数，即根据需要按一定时间程序变化。需要按一定时间程序变化。需要按一定时间程序变化。需要按一定时间程序变化。第15页，本讲稿共39页7.2.4 7.2.4 控制系统术语
14、控制系统术语 被控对象（工艺对象被控对象（工艺对象被控对象（工艺对象被控对象（工艺对象）：自动控制系统中，工自动控制系统中，工自动控制系统中，工自动控制系统中，工艺参数需要控制的生艺参数需要控制的生艺参数需要控制的生艺参数需要控制的生产过程、设备或机器。产过程、设备或机器。产过程、设备或机器。产过程、设备或机器。被控变量：被控过程内被控变量：被控过程内被控变量：被控过程内被控变量：被控过程内要求保持设定值的工艺要求保持设定值的工艺要求保持设定值的工艺要求保持设定值的工艺参数。参数。参数。参数。被控对象（工艺对象）：汽包被控对象（工艺对象）：汽包被控对象（工艺对象）：汽包被控对象（工艺对象）：汽
15、包 被控变量：被控变量：被控变量：被控变量：汽包液位汽包液位汽包液位汽包液位图图7-3 7-3 锅炉汽包水位控制锅炉汽包水位控制第16页，本讲稿共39页操纵变量：受控制器操纵操纵变量：受控制器操纵操纵变量：受控制器操纵操纵变量：受控制器操纵的用以克服干扰的影响，的用以克服干扰的影响，的用以克服干扰的影响，的用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的使被控变量保持设定值的使被控变量保持设定值的使被控变量保持设定值的物料量或能量（流过控制物料量或能量（流过控制物料量或能量（流过控制物料量或能量（流过控制阀介质的流量）。阀介质的流量）。阀介质的流量）。阀介质的流量）。扰动：除操纵变量外，扰动：除操纵
16、变量外，扰动：除操纵变量外，扰动：除操纵变量外，作用于被控过程并引起作用于被控过程并引起作用于被控过程并引起作用于被控过程并引起被控变量变化的因素被控变量变化的因素被控变量变化的因素被控变量变化的因素（使被控变量偏离（使被控变量偏离（使被控变量偏离（使被控变量偏离 操纵变量：水的流量操纵变量：水的流量操纵变量：水的流量操纵变量：水的流量 扰动：水压力、蒸汽压力扰动：水压力、蒸汽压力扰动：水压力、蒸汽压力扰动：水压力、蒸汽压力图图7-4 7-4 锅炉汽包水位控制锅炉汽包水位控制第17页，本讲稿共39页设定值：工艺参数所设定值：工艺参数所设定值：工艺参数所设定值：工艺参数所要求保持的数值要求保持的
17、数值要求保持的数值要求保持的数值 偏差：被控变量设偏差：被控变量设偏差：被控变量设偏差：被控变量设定值与实际值之差定值与实际值之差定值与实际值之差定值与实际值之差 负反馈：将被控变量负反馈：将被控变量负反馈：将被控变量负反馈：将被控变量送回输入端并与输入送回输入端并与输入送回输入端并与输入送回输入端并与输入变量相减变量相减变量相减变量相减图图7-5 7-5 锅炉汽包水位控制锅炉汽包水位控制第18页，本讲稿共39页图图7-6 7-6 加热炉的温度控制系统加热炉的温度控制系统第19页，本讲稿共39页动画一动画一 加热炉加热炉第20页，本讲稿共39页n n被控过程被控过程被控过程被控过程：加热炉加热
18、炉加热炉加热炉n n被控变量：物料出口温度被控变量：物料出口温度被控变量：物料出口温度被控变量：物料出口温度n n操纵变量：燃料油流量操纵变量：燃料油流量操纵变量：燃料油流量操纵变量：燃料油流量n n扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等扰动：被加热原料油温度、燃料油热值等返回返回返回返回第21页，本讲稿共39页7.37.3自动控制系统的过渡过程及品质指标自动控制系统的过渡过程及品质指标7.3.1 7.3.1 静态与动态静态与动态 控制系统的输入有设定作用和扰动作用。控制系统的输入有设定作用和扰动作用。控制系统的输入有设定作
19、用和扰动作用。控制系统的输入有设定作用和扰动作用。静态（定态）：静态（定态）：静态（定态）：静态（定态）：当输入恒定不变时，整个系统若能建当输入恒定不变时，整个系统若能建当输入恒定不变时，整个系统若能建当输入恒定不变时，整个系统若能建立平衡，系统中各个环节将暂不动作，它们的输出都立平衡，系统中各个环节将暂不动作，它们的输出都立平衡，系统中各个环节将暂不动作，它们的输出都立平衡，系统中各个环节将暂不动作，它们的输出都处于相对静止状态。此时输入与输出之间的关系称为处于相对静止状态。此时输入与输出之间的关系称为处于相对静止状态。此时输入与输出之间的关系称为处于相对静止状态。此时输入与输出之间的关系称
20、为系统的静态特性。系统的静态特性。系统的静态特性。系统的静态特性。环节的静态特性环节的静态特性环节的静态特性环节的静态特性 第22页，本讲稿共39页 动态：动态：动态：动态：由于输入的变化，输出随时间变化，其间的关系称由于输入的变化，输出随时间变化，其间的关系称由于输入的变化，输出随时间变化，其间的关系称由于输入的变化，输出随时间变化，其间的关系称为系统的动态特性。也就是说，从输入开始，经过控制直为系统的动态特性。也就是说，从输入开始，经过控制直为系统的动态特性。也就是说，从输入开始，经过控制直为系统的动态特性。也就是说，从输入开始，经过控制直到再建立静态，在这段时间中，整个系统的各个环节和变
21、到再建立静态，在这段时间中，整个系统的各个环节和变到再建立静态，在这段时间中，整个系统的各个环节和变到再建立静态，在这段时间中，整个系统的各个环节和变量都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。量都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。量都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。量都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。第23页，本讲稿共39页 7.3.2 7.3.2 自动控制系统的过渡过程自动控制系统的过渡过程 当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量（即输出）随时间不断变化，
22、它随时间而变化的过程（即输出）随时间不断变化，它随时间而变化的过程（即输出）随时间不断变化，它随时间而变化的过程（即输出）随时间不断变化，它随时间而变化的过程称为系统的过渡过程。也就是系统从一个平衡状态过称为系统的过渡过程。也就是系统从一个平衡状态过称为系统的过渡过程。也就是系统从一个平衡状态过称为系统的过渡过程。也就是系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。渡到另一个平衡状态的过程。渡到另一个平衡状态的过程。渡到另一个平衡状态的过程。对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系对于一个稳定的系统（所有正常工作的
23、反馈系统都是稳定系统）要分析其稳定性、准确性和快速统都是稳定系统）要分析其稳定性、准确性和快速统都是稳定系统）要分析其稳定性、准确性和快速统都是稳定系统）要分析其稳定性、准确性和快速性，常以阶跃作用为输入时的被控变量的过渡过程性，常以阶跃作用为输入时的被控变量的过渡过程性，常以阶跃作用为输入时的被控变量的过渡过程性，常以阶跃作用为输入时的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到，为例，因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到，为例，因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到，为例，因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。且这类输入变化对系统来讲
24、是比较严重的情况。且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。第24页，本讲稿共39页 定值控制系统定值控制系统定值控制系统定值控制系统过渡过程的几过渡过程的几过渡过程的几过渡过程的几种形式种形式种形式种形式(阶跃阶跃阶跃阶跃扰动扰动扰动扰动)n n 发散振荡发散振荡发散振荡发散振荡 n n 单调发散单调发散单调发散单调发散 n n 等幅振荡等幅振荡等幅振荡等幅振荡 n n 衰减振荡衰减振荡衰减振荡衰减振荡 n n 单调衰减单调衰减单调衰减单调衰减图图7-7 7-7 定值控制系统过渡过程的几种形式定值控制系统过渡过程的几种形式定值控制系统过渡过程的几种形
25、式定值控制系统过渡过程的几种形式第25页，本讲稿共39页7.3.3 7.3.3 7.3.3 7.3.3 自动控制系统的品质指标自动控制系统的品质指标自动控制系统的品质指标自动控制系统的品质指标n n单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程）单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程）单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程）单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程）稳定性、准确性和快速性稳定性、准确性和快速性稳定性、准确性和快速性稳定性、准确性和快速性n n综合控制指标综合控制指标综合控制指标综合控制指标（1 1 1 1）最大动态偏差（）最大动态偏差（）最大动态偏差（）最大动态偏差（e e e emaxmaxmaxma
26、x）图图7-8 7-8 最大动态偏差最大动态偏差最大动态偏差最大动态偏差第26页，本讲稿共39页 最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大动态偏差或超调量是描述被控变量偏离设定值最大程度的物理量，是衡量过渡过程稳定性的一个动态最大程度的物理量，是衡量过渡过程稳定性的一个动态最大程度的物理量，是衡量过渡过程稳定性的一个动态最大程度的物理量，是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标。指标。指标。指标。对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是对于定值控制系统，过渡过程
27、的最大动态偏差是对于定值控制系统，过渡过程的最大动态偏差是指被控变量第一个波的峰值与设定值之差。在上图中，指被控变量第一个波的峰值与设定值之差。在上图中，指被控变量第一个波的峰值与设定值之差。在上图中，指被控变量第一个波的峰值与设定值之差。在上图中，最大偏差就是第一个波的峰值为最大偏差就是第一个波的峰值为最大偏差就是第一个波的峰值为最大偏差就是第一个波的峰值为A A A A。最大偏差表示系统瞬间偏离给定值的最大程度。最大偏差表示系统瞬间偏离给定值的最大程度。最大偏差表示系统瞬间偏离给定值的最大程度。最大偏差表示系统瞬间偏离给定值的最大程度。若偏差越大，偏离的时间越长，对稳定正常生产越不若偏差越
28、大，偏离的时间越长，对稳定正常生产越不若偏差越大，偏离的时间越长，对稳定正常生产越不若偏差越大，偏离的时间越长，对稳定正常生产越不利。要求小。特别是对于一些有约束条件的系统，如利。要求小。特别是对于一些有约束条件的系统，如利。要求小。特别是对于一些有约束条件的系统，如利。要求小。特别是对于一些有约束条件的系统，如化学反应器的化合物爆炸极限、触媒烧结温度极限等，化学反应器的化合物爆炸极限、触媒烧结温度极限等，化学反应器的化合物爆炸极限、触媒烧结温度极限等，化学反应器的化合物爆炸极限、触媒烧结温度极限等，都会对最大偏差的允许值有所限制。都会对最大偏差的允许值有所限制。都会对最大偏差的允许值有所限制
29、。都会对最大偏差的允许值有所限制。第27页，本讲稿共39页 同时考虑到干扰会不断出现，当第一个干扰还未清同时考虑到干扰会不断出现，当第一个干扰还未清同时考虑到干扰会不断出现，当第一个干扰还未清同时考虑到干扰会不断出现，当第一个干扰还未清除时，第二个干扰可能又出现了，偏差有可能是叠加的，除时，第二个干扰可能又出现了，偏差有可能是叠加的，除时，第二个干扰可能又出现了，偏差有可能是叠加的，除时，第二个干扰可能又出现了，偏差有可能是叠加的，所以要限制最大偏差的允许值。因此，在决定最大偏差所以要限制最大偏差的允许值。因此，在决定最大偏差所以要限制最大偏差的允许值。因此，在决定最大偏差所以要限制最大偏差的
30、允许值。因此，在决定最大偏差的允许值时，要根据工艺情况慎重选择。的允许值时，要根据工艺情况慎重选择。的允许值时，要根据工艺情况慎重选择。的允许值时，要根据工艺情况慎重选择。在设定作用下的控制系统（随动控制系统）中，在设定作用下的控制系统（随动控制系统）中，在设定作用下的控制系统（随动控制系统）中，在设定作用下的控制系统（随动控制系统）中，通常采用超调量这个指标来表示被控变量偏离设定通常采用超调量这个指标来表示被控变量偏离设定通常采用超调量这个指标来表示被控变量偏离设定通常采用超调量这个指标来表示被控变量偏离设定值的程度，一般超调量以百分数给出。值的程度，一般超调量以百分数给出。值的程度，一般超
31、调量以百分数给出。值的程度，一般超调量以百分数给出。第28页，本讲稿共39页 超调量定义：超调量定义：超调量定义：超调量定义：第一个波的峰值与最终稳态值之差，即第一个波的峰值与最终稳态值之差，即第一个波的峰值与最终稳态值之差，即第一个波的峰值与最终稳态值之差，即B=A-B=A-B=A-B=A-C,C,C,C,如果系统的新稳态值等于设定值，那么最大偏差就等于如果系统的新稳态值等于设定值，那么最大偏差就等于如果系统的新稳态值等于设定值，那么最大偏差就等于如果系统的新稳态值等于设定值，那么最大偏差就等于超调量。超调量。超调量。超调量。图图7-9 7-9 第29页，本讲稿共39页（2 2 2 2）衰减
32、比）衰减比）衰减比）衰减比n n n n衰减比是衡量过渡过程稳定性的动态指标。衰减比是衡量过渡过程稳定性的动态指标。定义：第一个波的振幅与同方向第二个波的振幅之比。定义：第一个波的振幅与同方向第二个波的振幅之比。衰减比衰减比n n：图图7-107-10第30页，本讲稿共39页n nn1:n1:n1:n1:衰减振荡。衰减振荡。衰减振荡。衰减振荡。n n n n越大，则控制系统的稳定度也越越大，则控制系统的稳定度也越越大，则控制系统的稳定度也越越大，则控制系统的稳定度也越高，当高，当高，当高，当n n n n趋于无穷大时，控制系统的过渡过程接近趋于无穷大时，控制系统的过渡过程接近趋于无穷大时，控制
33、系统的过渡过程接近趋于无穷大时，控制系统的过渡过程接近于非振荡过程。于非振荡过程。于非振荡过程。于非振荡过程。n n n=1:n=1:n=1:n=1:等幅振荡等幅振荡等幅振荡等幅振荡。n n n1:n1:n1:n1:发散振荡发散振荡发散振荡发散振荡。n n n n越小，意味着控制系统的振荡过程越越小，意味着控制系统的振荡过程越越小，意味着控制系统的振荡过程越越小，意味着控制系统的振荡过程越剧烈，稳定度也越低，剧烈，稳定度也越低，剧烈，稳定度也越低，剧烈，稳定度也越低，（3 3 3 3）余差）余差）余差）余差 定义：控制系统过渡过程终了时设定值与被控变量稳态定义：控制系统过渡过程终了时设定值与被
34、控变量稳态定义：控制系统过渡过程终了时设定值与被控变量稳态定义：控制系统过渡过程终了时设定值与被控变量稳态值之差。值之差。值之差。值之差。第31页，本讲稿共39页n n余差是反映控制准确性的一个重要稳态指标，一般希望余差是反映控制准确性的一个重要稳态指标，一般希望余差是反映控制准确性的一个重要稳态指标，一般希望余差是反映控制准确性的一个重要稳态指标，一般希望其为零，或不超过预定的范围。其为零，或不超过预定的范围。其为零，或不超过预定的范围。其为零，或不超过预定的范围。上图中上图中 图图7-117-11第32页，本讲稿共39页 在控制系统中，对余差的要求取决于生产过程的要在控制系统中，对余差的要
35、求取决于生产过程的要在控制系统中，对余差的要求取决于生产过程的要在控制系统中，对余差的要求取决于生产过程的要求，并不是越小越好。例如储槽液位，余差可大一求，并不是越小越好。例如储槽液位，余差可大一求，并不是越小越好。例如储槽液位，余差可大一求，并不是越小越好。例如储槽液位，余差可大一些；化学反应器的温度控制要求高，余差就要小一些；化学反应器的温度控制要求高，余差就要小一些；化学反应器的温度控制要求高，余差就要小一些；化学反应器的温度控制要求高，余差就要小一些。些。些。些。（4 4 4 4）回复时间（过渡时间）回复时间（过渡时间）回复时间（过渡时间）回复时间（过渡时间）回复时间表示控制系统过渡过
36、程的长短。回复时间表示控制系统过渡过程的长短。回复时间表示控制系统过渡过程的长短。回复时间表示控制系统过渡过程的长短。定义：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原定义：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原定义：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原定义：控制系统在受到阶跃外作用后，被控变量从原有稳态值达到新的稳态值所需要的时间。有稳态值达到新的稳态值所需要的时间。有稳态值达到新的稳态值所需要的时间。有稳态值达到新的稳态值所需要的时间。理论上讲，控制系统要完全达到新的平衡状态需理论上讲，控制系统要完全达到新的平衡状态需理论上讲，控制系统要完全达到新的平衡状态需理论上讲，控制系统要完全达到
37、新的平衡状态需要无限长的时间。要无限长的时间。要无限长的时间。要无限长的时间。第33页，本讲稿共39页实际上，被控变量实际上，被控变量实际上，被控变量实际上，被控变量接近于新稳态值的接近于新稳态值的接近于新稳态值的接近于新稳态值的5%5%5%5%或或或或2%2%2%2%的范的范的范的范围内且不再越出时围内且不再越出时围内且不再越出时围内且不再越出时为止所经历的时间，为止所经历的时间，为止所经历的时间，为止所经历的时间，可计为过渡时间。可计为过渡时间。可计为过渡时间。可计为过渡时间。一般希望过渡时间一般希望过渡时间一般希望过渡时间一般希望过渡时间短一些。短一些。短一些。短一些。图图7-127-1
38、2、7-137-13第34页，本讲稿共39页（5 5 5 5）振荡频率（或振荡周期）振荡频率（或振荡周期）振荡频率（或振荡周期）振荡频率（或振荡周期）定义：过渡过程同向两波峰之间的时间间隔称为振荡周定义：过渡过程同向两波峰之间的时间间隔称为振荡周定义：过渡过程同向两波峰之间的时间间隔称为振荡周定义：过渡过程同向两波峰之间的时间间隔称为振荡周期或工作周期。其倒数称为振荡频率。期或工作周期。其倒数称为振荡频率。期或工作周期。其倒数称为振荡频率。期或工作周期。其倒数称为振荡频率。在衰减比相同条件下，周期与过渡时间成正比；振荡频率在衰减比相同条件下，周期与过渡时间成正比；振荡频率在衰减比相同条件下，周
39、期与过渡时间成正比；振荡频率在衰减比相同条件下，周期与过渡时间成正比；振荡频率与回复时间成反比。与回复时间成反比。与回复时间成反比。与回复时间成反比。其它一些次要指标：其它一些次要指标：其它一些次要指标：其它一些次要指标：振荡次数：是指在过渡过程内被控变量振荡的次数。振荡次数：是指在过渡过程内被控变量振荡的次数。振荡次数：是指在过渡过程内被控变量振荡的次数。振荡次数：是指在过渡过程内被控变量振荡的次数。“理想过渡过程两个波理想过渡过程两个波理想过渡过程两个波理想过渡过程两个波”：是指过渡过程振荡两次就：是指过渡过程振荡两次就：是指过渡过程振荡两次就：是指过渡过程振荡两次就能稳定下来。能稳定下来
40、。能稳定下来。能稳定下来。第35页，本讲稿共39页 上升时间：是指干扰开始作用起到第一个波峰所需要的上升时间：是指干扰开始作用起到第一个波峰所需要的上升时间：是指干扰开始作用起到第一个波峰所需要的上升时间：是指干扰开始作用起到第一个波峰所需要的时间。时间。时间。时间。总结：总结：总结：总结：主要指标有：主要指标有：主要指标有：主要指标有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间。最大偏差、衰减比、余差、过渡时间。最大偏差、衰减比、余差、过渡时间。最大偏差、衰减比、余差、过渡时间。在实际的系统中如何确定这些指标，要根据实际情在实际的系统中如何确定这些指标，要根据实际情在实际的系统中如何确定这些指标，要根
41、据实际情在实际的系统中如何确定这些指标，要根据实际情况来定。况来定。况来定。况来定。原则：原则：原则：原则：对生产过程有决定性意义的主要品质指标应该对生产过程有决定性意义的主要品质指标应该对生产过程有决定性意义的主要品质指标应该对生产过程有决定性意义的主要品质指标应该优先保证。优先保证。优先保证。优先保证。第36页，本讲稿共39页n n例题：某换热器的温度调节系统在单位阶跃干扰下的过例题：某换热器的温度调节系统在单位阶跃干扰下的过例题：某换热器的温度调节系统在单位阶跃干扰下的过例题：某换热器的温度调节系统在单位阶跃干扰下的过渡过程曲线如下图渡过程曲线如下图渡过程曲线如下图渡过程曲线如下图7-1
42、47-147-147-14所示。试分别求出最大偏差、衰所示。试分别求出最大偏差、衰所示。试分别求出最大偏差、衰所示。试分别求出最大偏差、衰减比、余差、过渡时间（设定值为减比、余差、过渡时间（设定值为减比、余差、过渡时间（设定值为减比、余差、过渡时间（设定值为200200200200）。）。）。）。图图7-147-14第37页，本讲稿共39页n n解：解：(1)(1)(1)(1)最大偏差：最大偏差：最大偏差：最大偏差：e e e emaxmaxmaxmax=230-200=30=230-200=30=230-200=30=230-200=30(2)(2)(2)(2)余差：余差：余差：余差：C=2
43、00-205=-5 C=200-205=-5 C=200-205=-5 C=200-205=-5(3)(3)(3)(3)衰减比：衰减比：衰减比：衰减比：第一个波的振幅第一个波的振幅第一个波的振幅第一个波的振幅 B=230-205=25 B=230-205=25 B=230-205=25 B=230-205=25 第二个波的振幅第二个波的振幅第二个波的振幅第二个波的振幅 B B B B=210-205=5=210-205=5=210-205=5=210-205=5 衰减比衰减比衰减比衰减比:n=25:5=5:1:n=25:5=5:1:n=25:5=5:1:n=25:5=5:1(4)(4)(4)(
44、4)过渡时间：过渡时间：过渡时间：过渡时间：过渡时间与规定的被控变量的限制范围大小有关，假设为过渡时间与规定的被控变量的限制范围大小有关，假设为过渡时间与规定的被控变量的限制范围大小有关，假设为过渡时间与规定的被控变量的限制范围大小有关，假设为2%2%2%2%，就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为，就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为，就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为，就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为 205 205 205 205（2%2%2%2%）=4.14.14.14.1第38页，本讲稿共39页 那么，在新稳态值（那么，在新稳态值（那么，在新稳态值（那么，在新稳态值（205205205205）两侧以限制范围为宽度）两侧以限制范围为宽度）两侧以限制范围为宽度）两侧以限制范围为宽度画一区域，只要被控变量不再越出即可。因此，过渡过画一区域，只要被控变量不再越出即可。因此，过渡过画一区域，只要被控变量不再越出即可。因此，过渡过画一区域，只要被控变量不再越出即可。因此，过渡过程为程为程为程为22min22min22min22min。返回返回返回返回第39页，本讲稿共39页