熱控第一章_熱工自動(dòng)化基礎(chǔ)課件

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),,*,,,North China Electric Power University,第一章 熱工自動(dòng)化基礎(chǔ),,§1.1 概 述,§1.2 熱工被控對(duì)象,§1.3 變送器,§1.4 執(zhí)行器,§1.5 典型輸入信號(hào)與控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),§1.6 調(diào)節(jié)器和控制規(guī)律,§1.7 熱工系統(tǒng)的主要控制方式,1,,第一章 熱工自動(dòng)化基礎(chǔ)§1.1 概 述1,,§1.1,概 述,2,,§1.1 概 述2,,生產(chǎn)過程自動(dòng)化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低成本、改進(jìn)勞動(dòng)條件、促進(jìn)文明生產(chǎn)、保證生產(chǎn)安全和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段。,

2、,自動(dòng)化水平是衡量一個(gè)國家的生產(chǎn)技術(shù)和科學(xué)水平先進(jìn)與否的一項(xiàng)重要標(biāo)志。電力工業(yè)中電廠熱工過程自動(dòng)化技術(shù)相對(duì)于其它民用工業(yè)部門有較長的歷史和較高的自動(dòng)化水平，電廠熱工自動(dòng)化水平的高低是衡量電廠生產(chǎn)技術(shù)的先進(jìn)與否和企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。,,在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域中，自動(dòng)控制技術(shù)起著越來越重要的作用。,所謂,自動(dòng)控制,，是指,在沒有人直接參與的情況下，通過控制器使被控對(duì)象（如機(jī)器設(shè)備、生產(chǎn)過程等）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行,。,3,,生產(chǎn)過程自動(dòng)化是保持生產(chǎn)穩(wěn)定、降低成本、改進(jìn)勞,一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成,,,把工業(yè)生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、液位、濃度等狀態(tài)參數(shù)作為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)叫,過程控制系統(tǒng),。

3、,圖1-1 鍋爐汽包水位人工控制示意圖,,任務(wù)：,保證鍋爐的安全運(yùn)行，使汽包的水位穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。,圖1-2 人工控制原理圖,4,,一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成圖1-1 鍋爐汽包水位人工控制示意圖,圖1-3 汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖,用自動(dòng)化裝置代替上述人工操作來完成控制任務(wù)，就形成了自動(dòng)控制系統(tǒng)。,圖1-4 汽包水位自動(dòng)控制原理框圖,5,,圖1-3 汽包水位自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖 用自動(dòng),自動(dòng)控制系統(tǒng)可以由以下幾個(gè)部分組成：,,測(cè)量變送器：,,用來測(cè)量被調(diào)量，并把被調(diào)量轉(zhuǎn)換為與之成比例的某種便于傳遞和綜合的信號(hào)。,,給定元件：,用來設(shè)置被調(diào)量的給定值或與該給定值對(duì)應(yīng)的電信號(hào)

4、。,,調(diào)節(jié)器：,接受被調(diào)量信號(hào)和給定值比較后的偏差信號(hào)，輸出一定規(guī)律的控制指令給執(zhí)行器。,6,,自動(dòng)控制系統(tǒng)可以由以下幾個(gè)部分組成： 調(diào)節(jié)器：接,執(zhí) 行 器：,根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的控制指令去推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，改 變調(diào)節(jié)量。,,調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)：,接受控制作用去改變調(diào)節(jié)量變化的具體設(shè)備。,,控制對(duì)象：,被控制的熱工生產(chǎn)過程或設(shè)備。,,被 調(diào) 量：,表征熱工過程是否符合規(guī)定工況的物理量。,,擾 動(dòng)：,,生產(chǎn)過程中引起被調(diào)量偏離給定值的各種因素。,,調(diào) 節(jié) 量：,由控制作用來改變并去控制被調(diào)量變化的物理量。,7,,執(zhí) 行 器：根據(jù)調(diào)節(jié)器送來的控

5、制指令去推動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，改,二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類,,1．按控制方式分類,,,閉環(huán)控制系統(tǒng),（也稱反饋控制系統(tǒng)）：它的被控量信號(hào)反饋到控制設(shè)備的輸入端，成為控制設(shè)備生產(chǎn)控制作用的依據(jù)。只要被控量與給定量之間有偏差，控制設(shè)備就要對(duì)控制對(duì)象施加作用，直到被控量符合要求為止。,特點(diǎn):基于偏差，消除偏差，可克服各種擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。由于控制作用落后于干擾，因此相對(duì)來講控制不及時(shí)。,8,,二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類8,開環(huán)控制系統(tǒng),（也稱前饋控制系統(tǒng)）：,控制設(shè)備和控制對(duì)象在信號(hào)關(guān)系上沒有形成閉合回路的控制系統(tǒng)，其被控量沒有反饋到控制設(shè)備的輸入端。,特點(diǎn): 按擾動(dòng)進(jìn)行控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度差，只能克服單一擾動(dòng)

6、。,,復(fù)合控制系統(tǒng)：,開環(huán)控制和閉環(huán)控制組合的一種控制系統(tǒng)。,9,,開環(huán)控制系統(tǒng)（也稱前饋控制系統(tǒng)）：9,2．按閉合回路的數(shù)目分類,,,單回路控制系統(tǒng),：,只有一個(gè)被控量信號(hào)反饋到控制器的輸入端。形成一個(gè)閉合回路。,圖1-5 單回路控制系統(tǒng)的原理框圖,10,,2．按閉合回路的數(shù)目分類圖1-5 單回路控制系統(tǒng)的原理框圖,,多回路控制系統(tǒng),：,具有一個(gè)以上的閉合回路，控制器(調(diào)節(jié)器)除接受被控量反饋信號(hào)外，還有另外的輸出信號(hào)直接或間接地反饋到控制器的輸入端。例如串級(jí)控制系統(tǒng)和導(dǎo)前微分控制系統(tǒng)都是雙回路控制系統(tǒng)。,圖1-6 串級(jí)控制系統(tǒng)的原理框圖,11,,多回路控制系統(tǒng)：具有一個(gè)以上的閉合回路

7、，控制,3．按給定值分類,,,恒值控制系統(tǒng),：,給定值保持不變，從而被控量也相應(yīng)保持不變，主要矛盾是克服擾動(dòng)對(duì)被控量的影響，最終使被控量與給定值相等。,主要的熱工控制系統(tǒng)，如：給水控制系統(tǒng)、再熱汽溫控制系統(tǒng)等。,,12,,3．按給定值分類12,隨動(dòng)控制系統(tǒng)：,給定值按預(yù)先不能確定的一些隨機(jī)因素而變化。因而被調(diào)量也跟隨給定值而隨機(jī)變化。,,例如：?jiǎn)卧獧C(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)；軍事上的火炮跟蹤系統(tǒng)；導(dǎo)彈預(yù)測(cè)攔截系統(tǒng)。,,程序控制系統(tǒng)：,給定值按已知的時(shí)間函數(shù)變化。控制的任務(wù)是使被控量盡快與給定值相等。,例如：汽輪機(jī)自動(dòng)啟停系統(tǒng)TAS：汽輪機(jī)啟動(dòng)過程中，要求汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速按一定程序升降等；爐膛吹灰系統(tǒng)等。,1

8、3,,隨動(dòng)控制系統(tǒng)：給定值按預(yù)先不能確定的一些隨,三、主要自動(dòng)化系統(tǒng),1. SIS：廠級(jí)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息系統(tǒng),（Supervisory Information System in Plant Level，簡(jiǎn)稱SIS）,SIS是發(fā)電廠的生產(chǎn)過程自動(dòng)化和電力市場(chǎng)交易信息網(wǎng)絡(luò)化的中間環(huán)節(jié)，是發(fā)電企業(yè)實(shí)現(xiàn)發(fā)電生產(chǎn)到市場(chǎng)交易的中間控制層，是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制和生產(chǎn)信息管理一體化的核心，是承上啟下實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)的控制樞紐。,? 實(shí)現(xiàn)全廠生產(chǎn)過程監(jiān)控,,?,實(shí)時(shí)處理全廠經(jīng)濟(jì)信息和成本核算,,?,,競(jìng)價(jià)上網(wǎng)處理系統(tǒng),,?,,實(shí)現(xiàn)機(jī)組之間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配,,?,,機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)估及運(yùn)行操作指導(dǎo),,14,,三、主要自動(dòng)化

9、系統(tǒng)14,2. AGC：自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng),（automatic generation control System，AGC）,由于調(diào)速器為有差調(diào)節(jié)，因此對(duì)于變化幅度較大、周期較長的變動(dòng)負(fù)荷分量，需要通過改變汽輪發(fā)電機(jī)組的同步器來實(shí)現(xiàn)，即通過平移調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靜態(tài)特性，從而改變汽輪發(fā)電機(jī)組的出力來達(dá)到調(diào)頻的目的，稱為二次調(diào)整。,當(dāng)二次調(diào)整由由電網(wǎng)調(diào)度中心的能量管理系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)遙控自動(dòng)控制時(shí)，則稱為自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）。,,3. BPS：旁路控制系統(tǒng),（bypass control system，BPS）,大型中間再熱式機(jī)組一般都設(shè)置旁路熱力系統(tǒng)，其目的是在機(jī)組啟、停過程中協(xié)調(diào)機(jī)、爐的動(dòng)作，回收

10、工質(zhì)，保護(hù)再熱器等。完備的旁路控制系統(tǒng)是充分發(fā)揮旁路系統(tǒng)功能的前提。,15,,2. AGC：自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)（automatic gene,4. CCS：?jiǎn)卧獧C(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng),（coordination control system，CCS）,協(xié)調(diào)控制是基于機(jī)、爐的動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)用多變量控制理論形成若干不同形式的控制策略，在機(jī)、爐控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上組織的高一級(jí)機(jī)、爐主控系統(tǒng)。它是單元機(jī)組自動(dòng)控制的核心內(nèi)容。,,5. FSSS：鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng),（furnace safeguard supervisory system，F(xiàn)SSS）或稱燃燒器管理系統(tǒng)（burner management syst

11、em，BMS）,,爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)包括爐膛火焰監(jiān)視，爐膛壓力監(jiān)視，爐膛吹掃，自動(dòng)點(diǎn)火，燃燒器自動(dòng)切換，緊急情況下的主燃料跳閘等。,16,,4. CCS：?jiǎn)卧獧C(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)（coordinatio,6. SCS：順序控制系統(tǒng),（sequence control system）,,按照生產(chǎn)過程工藝要求預(yù)先擬定的順序，有計(jì)劃、有步驟、自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行一系列操作的系統(tǒng)，稱之為順序控制系統(tǒng)。順序控制也稱程序控制，在發(fā)電廠中主要用于主機(jī)或輔機(jī)的自動(dòng)啟停程序控制，以及輔助系統(tǒng)的程序控制。,7. DAS：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),（data acquisition system）,,又稱為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其基

12、本功能是對(duì)機(jī)組整個(gè)生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，經(jīng)處理運(yùn)算后以CRT畫面形式提供給運(yùn)行人員。該系統(tǒng)可進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，制表打印，性能指標(biāo)計(jì)算，事件順序記錄，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及操作指導(dǎo)等。,,17,,6. SCS：順序控制系統(tǒng)（sequence contro,8. DEH：汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng),（digital electric hydraulic system）,汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)是汽輪發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，除完成汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速、功率及機(jī)前壓力的控制外，還可實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟停過程及故障時(shí)的控制和保護(hù)。,,18,,8. DEH：汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（digital el,四、一些重要的基本概念,1.

13、數(shù)學(xué)模型,：,描述控制系統(tǒng)變量（物理量）之間動(dòng)態(tài)關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式。常用數(shù)學(xué)模型有,微分方程,，,傳遞函數(shù),，,結(jié)構(gòu)圖,，,信號(hào)流圖,，,頻率特性,以及,狀態(tài)空間描述,等。,例如對(duì)一個(gè)微分方程，若已知初值和輸入值，對(duì)微分方程求解，就可以得出輸出量的時(shí)域表達(dá)式。據(jù)此可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析。所以,建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,是對(duì),系統(tǒng)進(jìn)行分析,的第一步也是最重要的一步。,19,,四、一些重要的基本概念1.數(shù)學(xué)模型：描述控制系統(tǒng)變量（物理量,2.傳遞函數(shù),：,線性定常系統(tǒng)在零初始條件下輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。,,設(shè)線性定常系統(tǒng)可以由下述,n,階線性常微分方,程描述：,,式中：,c(t),是系統(tǒng)輸

14、出量，,r(t),是系統(tǒng)輸入量，,a,和,b,是與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)的常系數(shù)。,,20,,2.傳遞函數(shù)：線性定常系統(tǒng)在零初始條件下輸出量的拉氏變換與輸,設(shè),r(t),和,c(t),及其各階系數(shù)在,t=0,時(shí)的值均為零，即零初始條件，則對(duì)上式中各項(xiàng)分別求拉氏變換，并令,C(s),＝,L[c(t)],，,R(s)=L[r(t)],，可得,s,的代數(shù)方程為：,于是，由定義得系統(tǒng),傳遞函數(shù)為,：,21,,設(shè)r(t)和c(t)及其各階系數(shù)在t=0時(shí)的值均,傳遞函數(shù),是研究線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的重要工具，利用這一工具，可以大大簡(jiǎn)化對(duì),系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的分析過程,。例如對(duì)于初始條件為零的系統(tǒng)，不必先解微分方程，而是

15、直接根據(jù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的某些特征，利用傳遞函數(shù)的零點(diǎn)和極點(diǎn)來研究系統(tǒng)的性能。另一方面也可以把對(duì)系統(tǒng)性能的要求，轉(zhuǎn)換成對(duì)傳遞函數(shù)的要求，從而為,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供簡(jiǎn)便的方法,。,,3.,方框圖,：,表示變量之間數(shù)學(xué)關(guān)系的流程圖稱為函數(shù)結(jié)構(gòu)圖或方框圖。,方框圖的組成元素：,方框、信號(hào)線、比較點(diǎn)、分支點(diǎn),,22,,傳遞函數(shù)是研究線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的重要工具，利用這一工,,§1.,2 熱工被控對(duì)象,23,,§1.2 熱工被控對(duì)象23,一、了解對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的意義,,,1. 熱工對(duì)象是熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要組成部分，要設(shè)計(jì)一個(gè)合理的控制系統(tǒng)，必須了解對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；,2. 要確定出控制器的最佳整定參數(shù)，也必須了解

16、對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；,3. 了解對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，還可以對(duì)新設(shè)計(jì)的工藝設(shè)備提出要求，使之滿足所需要的動(dòng)態(tài)特性，為設(shè)計(jì)滿意的控制系統(tǒng)創(chuàng)造先決條件。,24,,一、了解對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的意義 24,二、相關(guān)概念,1. 對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性:,,就是對(duì)象的某一輸入量變化時(shí)，其被控參數(shù)隨時(shí)間變化的規(guī)律。其取決于工藝設(shè)備的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行條件和內(nèi)部物理的（或化學(xué)的）過程。,2. 理論建模：,可以用機(jī)理分析的方法導(dǎo)出對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；,3. 實(shí)驗(yàn)建模：,用實(shí)驗(yàn)的方法獲取對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，是工程中常用的建模方法，目前有時(shí)域法、頻域法和相關(guān)統(tǒng)計(jì)法等。,4. 時(shí)域法：,在對(duì)象的輸入端加一階躍擾動(dòng)，記錄響應(yīng)曲線，經(jīng)數(shù)據(jù)處理求得對(duì)象的傳遞函數(shù)

17、，這種方法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單實(shí)用，因此為工程中所廣泛采用。,25,,二、相關(guān)概念25,,5. 頻域法：,用通過實(shí)驗(yàn)求得對(duì)象的頻率特性來研究對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。但對(duì)一些慣性大的對(duì)象則因試驗(yàn)時(shí)間很長而影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，因此，這種頻域法用的較少。,6. 相關(guān)統(tǒng)計(jì)法：,是在對(duì)象的輸入端加一偽隨機(jī)信號(hào)，用相關(guān)計(jì)算求得對(duì)象的脈沖響應(yīng)函數(shù)，這種方法的最大優(yōu)點(diǎn)是不影響生產(chǎn)，因而越來越受到人們的重視。,26,,5. 頻域法：用通過實(shí)驗(yàn)求得對(duì)象的頻率特性來研究對(duì)象的動(dòng)態(tài),三、影響對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的結(jié)構(gòu)性質(zhì),,影響對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的主要特征參數(shù)有容量系數(shù)、阻力和傳遞延遲，稱為大多數(shù)對(duì)象所共有的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。,1、容量系數(shù),,衡量對(duì)象儲(chǔ)

18、存物質(zhì)（或能量）能力的一個(gè)特征參數(shù)。,2、阻力,,物質(zhì)（或能量）在傳輸過程中總是要遇到或大或小的阻力，因此需給予推動(dòng)物質(zhì)（或能量）流動(dòng)的壓差（如電位差、水位差、溫度差等）,。,,對(duì)象的自平衡：,不需要外來作用只依靠對(duì)象自身來恢復(fù)平衡的現(xiàn)象。顯然，對(duì)象的阻力使之在動(dòng)態(tài)過程中表現(xiàn)出自平衡能力。,,,27,,三、影響對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的結(jié)構(gòu)性質(zhì) 影響對(duì)象動(dòng)態(tài)特,,,,3、遲延,,遲延分為純遲延和容積遲延。,被調(diào)量的變化時(shí)刻落后于擾動(dòng)發(fā)生時(shí)刻的現(xiàn)象稱為對(duì)象的傳遞遲延。由于遲延是物質(zhì)（或能量）在傳輸過程中因傳輸距離的存在而產(chǎn)生，所以又稱為,傳輸遲延或純遲延,。,在設(shè)計(jì)主設(shè)備及其控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)盡量

19、避免或減小對(duì)象的傳輸遲延。,,28,,3、遲延 在設(shè)計(jì)主設(shè)備及其控制系,,水箱2,Q,0,h,1,,,水箱1,Q,1,Q,2,h,2,R,1,R,2,圖1-7 有自平衡能力雙容對(duì)象示意圖,,,圖1-8 雙容水箱被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析,由響應(yīng)曲線可見,水箱1的慣性,使得水箱2的水位變化在時(shí)間上落后于擾動(dòng)量，對(duì)象特性的這種遲延稱為,容積遲延,。,29,,水箱2Q0h1水箱1Q1Q2h2R1R2圖1-7 有自平衡能,1. 有自平衡能力對(duì)象：,不需要外來作用只依靠對(duì)象自身來恢復(fù)平衡，具有這種能力的被控對(duì)象。,四、熱工對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性,,30,,1. 有自平衡能力對(duì)象：不需要外來作用只依靠對(duì)象

20、自身來恢復(fù)平,2. 無自平衡能力對(duì)象：,在受到擾動(dòng)后，其被調(diào)量不能依靠對(duì)象自身能力使之趨于某一穩(wěn)定值，而不管對(duì)象的容積多少及容量系數(shù)的大小。,31,,2. 無自平衡能力對(duì)象：在受到擾動(dòng)后，其被調(diào)量不能依靠對(duì)象自,熱工對(duì)象具有以下特點(diǎn)：,,（1）被調(diào)量的變化大多是不振蕩的。,（2）被調(diào)量在干擾發(fā)生的開始階段有遲延和慣性。,（3）在響應(yīng)曲線的最后階段，被調(diào)量可能達(dá)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)（對(duì)象有自平衡能力），也可能不斷變化而無法進(jìn)入平衡狀態(tài)（對(duì)象無自平衡能力）。,（4）描述對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的特征參數(shù)有：放大系數(shù) 、時(shí)間常數(shù)、遲延時(shí)間。,,32,,熱工對(duì)象具有以下特點(diǎn)：32,五、階躍響應(yīng)曲線求取對(duì)象傳遞函數(shù),

21、,時(shí)域法是目前應(yīng)用最多的一種方法，其主要內(nèi)容是：給對(duì)象人為加一階躍擾動(dòng)，記錄下響應(yīng)曲線，然后根據(jù)該響應(yīng)曲線求取對(duì)象的傳遞函數(shù)。,由階躍擾動(dòng)作用下的對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性為階躍響應(yīng)曲線，即飛升曲線。階躍響應(yīng)曲線能比較直觀的反映對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；其次特征參數(shù)直接取自記錄曲線而無需經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換，試驗(yàn)方法也很簡(jiǎn)單。,1、階躍響應(yīng)曲線的測(cè)定,,在系統(tǒng)處于穩(wěn)定工況下通過手動(dòng)或搖控裝置使調(diào)節(jié)閥作一次階躍變化；與此同時(shí)，記錄表記錄下擾動(dòng)量和被調(diào)量的變化過程。,,33,,五、階躍響應(yīng)曲線求取對(duì)象傳遞函數(shù) 時(shí)域法是目,,,,,,,,,,（1）擾動(dòng)量的確定。,擾動(dòng)量應(yīng)足夠大，減小其它干擾信號(hào)對(duì)測(cè)試結(jié)果的相對(duì)影

22、響。然而擾動(dòng)量又不宜過大，過大的擾動(dòng)量會(huì)使對(duì)象本身的非線性因素增大，有時(shí)還會(huì)影響生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)行。通常，擾動(dòng)量一般為對(duì)象額定負(fù)荷下的10%～15%,。,（2）試驗(yàn)前應(yīng)將對(duì)象調(diào)整到所需工況，并保持穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間。,如果作負(fù)荷上升擾動(dòng)試驗(yàn)，則應(yīng)將對(duì)象輸出調(diào)整到允許變動(dòng)范圍的下限值（或上限值）；反之，則應(yīng)將對(duì)象輸出調(diào)整到允許變動(dòng)范圍的上限值（或下限值）。,（3）擾動(dòng)加入時(shí)應(yīng)盡量的快。,設(shè)擾動(dòng)開始到結(jié)束所花時(shí)間為 ，在處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)一般認(rèn)為擾動(dòng)是在,時(shí)刻加入的。,34,,（1）擾動(dòng)量的確定。擾動(dòng)量應(yīng)足夠大，減小其它干擾信號(hào)對(duì)測(cè)試結(jié),（4）要仔細(xì)記錄階躍響應(yīng)曲線的起始部分，,因?yàn)檫@一部分?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn)

23、確性對(duì)確定對(duì)象動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的影響很大。對(duì)有自平衡能力對(duì)象，試驗(yàn)過程應(yīng)在輸出信號(hào)達(dá)到新的穩(wěn)定值時(shí)結(jié)束。,（5）試驗(yàn)應(yīng)在主要運(yùn)行工況下（如額定負(fù)荷、平均負(fù)荷）進(jìn)行，,每一工況下應(yīng)重復(fù)幾次，至少要得到兩條基本相同的曲線，以消除偶然性干擾的影響。,（6）應(yīng)進(jìn)行正反兩個(gè)方向的試驗(yàn),，,以檢驗(yàn)對(duì)象的非線性。線性對(duì)象在正向擾動(dòng)和反向擾動(dòng)下，兩條響應(yīng)曲線應(yīng)該是一樣的。,35,,（4）要仔細(xì)記錄階躍響應(yīng)曲線的起始部分，因?yàn)檫@一部分?jǐn)?shù)據(jù)的準(zhǔn),無遲延一階對(duì)象,在階躍擾動(dòng)下，,其傳遞函數(shù)形式為：,,C(0),C(∞),T,M,0.632c(∞),特征參數(shù),T,和,K,可在階躍響應(yīng)曲線上作圖求取,:,(1).作穩(wěn)態(tài)值的

24、漸近線,C,(,?,)，則,:,(2).作響應(yīng)曲線起始點(diǎn)的切線交,C,(,?,)線于,M,，則線段,OM,在時(shí)間軸上的投影為時(shí)間常數(shù),T,。,,響應(yīng)曲線起始點(diǎn)的切線有時(shí)作不準(zhǔn)，此時(shí),可在響應(yīng)曲線上找出c(t1)=0.632c(∞)的時(shí)間t1，則,T,＝t1.,2、有自平衡對(duì)象傳遞函數(shù)的求取,（一）切線法,36,,無遲延一階對(duì)象在階躍擾動(dòng)下，C(0)C(∞)TM0.632c,,,圖1-9 有自平衡能力被控對(duì)象階躍響應(yīng)曲線,,有自平衡能力被控對(duì)象,的傳遞函數(shù),37,,圖1-9 有自平衡能力被控對(duì)象階躍響應(yīng)曲線有自平衡能力被控,,38,,38,（二）兩點(diǎn)法,（1）以有自平衡能力二階對(duì)象為例，其傳

25、遞函數(shù)為：,,,圖1-10 有自平衡能力二階被控對(duì)象階躍響應(yīng)曲線,39,,（二）兩點(diǎn)法 （1）以有自平衡能力二階對(duì)象為例，其傳遞函數(shù)為,,,,,,,（a）,（b）,（c）,40,,（a）（b）（c）40,（2）以有自平衡能力高階被控對(duì)象為例：,,,,,,41,,（2）以有自平衡能力高階被控對(duì)象為例：41,無自平衡能力對(duì)象的傳遞函數(shù)形式為：,,由圖可以看出，有自平衡能力和無自平衡能力的對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線區(qū)別在于曲線的后部，前者曲線趨一條不變的水平線，而后者曲線趨于一條不斷上升的直線。,,3、無自平衡對(duì)象傳遞函數(shù)的求取:,,,圖1-11 無自平衡能力被控對(duì)象階躍響應(yīng)曲線,42,,無自平衡能力對(duì)

26、象的傳遞函數(shù)形式為： 由圖可以看,,,,,,當(dāng) 時(shí)，即階次 時(shí)：無自平衡能力被控對(duì)象傳遞函數(shù)可以簡(jiǎn)化為：,,43,,當(dāng) 時(shí),4、求對(duì)象傳遞函數(shù)的半對(duì)數(shù)法,,一種圖解法，它利用試驗(yàn)測(cè)得的階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)畫出半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，然后由半對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖求出對(duì)象的時(shí)間常數(shù)。,,,綜上所述，對(duì)象的傳遞函數(shù)大多用有遲延一階慣性環(huán)節(jié)或二階慣性環(huán)節(jié)來近似，傳遞函數(shù)的階次一般不高于三階。對(duì)無自平衡對(duì)象常用積分環(huán)節(jié)和一階慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)來描述。,,44,,4、求對(duì)象傳遞函數(shù)的半對(duì)數(shù)法44,,§1.3 變送器,4

27、5,,§1.3 變送器45,,一、定義,,變送器是將各種工藝變量（如溫度、壓力、流量、液位）和電、氣信號(hào)（如電壓、電流、頻率、氣壓等信號(hào)）轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的便于傳輸?shù)慕y(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的裝置。,基于反饋原理工作，包括測(cè)量部分（即輸入轉(zhuǎn)換部分）、放大器和反饋部分。,如：差壓變送器、溫度變送器。,46,,一、定義46,二、變送器特性,被測(cè)變量上限,被測(cè)變量下限,輸出信號(hào)上限,輸出信號(hào)下限,變送器,k,如：溫度變送器的輸入量程為400~600oC,輸出范圍為4-20mA,47,,二、變送器特性被測(cè)變量上限被測(cè)變量下限輸出信號(hào)上限輸出信號(hào)下,目的是使變送器輸出的上限與測(cè)量范圍的上限相對(duì)應(yīng)。,?,適用于大范圍物理

28、量的測(cè)量；,?,正確選擇測(cè)量范圍；,圖1-12 量程調(diào)整原理圖,三、量程調(diào)整,48,,目的是使變送器輸出的上限與測(cè)量范圍的上限相對(duì)應(yīng)。圖1-12,零點(diǎn)遷移原理圖,四、零點(diǎn)調(diào)整,,使變送器的測(cè)量起始點(diǎn)為零。,五、零點(diǎn)遷移,,把測(cè)量起始點(diǎn)由零遷移到某一值。,49,,零點(diǎn)遷移原理圖四、零點(diǎn)調(diào)整49,差壓變送器精度為0.5級(jí)，量程為 0～10 Kpa，被測(cè)差壓范圍是6～10KPa；,調(diào)整前：,變送器輸出最大誤差為： 10 x 0.5% = 0.05 Kpa (50 Pa)；,調(diào)整后（零點(diǎn)遷移，遷移量6KPa，量程為 4 KPa）；,變送器輸出最大誤差為： 4 x 0.5% = 0.02 Kpa (2

29、0 Pa)；,,50,,差壓變送器精度為0.5級(jí)，量程為 0～10 Kpa，被測(cè)差壓,,§1.4 執(zhí)行器,51,,§1.4 執(zhí)行器51,一、定義,,執(zhí)行器在現(xiàn)代生產(chǎn)過程自動(dòng)化中起著十分重要作用。人們常把它稱為實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的“手足”。,在自動(dòng)控制系統(tǒng)中接受調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)，自動(dòng)地改變操作變量，達(dá)到對(duì)被調(diào)參數(shù)（如溫度、壓力、液位等）進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的，使生產(chǎn)過程按預(yù)定要求正常進(jìn)行。,,執(zhí)行器根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的工作能源不同可分為三大類：氣動(dòng)執(zhí)行器、電動(dòng)執(zhí)行器、液動(dòng)執(zhí)行器,。,52,,一、定義52,,1、氣動(dòng)執(zhí)行器,以壓縮空氣為能源的執(zhí)行器。,主要特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出推力大、動(dòng)作可靠、性能穩(wěn)定、維護(hù)

30、方便、價(jià)格便宜、本質(zhì)安全防爆等。它不僅能與氣動(dòng)調(diào)節(jié)儀表配套使用，還可通過電／氣轉(zhuǎn)換器或電／氣閥門定位器與電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表或工業(yè)控制計(jì)算機(jī)配套使用。,因此，廣泛用于化工、石油、冶金、電力等工業(yè)部門。在目前的實(shí)際應(yīng)用中氣動(dòng)執(zhí)行器的使用數(shù)量約為90％。,53,,1、氣動(dòng)執(zhí)行器53,2、電動(dòng)執(zhí)行器,以電為能源的執(zhí)行器。,主要特點(diǎn)：能源取用方便，信號(hào)傳輸速度快，傳送距離遠(yuǎn)；便于集中控制；停電時(shí)執(zhí)行器保持原位不動(dòng)，不影響主設(shè)備的安全；靈敏度和精度較高；與電動(dòng)調(diào)節(jié)儀表配合方便，安裝接線簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、推力小、價(jià)格貴，平均故障率高于氣動(dòng)執(zhí)行器。適用于防爆要求不高及缺乏氣源和使用數(shù)量不太多的場(chǎng)合。,

31、,,3、液動(dòng)執(zhí)行器,,使用較少。,54,,2、電動(dòng)執(zhí)行器54,二、執(zhí)行器特性,輸入信號(hào)上限,輸入信號(hào)下限,輸出信號(hào)上限,輸出信號(hào)下限,執(zhí)行器,k,55,,二、執(zhí)行器特性輸入信號(hào)上限輸入信號(hào)下限輸出信號(hào)上限輸出信號(hào)下,例如：,電／氣轉(zhuǎn)換器是電動(dòng)單元組合儀表中的一個(gè)轉(zhuǎn)換單元，它能將電動(dòng)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（0～10mA DC或 4～20mA DC）轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)氣壓信號(hào)（0.2×10,5,～1.0×10,5,Pa或 0.4×10,5,～2.0×10,5,Pa）。,,,56,,例如：56,,§,1.5 典型輸入信號(hào)與控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),57,,§1.5 典型輸入信號(hào)與控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)57,一、典型輸入信

32、號(hào)：,,（1）階躍函數(shù),,,,圖1-13 階躍函數(shù),,,階躍函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式,階躍函數(shù)的拉普拉斯變換,或,,一、典型輸入信號(hào)：圖1-13 階躍函數(shù)階躍函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式階,,,圖1-14,斜坡函數(shù),（2）斜坡函數(shù),斜坡函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式,斜坡函數(shù)的拉普拉斯變換,,,,或,59,,圖1-14 斜坡函數(shù)（2）斜坡函數(shù)斜坡函數(shù)的數(shù)學(xué),,（,a,） 方波函數(shù) （,b,）脈沖函數(shù),,圖1-15,方波函數(shù)和脈沖函數(shù),（3） 方波函數(shù)和脈沖函數(shù),單位脈沖函數(shù)的拉普拉斯變換,,60,,（a） 方波函數(shù),,圖1-16,正弦函數(shù),（4） 正弦函數(shù),,正

33、弦函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式,,正弦函數(shù)的拉普拉斯變換,,61,,圖1-16 正弦函數(shù)（4） 正弦函數(shù)正弦函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式,（一）靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的概念。,,,靜態(tài),：,被控參數(shù)不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)叫靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)。,,動(dòng)態(tài),：,被控參數(shù)隨時(shí)間而變化的不平衡狀態(tài)叫動(dòng)態(tài)。,（二）控制系統(tǒng)在受到干擾作用時(shí)的過渡過程,,控制的過程就是克服干擾的過程。一個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)劣在穩(wěn)態(tài)下難以判別，只有在過渡過程中才能得以鑒別。,二、幾種典型的過渡過程,62,,（一）靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的概念。 控制的過程就是克服,,（a）非振蕩過程；（b）衰減振蕩過程；（c）等幅振蕩過程；（d）發(fā)散振蕩過程,,圖1-17,調(diào)節(jié)過程響應(yīng)曲

34、線的基本形式,63,,（a）非振蕩過程；（b）衰減振蕩過程；（c）等幅振蕩過程；（,三、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo),（一）控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià),,穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性,1、穩(wěn)定性,,指控制系統(tǒng)在受到干擾作用后，系統(tǒng)的平衡被破壞，在控制設(shè)備的控制作用下，控制系統(tǒng)能恢復(fù)到一個(gè)新的平衡狀態(tài)，稱為穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。穩(wěn)定的控制系統(tǒng)的被控參數(shù)和控制參數(shù)的過渡過程曲線最后趨于平衡；不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)過渡過程曲線則是漸擴(kuò)的，無法恢復(fù)平衡。,三、控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)（一）控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià),穩(wěn)定程度可以用,衰減率,這個(gè)指標(biāo)來衡量,,式中:,被控參數(shù)從新穩(wěn)定值算起的第一波峰值。,被控參數(shù)從新穩(wěn)定值算起的第三波峰值。,衰減率和系統(tǒng)穩(wěn)定性

35、之間的關(guān)系,過渡過程為,非周期,過程,過渡過程為,等幅振蕩,過程,過渡過程為,衰減振蕩,過程,,過渡過程為,發(fā)散振蕩,過程,65,,穩(wěn)定程度可以用衰減率這個(gè)指標(biāo)來衡量 式中:被控參數(shù)從新穩(wěn)定值,2、準(zhǔn)確性,,指被控參數(shù)的實(shí)際值與給定值之間的動(dòng)態(tài)偏差和靜態(tài)偏差。最大動(dòng)態(tài)偏差是指整個(gè)過渡過程中被控參數(shù)偏離給定值的最大差值；靜態(tài)偏差是過渡過程結(jié)束后被控參數(shù)與給定值之間的差值。,現(xiàn)場(chǎng)中希望兩個(gè)偏差越小越好。,3、快速性,,指過渡過程的持續(xù)時(shí)間，即從干擾發(fā)生起至被控參數(shù)又建立新的平衡狀態(tài)為止的過渡時(shí)間。一般認(rèn)為被控參數(shù)進(jìn)入偏離給定值范圍內(nèi)就基本穩(wěn)定了。當(dāng)然，過渡時(shí)間越短，控制過程進(jìn)行的就越快，系統(tǒng)品質(zhì)也

36、就越好。,,以上三方面的品質(zhì)指標(biāo)有時(shí)往往是相互矛盾的，在實(shí)際調(diào)試過程中應(yīng)統(tǒng)籌兼顧！,66,,2、準(zhǔn)確性66,?,穩(wěn)態(tài)誤差：如果在穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的輸出量與輸入量不能完全吻合，就認(rèn)為系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差。這個(gè)誤差表示系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。,?,穩(wěn)態(tài)特性：穩(wěn)態(tài)誤差是系統(tǒng)控制精度或抗擾動(dòng)能力的一種度量。,（二）穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo),67,,? 穩(wěn)態(tài)誤差：如果在穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)的輸出量與輸入量不能完全吻,,（三）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo),,,,,,68,,（三）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)68,?,,峰值時(shí)間 （Peak Time）：,響應(yīng)曲線達(dá)到過調(diào)量的第一個(gè)峰值所需要的時(shí)間。,評(píng)價(jià)系統(tǒng)的響應(yīng)速度；,?,延遲時(shí)間 ：,（Delay

37、Time）響應(yīng)曲線第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的一半所需的時(shí)間。,,,評(píng)價(jià)系統(tǒng)的響應(yīng)速度；,評(píng)價(jià)系統(tǒng)的響應(yīng)速度；,?,上升時(shí)間,（Rise Time）響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%，所需的時(shí)間。上升時(shí)間越短，響應(yīng)速度越快,69,,? 峰值時(shí)間 （Peak Time）：評(píng)價(jià)系統(tǒng)的響應(yīng),?,調(diào)節(jié),時(shí)間 （Settling Time）: 響應(yīng)曲線達(dá)到并永遠(yuǎn)保持在一個(gè)允許誤差范圍內(nèi)，所需的最短時(shí)間。允許誤差范圍一般是穩(wěn)態(tài)值的百分?jǐn)?shù)（通常取5%或2%）。,同時(shí)反映響應(yīng)速度和阻尼程度的綜合性指標(biāo)。,,⑤,超調(diào)量 （Maximum Overshoot）：指響應(yīng)的最大偏離量h(tp)于終值之

38、差的百分比，即,70,,? 調(diào)節(jié)時(shí)間 （Settling Time）: 響應(yīng)曲,,§1.6 調(diào)節(jié)器和控制規(guī)律,71,,§1.6 調(diào)節(jié)器和控制規(guī)律71,,一、常規(guī)PID控制規(guī)律,,,常規(guī)PID控制即比例-積分-微分控制規(guī)律。,72,,一、常規(guī)PID控制規(guī)律72,,,,1、,比例調(diào)節(jié)規(guī)律,指調(diào)節(jié)器輸出的控制作用,u,（,t,）與其偏差輸入信號(hào),e,(,t,)之間成比例關(guān)系，即,比例增益,,比例調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)：,,工程中，常用比例帶δ來描述其控制作用的強(qiáng)弱，即,其物理意義是在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的位移改變時(shí)，被調(diào)量應(yīng)有的改變量。,,73,,1、比例調(diào)節(jié)規(guī)律比例增益 比例調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)： 工,,,比例調(diào)

39、節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如下:,δ對(duì)控制過程的影響,,圖1-18 比例作用曲線,74,,比例調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)曲線如下:δ對(duì)控制過程的影響 圖1-18,結(jié)論：,,比例帶大，則調(diào)節(jié)閥動(dòng)作幅度小，被調(diào)量變化平穩(wěn)，超調(diào)量小，但殘差較大，靜態(tài)偏差隨比例帶的加大而加大；,減小比例帶導(dǎo)致系統(tǒng)激烈振蕩甚至不穩(wěn)定，比例帶設(shè)置必須有一定的穩(wěn)定裕度。,比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)：,,（1）動(dòng)作快，調(diào)節(jié)及時(shí)、迅速； （2）對(duì)干擾有很強(qiáng)的抑制作用；（2）調(diào)節(jié)過程結(jié)束，被調(diào)量偏差仍存在，存在靜態(tài)偏差，稱為有差調(diào)節(jié)。,75,,結(jié)論：比例調(diào)節(jié)規(guī)律的特點(diǎn)：75,,,2、積分調(diào)節(jié)規(guī)律,,積分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出控制作用,u,（,t,）與其偏

40、差輸入信號(hào),e,（,t,）隨時(shí)間的積累值成正比，即,,傳遞函數(shù)：,,積分時(shí)間,,圖1-19 積分作用曲線,特點(diǎn)：,,只要偏差存在，積分控制作用一直增加；消除穩(wěn)態(tài)偏差，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，其控制作用體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的后期,。,,76,,2、積分調(diào)節(jié)規(guī)律傳遞函數(shù)： 積分時(shí)間 圖1-1,,圖1-20 T,i,對(duì)控制過程的影響,,積分調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間對(duì)控制過程的影響,,非周期過程,衰減振蕩過程,,等幅振蕩過程,,77,,圖1-20 Ti對(duì)控制過程的影響 積分調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間對(duì)控,,結(jié)論：,,1. 積分調(diào)節(jié)作用是不及時(shí)的。,積分調(diào)節(jié)作用是隨時(shí)間而逐漸增強(qiáng)的，與比例調(diào)節(jié)作用相比過于遲緩，惡化了動(dòng)態(tài)品質(zhì)，

41、使過渡過程的振蕩加劇，甚至造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。,2. 只要偏差信號(hào)存在，調(diào)節(jié)器輸出的旨在消除對(duì)系統(tǒng)影響的控制作用就一直增加，且其增長的速度始終為初始速度。,3. 控制作用在積分時(shí)間Ti 越小時(shí)越強(qiáng)，,積分時(shí)間越小，積分速度越快，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作愈快，容易引起和加劇振蕩。,4. 積分調(diào)節(jié)規(guī)律的另一特點(diǎn)就是消除穩(wěn)態(tài)偏差，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。,78,,結(jié)論：78,3、微分調(diào)節(jié)規(guī)律,,微分調(diào)節(jié)規(guī)律是調(diào)節(jié)器輸出的控制作用與其偏差輸入信號(hào)的變化速度成正比。對(duì)于定值控制系統(tǒng)，偏差信號(hào)的變化速度就是被調(diào)量的變化速度，即,,微分時(shí)間,,傳遞函數(shù)式為,,,,加入微分調(diào)節(jié)作用實(shí)現(xiàn),超前調(diào)節(jié),，有利于克服動(dòng)態(tài)偏差，將大

42、大改善調(diào)節(jié)過程。微分調(diào)節(jié)作用的大小僅與偏差信號(hào)的變化速度有關(guān)，而與偏差值大小無關(guān)。,79,,3、微分調(diào)節(jié)規(guī)律微分時(shí)間 傳遞函數(shù)式為 加入,實(shí)際的微分調(diào)節(jié)規(guī)律具有慣性，傳遞函數(shù)為下式：,,微分增益,,,圖1-21 實(shí)際微分調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng),,80,,實(shí)際的微分調(diào)節(jié)規(guī)律具有慣性，傳遞函數(shù)為下式：微分增益 圖1-,,,結(jié)論：,,微分作用的引入使系統(tǒng)控制過程的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性都得以提高，可適當(dāng)減小靜態(tài)偏差，但它不能像積分作用那樣消除穩(wěn)態(tài)偏差。,調(diào)節(jié)過程開始時(shí)，被調(diào)量偏差小，但其變化速度卻較大，可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生較大的位移。,但當(dāng)調(diào)節(jié)過程結(jié)束，執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置最后總是恢復(fù)到原來的數(shù)值，不能適應(yīng)負(fù)荷的變化

43、。,81,,結(jié)論：81,,圖1-22,過渡過程曲線,,,曲線1由于比例調(diào)節(jié)規(guī)律具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)，所以調(diào)節(jié)過程時(shí)間較曲線2短，動(dòng)態(tài)偏差也較曲線2小。而比例調(diào)節(jié)為有差調(diào)節(jié)。通過減小調(diào)節(jié)器的比例帶可減小靜態(tài)偏差，但會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。,曲線3是能消除靜態(tài)偏差，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。然而積分作用的調(diào)節(jié)不及時(shí)，又使調(diào)節(jié)過程的動(dòng)態(tài)偏差加大，過渡過程時(shí)間加長（與曲線1相比），相對(duì)而言又使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。,,曲線5是比例積分微分調(diào)節(jié)器的控制過程。微分調(diào)節(jié)是一種超前調(diào)節(jié)方式，其實(shí)質(zhì)是阻止被調(diào)量的一切變化。適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔每蓽p小動(dòng)態(tài)偏差、縮短調(diào)節(jié)過程時(shí)間，這樣可適當(dāng)減小比例帶和積分時(shí)間。,,82,,圖1-22

44、 曲線1由于比例調(diào)節(jié)規(guī)律具有調(diào)節(jié),綜上所述:,,比例調(diào)節(jié)規(guī)律具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)，但比例調(diào)節(jié)為有差調(diào)節(jié)，因此調(diào)節(jié)過程結(jié)束時(shí)存在穩(wěn)態(tài)偏差。通過減小調(diào)節(jié)器的比例帶可減小穩(wěn)態(tài)偏差，但會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。,比例調(diào)節(jié)作用是最基本的調(diào)節(jié)作用，使“長勁”，比例作用貫徹于整個(gè)調(diào)節(jié)過程之中,；,,積分調(diào)節(jié)規(guī)律能消除穩(wěn)態(tài)偏差，所以能最終消除擾動(dòng)對(duì)被調(diào)量的影響，實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。但積分作用的調(diào)節(jié)不及時(shí)，又使調(diào)節(jié)過程的動(dòng)態(tài)偏差加大，過渡過程時(shí)間加長，因此，在積分作用引入到比例調(diào)節(jié)器后，調(diào)節(jié)器的比例帶應(yīng)適當(dāng)加大，以彌補(bǔ)積分作用對(duì)控制過程穩(wěn)定性的影響。積分和微分作用為輔助調(diào)節(jié)作用。,積分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過節(jié)過程的后

45、期，用以消除靜態(tài)偏差，使“后勁”,；,,微分調(diào)節(jié)是一種超前調(diào)節(jié)方式，其實(shí)質(zhì)是阻止被調(diào)量的一切變化。適當(dāng)?shù)奈⒎肿饔每墒盏綔p小動(dòng)態(tài)偏差，縮短調(diào)節(jié)過程時(shí)間的效果，這樣在采用比例積分微分調(diào)節(jié)器時(shí)，又可適當(dāng)減小比例帶和積分時(shí)間。,微分作用則體現(xiàn)在調(diào)節(jié)過程的初期，使“前勁” 。,,,83,,綜上所述: 比例調(diào)節(jié)規(guī)律具有調(diào)節(jié)及時(shí)的特點(diǎn)，,,4. PID(比例-積分-微分)控制特點(diǎn),,,(1) 缺點(diǎn),不適用于有大時(shí)間滯后的控制對(duì)象，參數(shù)變化較大甚至結(jié)構(gòu)也變化的控制對(duì)象，以及系統(tǒng)復(fù)雜、環(huán)境復(fù)雜、控制性能要求高的場(chǎng)合。,,,(2) 優(yōu)點(diǎn):,● PID算法蘊(yùn)涵了動(dòng)態(tài)控制過程中過去、現(xiàn)在和將來的主要

46、信息，而且其配置幾乎最優(yōu)。,84,,4. PID(比例-積分-微分)控制特點(diǎn)8,,比例(P)代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用，使過程反應(yīng)迅速。,微分(D)在信號(hào)變化時(shí)有超前控制作用，代表了將來的信息。在過程開始時(shí)強(qiáng)迫過程進(jìn)行，過程結(jié)束時(shí)減小超調(diào)，克服振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加快系統(tǒng)的過渡過程。,積分(I)代表了過去積累的信息，它能消除靜差，改善系統(tǒng)靜態(tài)特性。,此三作用配合得當(dāng)，可使動(dòng)態(tài)過程快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，收到良好的效果。,85,,比例(P)代表了當(dāng)前的信息，起糾正偏差的作用,,86,,86,●,PID控制適應(yīng)性好，有較強(qiáng)魯棒性。,●,,PID算法簡(jiǎn)單明了，形成了完整的設(shè)計(jì)和參數(shù)調(diào)整方法,

47、很容易為工程技術(shù)人員所掌握。,●,許多工業(yè)控制回路比較簡(jiǎn)單，控制的快速性和精度要求不是很高，特別是對(duì)于那些l～2階的系統(tǒng)，PID控制已能得到滿意的結(jié)果。,●,PID控制根據(jù)不同的要求，針對(duì)自身的缺陷進(jìn)行了不少改進(jìn)，形成了一系列改進(jìn)的PID算法。,例如，為克服微分帶來的高頻干擾的濾波PID控制，為克服大偏差時(shí)出現(xiàn)飽和超調(diào)的PID積分分離控制，為補(bǔ)償控制對(duì)象非線性因素的可變?cè)鲆鍼ID控制等等。這些改進(jìn)算法，在一些應(yīng)用場(chǎng)合得到了很好的效果。,,87,,●PID控制適應(yīng)性好，有較強(qiáng)魯棒性。 87,,在火力發(fā)電生產(chǎn)過程中，熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定優(yōu)化運(yùn)行十分關(guān)鍵，而隨著機(jī)組運(yùn)行工況的變化、大小修工程的實(shí)施

48、，熱工對(duì)象特性必將發(fā)生變化，為了實(shí)現(xiàn)熱工系統(tǒng)穩(wěn)定優(yōu)化運(yùn)行，控制器參數(shù)需要重新整定。,在熱工過程控制中，PID控制算法以其魯棒性較好、易于實(shí)現(xiàn)和被工程技術(shù)人員熟悉掌握等特點(diǎn)，至今仍被工程控制界所廣泛采用。常規(guī)PID控制器參數(shù)的優(yōu)化整定成為熱工控制系統(tǒng)維護(hù)的重要工作之一。,5、PID控制器的整定,88,,在火力發(fā)電生產(chǎn)過程中，熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定優(yōu)化運(yùn)行,,,調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定就是合理地設(shè)置調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，在熱工生產(chǎn)過程中，通常要求控制系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕量，即要求過程有一定的衰減率,ψ,；在這一前提下，要求調(diào)節(jié)過程有一定的快速性和準(zhǔn)確性，換言之穩(wěn)定性是首要的。所謂準(zhǔn)確性就是要求控制過程的動(dòng)態(tài)偏

49、差（以超調(diào)量,M,P,表示）和靜態(tài)偏差（,e,ss,）盡量地小，而快速性則是要求控制過程的時(shí)間盡可能地短。,,控制系統(tǒng)參數(shù)整定有,理論計(jì)算方法、工程整定方法。,理論計(jì)算方法：,基于一定的性能指標(biāo)，結(jié)合組成系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性，通過理論計(jì)算求得調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)設(shè)定值；,,工程整定法：,源于理論分析，結(jié)合試驗(yàn)、工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等一套工程上的方法。,,89,,調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定就是合理地設(shè)置調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，在熱,,,,,（1）廣義頻率特性法,,廣義頻率特性法是通過調(diào)整調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)，使控制系統(tǒng)的開環(huán)頻率特性具有規(guī)定相對(duì)穩(wěn)定度的衰減頻率特性，從而使閉環(huán)系統(tǒng)響應(yīng)滿足規(guī)定衰減率的一種參數(shù)整定方法。,,特點(diǎn)：

50、,利用廣義頻率特性法計(jì)算調(diào)節(jié)器的參數(shù)，其前提是獲得對(duì)象的傳遞函數(shù)，這一點(diǎn)給工程實(shí)際應(yīng)用帶來困難。此外，該方法計(jì)算工作量也較大。,90,,（1）廣義頻率特性法90,（2）臨界比例帶法,,臨界比例帶法又稱邊界穩(wěn)定法，其要點(diǎn)是將調(diào)節(jié)器設(shè)置成純比例作用，將系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行并將比例帶由大到小改變，直到系統(tǒng)產(chǎn)生等幅振蕩為止。,這時(shí)控制系統(tǒng)處于邊界穩(wěn)定狀態(tài)，記下此狀態(tài)下的比例帶值 （即臨界比例帶）以及振蕩周期 ，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。,,特點(diǎn)：,臨界比例帶法無需知道對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，直接在閉環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行參數(shù)整定,。,,91,,（2）臨界比例帶法91,,,具體步驟：,,1)將調(diào)節(jié)器的積分

51、時(shí)間置于最大，即 ；置微分時(shí)間 ；置比例帶 于一個(gè)較大的值。,2)將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后逐漸減小比例帶 ，直到系統(tǒng)進(jìn)入等幅振蕩狀態(tài)。一般振蕩持續(xù)4～5個(gè)振幅即可，試驗(yàn)記錄曲線如下圖所示：,圖1-23 等幅振蕩曲線,,3)據(jù)記錄曲線得振蕩周期 ，此狀態(tài)下的調(diào)節(jié)器比例帶為 ，然后按下表計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。,4)將計(jì)算好的參數(shù)值在調(diào)節(jié)器上設(shè)置好，作階躍響,應(yīng)試驗(yàn)，觀察系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器的參數(shù)，直到調(diào)節(jié)過程滿意為止。,92,,具體步驟：圖1-23 等幅振蕩曲線 3)據(jù)記錄曲線得,,,,,93,,93,,臨界比例帶法在實(shí)際應(yīng)用中有一定的,局

52、限性,：有些生產(chǎn)過程根本不允許產(chǎn)生等幅振蕩，如火力發(fā)電廠鍋爐汽包水位控制；此外，某些慣性較大的單容對(duì)象配比例調(diào)節(jié)器又很不容易產(chǎn)生等幅振蕩過程，得不到臨界狀態(tài)下的調(diào)節(jié)器比例帶 及振蕩周期 ，則無法應(yīng)用臨界比例帶法。,94,,臨界比例帶法在實(shí)際應(yīng)用中有一定的局限性：有,,（3）衰減曲線法,,衰減曲線法是在總結(jié)臨界比例帶法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它利用比例作用下產(chǎn)生的4：1衰減振蕩(,Ψ,=0.75 )過程時(shí)的調(diào)節(jié)器比例帶 及過程衰減周期 ，或10：1衰減振蕩(,Ψ,=0.9 )過程時(shí)調(diào)節(jié)器比例帶 及過程上升時(shí)間 ，據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。,,95,,（3）衰減曲線法95,,具

53、體步驟：,(1)將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間置于最大，即 ；置微分時(shí)間 ；置比例帶 于一個(gè)較大的值，將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行；,(2)在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)后做階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察控制過程。如果過渡過程衰減率大于0.75，應(yīng)逐步減小比例帶值，并再次試驗(yàn)，直到過渡過程曲線出現(xiàn)4：1的衰減過程。對(duì)于,Ψ,=0.9 的調(diào)節(jié)過程，也一樣做上述試驗(yàn)，直到出現(xiàn)10：1的衰減過程。記錄下4：1(或10：1)的衰減振蕩過程曲線；,衰減曲線,96,,具體步驟： (2)在系統(tǒng)處于,在上圖所示的衰減曲線上求取,Ψ,=0.75 的振蕩周期 或,Ψ,=0.9時(shí)的上升時(shí)間

54、，結(jié)合此過程下的調(diào)節(jié)器比例帶，按上表計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。,(3)按計(jì)算結(jié)果設(shè)置好調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)，作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程，適當(dāng)修改調(diào)節(jié)器的參數(shù)，直到滿意為止。,（4）經(jīng)驗(yàn)法,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行參數(shù)試湊的方法，首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置一組調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，待系統(tǒng)穩(wěn)定后作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程；如果過渡過程不令人滿意，則修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，再作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程；反復(fù)上述試驗(yàn)，直到調(diào)節(jié)過程滿意為止。,97,,在上圖所示的衰減曲線上求取Ψ=0.75 的振,具體步驟：,,(1)調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間放到最大，微分時(shí)間置于最小，據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置比例帶值。將系統(tǒng)投入閉環(huán)運(yùn)行，穩(wěn)定后作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)

55、，觀察調(diào)節(jié)過程，若過渡過程有希望的衰減率( )則可，否則改變比例帶值，重復(fù)上述試驗(yàn)。,(2)將調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間由最大值調(diào)整到某一值，由于積分作用的引入使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，這時(shí)應(yīng)將比例帶值適當(dāng)增大，一般為純比例作用的1.2倍。作階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，觀察調(diào)節(jié)過程，修改積分時(shí)間重復(fù)試驗(yàn)，直到滿意為止。,98,,具體步驟：98,,(3)保持積分時(shí)間不變，改變比例帶，看調(diào)節(jié)過程有無改善，若有改善則繼續(xù)修改比例帶，如無改善則反向修改比例帶，直到滿意為止。保持比例帶不變修改積分時(shí)間，同樣反復(fù)湊試直到滿意為止。如此反復(fù)湊試，直到有一組合適的積分時(shí)間和比例帶。,(4)對(duì)于采用三參數(shù)的調(diào)節(jié)器，在進(jìn)

56、行完上述調(diào)整試驗(yàn)后，將微分時(shí)間由小到大的調(diào)整，觀察每次試驗(yàn)過程，直到滿意時(shí)為止。,這種方法使用得當(dāng)，同樣可以獲得滿意的調(diào)節(jié)器參數(shù)，取得最佳的控制效果。而且此方法省時(shí)，對(duì)生產(chǎn)影響小。,99,,(3)保持積分時(shí)間不變，改變比例帶，看調(diào)節(jié)過,（5）動(dòng)態(tài)參數(shù)法,,動(dòng)態(tài)參數(shù)法是在系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)下，作對(duì)象的階躍擾動(dòng)試驗(yàn)，根據(jù)記錄下的階躍響應(yīng)曲線求取一組特征參數(shù) (無自平衡能力對(duì)象)或 (有自平衡能力對(duì)象)，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器的各個(gè)參數(shù)。,1）有自平衡能力對(duì)象,,過響應(yīng)曲線拐點(diǎn)P作切線交穩(wěn)態(tài)漸近線于A，交時(shí)間軸于C；過A點(diǎn)作時(shí)間的垂線交于B，則：,100,,（5

57、）動(dòng)態(tài)參數(shù)法 動(dòng)態(tài)參數(shù)法是在系統(tǒng)處于開環(huán)狀,2）無自平衡能力對(duì)象,,作響應(yīng)曲線直線段的漸近線交時(shí)間軸于C，過直線段上任一點(diǎn)A作時(shí)間垂線并交于B，則：,,由此，按下表經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出調(diào)節(jié)器整定參數(shù)。,101,,2）無自平衡能力對(duì)象 由此，按下表經(jīng),,對(duì)象特征參數(shù) 和 的乘積 反映了控制難易的程度；越大，對(duì)象就越不好控制，因此調(diào)節(jié)器的比例帶應(yīng)該取大一些，即與 成正比。對(duì)于比例積分調(diào)節(jié)，由于積分作用的加入使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降，因此比例帶為純比例作用時(shí)的比例帶的1.2倍；對(duì)于采用比例積分微分調(diào)節(jié)，由于微分作用提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因而比例帶可為純比例作用時(shí)比例

58、帶的0.8倍。,,,,102,,對(duì)象特征參數(shù) 和 的乘積 反映了,,§,1.7 熱工系統(tǒng)的主要控制方式,103,,§1.7 熱工系統(tǒng)的主要控制方式103,,一.反饋控制,,反饋控制是根據(jù)被調(diào)量與給定值的偏差值來控制的。反饋控制的特點(diǎn)是必須在被調(diào)量與給定值的偏差出現(xiàn)后，調(diào)節(jié)器才能對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)來補(bǔ)償干擾對(duì)被調(diào)量的影響。如果干擾已經(jīng)發(fā)生，而被調(diào)參數(shù)還未變化時(shí)，調(diào)節(jié)器是不會(huì)動(dòng)作的。即反饋控制總是落后于干擾作用。因此稱之為“不及時(shí)控制”。,,104,,一.反饋控制104,,原因：,,（1）在熱工控制系統(tǒng)中，由于被控對(duì)象通常存在一定的純滯后和容積滯后，因而從干擾產(chǎn)生到被調(diào)量發(fā)生變化需要一定的時(shí)

59、間。,（2）從偏差產(chǎn)生到調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制作用以及操縱量改變到被控量（被調(diào)量）發(fā)生變化又要經(jīng)過一定的時(shí)間。,可見，這種反饋控制方案的本身決定了無法將干擾對(duì)被控量的影響克服在被控量偏離設(shè)定值之前，從而限制了這類控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的進(jìn)一步提高。,105,,原因：105,二.前饋控制,,1.基本原理,,,考慮到偏差產(chǎn)生的直接原因是干擾作用的結(jié)果，如果直接按擾動(dòng)而不是按偏差進(jìn)行控制，也就是說，當(dāng)干擾一出現(xiàn)調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)檢測(cè)到的干擾大小和方向按一定規(guī)律去進(jìn)行控制。由于干擾發(fā)生后被控量還未顯示出變化之前，調(diào)節(jié)器就產(chǎn)生了控制作用，這在理論上就可以把偏差徹底消除。按照這種理論構(gòu)成的控制系統(tǒng)稱為前饋控制系統(tǒng)，顯然，

60、前饋控制對(duì)于干擾的克服要比反饋控制系統(tǒng)及時(shí)得多。,,若系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器能根據(jù)干擾作用的大小和方向?qū)Ρ徽{(diào)節(jié)介質(zhì)進(jìn)行控制來補(bǔ)償干擾對(duì)被調(diào)量的影響，這種控制就叫做,“前饋控制”或“擾動(dòng)補(bǔ)償”,。,106,,二.前饋控制106,,前饋控制系統(tǒng)的原理框圖如下圖,,圖中，K,B,：測(cè)量變送器的變送系數(shù)；,W,DZ,（S）：干擾通道對(duì)象傳遞函數(shù)；,W,D,（S）：控制通道對(duì)象傳遞函數(shù)；,W,B,（S）：前饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。,107,,前饋控制系統(tǒng)的原理框圖如下圖 圖中，KB：測(cè)量變送器的,,2. 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn),,理想的情況下，針對(duì)某種擾動(dòng)的前饋控制系統(tǒng)能夠完全補(bǔ)償因擾動(dòng)而引起的對(duì)被調(diào)量的影響。實(shí)現(xiàn)對(duì)干

61、擾完全補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵是確定前饋控制器（前饋調(diào)節(jié)器）的控制作用，顯然W,B,(S)取決于對(duì)象控制通道和干擾通道的特性。,由上圖可得：,Y(s)=[ W,DZ,(S)+ K,B,W,B,(S)W,D,(S)]Z(S),令 K,B,=1 則有： Y(s) / Z(S) = W,DZ,(S)+ W,B,(S)W,D,(S),式中：Z(S)是干擾；Y(s)是干擾引起的輸出。在理想的情況下，經(jīng)過前饋控制以后，被調(diào)量不變，即實(shí)現(xiàn)了所謂“完全補(bǔ)償”，此時(shí)：,Y(s) / Z(S) = W,DZ,(S)+W,B,(S)W,D,(S)=0,108,,2. 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)108,所以，前饋控制器的控制規(guī)律為：,W

62、,B,(S)= -W,DZ,(S)/ W,D,(S),上式說明前饋控制的控制規(guī)律完全是由對(duì)象特性決定的，它是干擾通道和控制通道傳遞函數(shù)之商，式中負(fù)號(hào)表示控制作用的方向與干擾作用相反。,如果 W,DZ,(S)和W,D,(S)可以很準(zhǔn)確測(cè)出，且W,B,(S)完全和上式確定的特性一致，則不論干擾信號(hào)是怎樣的形式，前饋控制都能起到完全補(bǔ)償?shù)淖饔?，使被調(diào)量因干擾而引起的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)偏差均為零。,,109,,所以，前饋控制器的控制規(guī)律為：109,,3.,前饋控制的局限性,,(1). 首先表現(xiàn)在前饋控制系統(tǒng)中不存在被調(diào)量的反饋，即對(duì)于補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果沒有檢驗(yàn)的手段。因而，當(dāng)前饋?zhàn)饔貌]有最后消除偏差時(shí)，系統(tǒng)無法得

63、知這一信息而作進(jìn)一步的校正。,(2). 由于實(shí)際工業(yè)對(duì)象存在著多個(gè)干擾，為了補(bǔ)償它們對(duì)被調(diào)量的影響，勢(shì)必設(shè)計(jì)多個(gè)前饋通道，增加了投資費(fèi)用和維護(hù)工作量。,(3). 當(dāng)干擾通道的時(shí)間常數(shù)小于控制通道的時(shí)間常數(shù)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。,(4). 前饋控制模型的精度也受到多種因素的限制，對(duì)象令特性受負(fù)荷和工況等因素的影響而產(chǎn)生偏移，必然導(dǎo)致W,DZ,(S)和W,D,(S)的變化，因此一個(gè)事先固定的前饋模型不可能獲得良好的控制質(zhì)量。,110,,3.前饋控制的局限性110,三、復(fù)合控制,,1. 基本原理,,工程實(shí)際中，為克服前饋控制的局限性從而提高控制質(zhì)量，對(duì)一兩個(gè)主要擾動(dòng)采取前饋補(bǔ)償，而對(duì)其它引起被調(diào)參數(shù)

64、變化的干擾采用反饋控制來克服。以這種形式組成的系統(tǒng)稱為前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)既能發(fā)揮前饋調(diào)節(jié)控制及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，又能保持反饋控制對(duì)各種擾動(dòng)因素都有抑制作用的長處，因此得到了廣泛的應(yīng)用。,,111,,三、復(fù)合控制111,前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的原理方框圖如下：,,112,,前饋一反饋復(fù)合控制系統(tǒng)的原理方框圖如下： 112,,2. 復(fù)合控制系統(tǒng)特點(diǎn),,（1）引入反饋控制后，前饋控制中的完全補(bǔ)償條件不變。,,,沒有加入反饋?zhàn)饔脮r(shí)完全補(bǔ)償?shù)臈l件為：,W,B,(S)= -W,DZ,(S)/ W,D,(S),加上反饋后有：,,,X (S)=0，Z (S)=0，應(yīng)用不變性原理有：,,1

65、13,,2. 復(fù)合控制系統(tǒng)特點(diǎn) 沒有加入反饋?zhàn)饔脮r(shí)完全補(bǔ),即 W,B,(S)= -W,DZ,(S)/ W,D,(S),而如果不加前饋?zhàn)饔?，即若W,B,(S)=0，顯然，,,,由于W,DZ,(S)≠0，因此擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出是有影響的。,,（2）復(fù)合控制系統(tǒng)補(bǔ)償控制的控制規(guī)律不僅與對(duì)象控制通道和干擾通道的傳遞函數(shù)有關(guān)，還與反饋調(diào)節(jié)器的位置有關(guān)。,114,,即 WB(S)= -WDZ(S)/ WD(S),,若復(fù)合控制系統(tǒng)的組成如下圖所示，反饋調(diào)節(jié)器與上圖相比，不是放在前饋信號(hào)前面，而是放在它的后面，則有：,,115,,若復(fù)合控制系統(tǒng)的組成如下圖所示，反饋調(diào)節(jié)器與,可得完全補(bǔ)

66、償?shù)臈l件：,,,（3）復(fù)合控制時(shí)，擾動(dòng)對(duì)輸出的影響要比純前饋時(shí)小得多。,,設(shè)系統(tǒng)為定值控制，即X(S)=0，專門討論擾動(dòng)Z(S)對(duì)系統(tǒng)的影響。,因?yàn)榍梆伩刂撇豢赡芡耆a(bǔ)償，即Y(S)的第二項(xiàng)不可能完全為零，令其為△(S)，那么，純前饋控制時(shí)：,Y,1,(s)=[ W,DZ,(S)+ K,B,W,B,(S)W,D,(S)]Z(S) =△(S) Z(S),加入反饋后，則,116,,可得完全補(bǔ)償?shù)臈l件： （3）復(fù)合控制時(shí)，擾動(dòng)對(duì)輸出的影,,因?yàn)?+ W,T,(S) W,D,(S)≥l，因此,,對(duì)于其他未經(jīng)過補(bǔ)償?shù)臄_動(dòng)作用也有類似的結(jié)果。,,（4）前饋補(bǔ)償對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性沒有影響。,,這一點(diǎn)是顯而易見的，因?yàn)榍梆仧o論加在什么位置，它都不構(gòu)成回路，系統(tǒng)的輸入-輸出傳遞函數(shù)的分母均保持不變，因而不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。,,＜,117,,因?yàn)?+ WT(S) WD(S)≥l，因此＜117,四、串級(jí)控制,,1.基本原理,主調(diào)節(jié)器的輸出是副調(diào)節(jié)器的輸入。,原理框圖如下圖所示：,圖1-24 串級(jí)控制系統(tǒng)原理方框圖,118,,四、串級(jí)控制圖1-24 串級(jí)控制系統(tǒng)原理方框圖 118,主參數(shù)(主變量)：