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1、*过程控制原理（北京理工大学 5 院）1*化工与环境学院 过程装备与控制工程专业陈祥光2012年4月过程控制原理复习(经典部分)*过程控制原理（北京理工大学 5 院）2*1.1 简述自动控制理论的发展 1.2 控制系统工作原理1.3 自动控制系统的类型1.4 基本术语与概念过程控制原理复习(第1章)第1章 自动控制的基本概念*过程控制原理（北京理工大学 5 院）3*图1 自动控制系统的组成过程控制原理复习(第1章)（1）系统组成：控制器、执行机构、被控对象、检 测元件四大部分。实际值*过程控制原理（北京理工大学 5 院）4*过程控制原理复习(第2章)第2章 控制系统数学基础及数学模型2.2 L
2、aplace变换及其应用2.3 传递函数2.3 方块图2.4 信号流图2.5 自动控制系统的数学模型2.6 典型环节的数学模型*过程控制原理（北京理工大学 5 院）5*过程控制原理复习(第3章)3.2 典型输入信号3.3 控制系统的瞬态响应3.4 劳斯稳定判据3.5 控制系统的稳态误差3.6 控制系统瞬态响应性能指标3.7 常规调节规律及其对控制系统性能的影响第3章 控制系统的时域分析法*过程控制原理（北京理工大学 5 院）6*过程控制原理复习(第3章)时域分析法：控制系统的时间响应一般分为两部分，即瞬态响应和稳态响应。时间响应可表示为式中: (3-1)*过程控制原理（北京理工大学 5 院）7
3、*令 ，即二阶系统数学模型的标准形式为 （3-17)称为自然频率或无阻尼振荡频率；称为阻尼系数或阻尼比。过程控制原理复习(第3章)*过程控制原理（北京理工大学 5 院）8*过程控制原理复习(第3章)3.4.1 稳态误差和误差传递函数X(s) E(s) Z(s) Y(s)F(s)图3-14 控制系统方块图*过程控制原理（北京理工大学 5 院）9*过程控制原理复习(第3章)定值调节系统的误差传递函数为:(3-37)式中 为系统的开环传递函数。 在随动系统中，主要输入信号是给定作用，要求输出变量随时跟踪给定作用。所以随动系统的误差 传递函数为(3-40)*过程控制原理（北京理工大学 5 院）10*过
4、程控制原理复习(第3章)3.4.2 控制系统的结构类型(3-46)设系统的开环传递函数具有以下形式：*过程控制原理（北京理工大学 5 院）11*过程控制原理复习(第3章)3.5.1 瞬态响应性能指标图3-15(a)单位阶跃扰动作用下的定值系统响应曲线*过程控制原理（北京理工大学 5 院）12*过程控制原理复习(第3章)图3-15(b)单位阶跃给定作用下的随动系统响应曲线*过程控制原理（北京理工大学 5 院）13*过程控制原理复习(第3章小结)(1)系统的稳定性及响应性能都由描述系统的微分 方程所决定；(2)系统传递函数分子和分母多项式的各项系数决 定了传递函数极点与零点在S平面上的位置；系统的
5、传递函数零、极点的分布决定了系统的 时间响应，并表达了系统的动态性能。(3)对于线性定常一、二阶系统，能够得出系统结 构及参数与系统性能之间的明确的解析表达式，这些解析式不但能用来分析系统的性能，而 且也能用来设计系统。 *过程控制原理（北京理工大学 5 院）14*(4)远离虚轴的极点对高阶系统的响应影响很小，由此导出高阶系统主导极点的概念，于是可以不求解高阶系统的响应，而且借用二阶系统的理论去分析甚至设计高阶系统。(5)线性定常系统稳定的充分必要条件是：其特征方程的根全部位于S平面的左半部。(6)采用劳斯判据不须求解出特征方程的根，就可判断系统的稳定性。(7)P.I.D调节器规律及其对系统调
6、节品质的影响。过程控制原理复习(第3章小结)*过程控制原理（北京理工大学 5 院）15*过程控制原理复习(第3章小结)表3-1归纳列出了0型、1型和2型系统在3种输入作用下的稳态误差。稳态误差系统类型单位阶跃 函数单位斜坡 函数单位加速 度函数输入作用0形系统2形系统1形系统0001/k1/k表31 以开环放大系数K表示的稳态误差*过程控制原理（北京理工大学 5 院）16*过程控制原理复习(第4章)4.1 根轨迹法的基本概念4.2 绘制根轨迹图的基本条件和基本规则4.3 根轨迹绘制方法举例4.4 系统具有纯滞后环节的根轨迹4.5 根轨迹法在控制系统分析和设计中的应用第4章 控制系统根轨迹分析法
7、*过程控制原理（北京理工大学 5 院）17*过程控制原理复习(第4章)系统开环传递函数表达式为：图4-8 根轨迹的渐近线 *过程控制原理（北京理工大学 5 院）18*在已知系统开环传递函数的零、极点情况下，可确定闭环的极点，并依此分析系统参量发生变化时对闭环极点位置的影响。本章的主要内容可归纳以下几点：系统参量（增益）变化时，闭环极点在S平面上运动的轨迹称为根轨迹。当以系统开环增益为变量的轨迹，称为常规根轨迹，而以其他系统参量作为变量绘制的根轨迹称为参量根轨迹（广义根轨迹）。过程控制原理复习(第4章小结)*过程控制原理（北京理工大学 5 院）19*当系统开环传递增函数零点、极点已知，根据闭环特
8、征方程得到的幅值条件和相角条件，可以推导出绘制常规根轨迹的基本规则。滞后环节的存在使系统的特征方程成为超越方程，相应的根轨迹有无限多条，绘制常规根轨迹所依据的幅值条件和相角条件应作一定的修改。用根轨迹法可确定闭环系统的零、极点在S平面上的位置。如系统存在一对主导极点，则可根据主导极点近似估算出系统暂态响应。过程控制原理复习(第4章小结)*过程控制原理（北京理工大学 5 院）20*超前校正环节的加入，可使系统的根轨迹左移，改善系统的瞬态响应特性；而滞后校正环节的加入，可改善系统的稳态特性，即提高系统的稳态精度。过程控制原理复习(第4章小结)*过程控制原理（北京理工大学 5 院）21*过程控制原理
9、复习(第5章)5.2 频率特性及其与传递函数的关系5.3 频率特性的图示方法5.4 奈魁斯特稳定判据5.5 控制系统的稳定裕量5.6 闭环频率特性5.7 频率法在校正装置设计中的应用第5章 控制系统频率特性分析法*过程控制原理（北京理工大学 5 院）22*过程控制原理复习(第5章)研究系统对正弦输入信号的稳态响应。当输入是正弦信号 时, 线性定常系统的输出也是正弦信号。它们的频率相同, 而 幅值与相角则有所不同。但输出信号的幅值和相角还是输入信 号频率的函数。首先介绍系统的频率特性函数, 即S=j时的系统传递函数 G(s), 然后又研究如何用图解方法来表示频率特性函数G(j)随 的变化情况。B
10、ode图方法就是这样一种图解方法, 它非常适合 控制系统的分析和设计。也讨论了极坐标图和对数幅相图两种图 解方法。介绍增益裕度、相角裕度、带宽等概念,研究了频率域内的稳 定性判别方法Nyquist稳定性判据,是并通过例子说明Nyquist 判据的应用。*过程控制原理（北京理工大学 5 院）23*过程控制原理复习(第5章)带宽( Bandwidth): 从低频开始到频率响应的对数幅值下降-3dB 所对应的频率范围。 Bode图(Bode plot):传递函数的对数幅值与对数频率之间的关 系图以及传递函数的相角与对数频率之间的关系图。 转折频率(Corner frequency):由于零点或极点的
11、影响,幅频响应 渐近线的斜率发生变化时的对应频率。 最小相位(Minimum phase): 传递函数的所有零极点都在s左半平面。 非最小相位( Non-minimum phase): 传递函数有零极点在S右半平面。 极坐标图(Polar plot ) : G(j)的实部与虚部的关系图。 频率特性函数( Transfer function in the frequency domain ): 当输 入为正弦信号时, 输出与输入的Fourier变换之比, 常记为G(j)。*过程控制原理（北京理工大学 5 院）24*过程控制原理典型试题分析*过程控制原理（北京理工大学 5 院）25*过程控制原理典型试题分析*过程控制原理（北京理工大学 5 院）26*过程控制原理典型试题分析*过程控制原理（北京理工大学 5 院）27*过程控制原理典型试题分析
