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1、第2章 控制系统基本组成环节特性分析 qq被控对象特性及其对过渡过程的影响被控对象特性及其对过渡过程的影响 qq测量变送环节特性及其对过渡过程的影响测量变送环节特性及其对过渡过程的影响 qq执行器特性及其对过渡过程的影响执行器特性及其对过渡过程的影响 qq控制规律及其对过渡过程的影响控制规律及其对过渡过程的影响调节器 (控制器)被控对象测量变送环节 (传感器、变送器)+x执行器zeuqyf “1 1”“1 1”2.1 2.1 被控对象特性及其对过渡过程的影响被控对象特性及其对过渡过程的影响对象特性对象特性是指对象输入量与输出量之间的关系是指对象输入量与输出量之间的关系( (数学模型数学模型)
2、)即对象受到输入作用后，被控变量是如何变化的、变化量为多少即对象受到输入作用后，被控变量是如何变化的、变化量为多少 输入量？输入量？控制变量各种各样的干扰变量控制变量各种各样的干扰变量由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为由对象的输入变量至输出变量的信号联系称为通道通道控制变量至被控变量的信号联系通道称控制变量至被控变量的信号联系通道称控制通道控制通道干扰至被控变量的信号联系通道称干扰至被控变量的信号联系通道称干扰通道干扰通道对象输出为控制通道输出与各干扰通道输出之和对象输出为控制通道输出与各干扰通道输出之和 控制通道控制通道干扰通道干扰通道干扰变量控制变量控制变量被控变量被控对象被控对象数
3、学模型的表示方法：数学模型的表示方法： 参量模型参量模型：通过数学方程式表示：通过数学方程式表示常用的描述形式：微分方程常用的描述形式：微分方程( (组组) )* *、传递函数、传递函数* *、频率特性等、频率特性等参量模型的微分方程的一般表达式：参量模型的微分方程的一般表达式： y(t)y(t)表示输出量，表示输出量，x(t)x(t)表示输入量，通常输出量的阶次不低与输入量的阶次表示输入量，通常输出量的阶次不低与输入量的阶次(nm) (nm) 当当n=mn=m时，称对象是时，称对象是正则正则的；当的；当nmnm时，称对象是时，称对象是严格正则严格正则的；的；n0t0时，时，u(t)u(t)e
4、(t)e(t)，很显然这种控制作用在实际应用中没有什么态，很显然这种控制作用在实际应用中没有什么态大的意义大的意义根据这根据这2 2个特点不难理解：微分作用不能作为一种单独的调节规律个特点不难理解：微分作用不能作为一种单独的调节规律来使用，理想的来使用，理想的PDPD作用不能直接使用；微分作用一般多用于对象时间作用不能直接使用；微分作用一般多用于对象时间常数较大的系统之中。常数较大的系统之中。 u(t)T+KpA(a)u(t)0+e(t)=Atu(t)=(Td+t)A(b)实际的比例微分控制作用实际的比例微分控制作用从前面的波形图中可以看到，如果调节器的输入为阶跃信号，理想从前面的波形图中可以
5、看到，如果调节器的输入为阶跃信号，理想PDPD调节器的调节器的输出为脉冲信号，而脉冲信号不可能被其它环节（执行器）所接收到。在工业应用输出为脉冲信号，而脉冲信号不可能被其它环节（执行器）所接收到。在工业应用现场时不采用理想的现场时不采用理想的PDPD作用，而采用实际的作用，而采用实际的PDPD作用。作用。实际的实际的PDPD作用表达式为：作用表达式为：式中，式中，KdKd为微分增益，它反映了实际微分特性与理想微分特性接近的程度为微分增益，它反映了实际微分特性与理想微分特性接近的程度KdKd越大微分作用越接近理想程度，越大微分作用越接近理想程度，KdKd一般为一般为5 51010。另外还有一类另
6、外还有一类Kd1Kd1的单元，称为反微分器，它具有迟缓信号变换的作用。的单元，称为反微分器，它具有迟缓信号变换的作用。 实际比例微分控制作用的阶跃响应实际比例微分控制作用的阶跃响应e(t)au(t)0.632KP(Kd-1)aKPaKdKPa(Kd-)KPad当t = 0+时 uKdKPa当t 时 uKpa当t = d时 uKPa0.368（Kd1）KPaKp的测定：u()/aKd的测定：u(0)/u()Td的测定：测出d后乘以Kd微分作用对过渡过程的影响微分作用对过渡过程的影响 从图看出，微分时间太大及太小均不合适，应取适当的数从图看出，微分时间太大及太小均不合适，应取适当的数值。由于增加微
7、分作用，可以减小比例度，因而微分时间值。由于增加微分作用，可以减小比例度，因而微分时间越大，余差也就越小。一般温度调节系统常需加微分作用越大，余差也就越小。一般温度调节系统常需加微分作用 ，其他系统需要较少。有些系统由于反应太快，可加，其他系统需要较少。有些系统由于反应太快，可加“ “反微反微分分” ”，以降低系统的灵敏度。，以降低系统的灵敏度。 微分作用的特点：对于有过渡滞后的对象，采用PD控制能明显改善过渡过程的品质；PD控制有超前作用Td，微分作用加强，系统稳定性提高，表现为：衰减比增大；过渡过程最大偏差减少emax；过渡时间tp；Td太大，微分作用太强，导致反应速度过快，引起系统振荡引
8、入微分作用以后，不能消除余差，但余差会有所减少微分作用对纯滞后的对象不起作用。微分作用对过渡过程的影响微分作用对过渡过程的影响 微分作用适用于过渡滞后强的对象，如：温度对象(其他系统较少用 )微分作用对高频噪声非常敏感，在流量控制系统总流量测量信号通常包含脉冲干扰，象这类对象一般不加微分作用。有些系统由于反应太快，可加“反微分”，以降低系统的灵敏度。现场控制系统中用比例微分作用的不多，较常见的是比例积分微分三作用控制规律（通常称为PID控制）。 比例积分微分控制比例积分微分控制 PIDPID在工业生产中，常在工业生产中，常将比例、积分、微分三种作用规律结合起来，可将比例、积分、微分三种作用规律
9、结合起来，可以得到较为满意的控制质量，包括这三种控制规律的控制器称为比以得到较为满意的控制质量，包括这三种控制规律的控制器称为比 例积分微分三作用控制器，习惯上称为例积分微分三作用控制器，习惯上称为PIDPID控制规律，控制规律，其理想的输出其理想的输出与输入的关系为与输入的关系为： 理想理想 PIDPID算法算法实际实际PIDPID算法算法KiKi积分增益，一般较大，积分增益，一般较大，IIIIII型模拟调节器约型模拟调节器约10104 410105 5KdKd微分增益，一般为微分增益，一般为5 51010PIDPID控制的阶跃响应控制的阶跃响应uPuDuPIDe(t)e(t)uPuDuPIDuIuI常见对象特点及其常用调节器类型常见对象特点及其常用调节器类型液位液位滞后不大，一般控制要求不高，常用滞后不大，一般控制要求不高，常用P P或或PIPI调节器；调节器；流量流量滞后很小，响应快，测量信号有脉动信号，常用滞后很小，响应快，测量信号有脉动信号，常用PIPI调调节器（一般不能加节器（一般不能加D D）；）；压力压力液体介质：滞后小，气体介质：滞后适中，常用液体介质：滞后小，气体介质：滞后适中，常用P P或或PIPI调节器，有时可用位式控制；调节器，有时可用位式控制；温度温度滞后较大，响应较慢，常用滞后较大，响应较慢，常用PIDPID调节器。调节器。
