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1、热烈欢迎江苏省教育厅咨询评估专家,第二章 控制系统组成及性能指标,吴建国 教授南通大学电气工程学院2007.09,重点：,掌握过程控制系统的组成 结合具体对象，掌握控制系统的方块图描述法 掌握控制器“正、反作用”的选择方法 了解控制系统的性能指标,本章重点内容,第一章内容回顾,分析:当采用进水控制阀时的操纵变量和扰动。,被测变量和仪表功能代号,实例分析,加热炉温度控制系统，要求:(1)指出系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与控制目标(2)画出系统的方块图(3)选择控制阀“气开、气关”形式(4)指出该控制系统的“广义对象”及物理意义。,温度控制系统方块图1,特点：各环节均用实际仪表、设备或装置
2、来表示。,温度控制系统方块图2,特点：采用传递函数与环节名称混合表示，对象用被控过程的动态特性来表示。,温度控制系统方块图3,特点：对象用被控过程的动态特性来表示，其中除控制通道外，所有干扰对被控变量的影响只用一个输出扰动来近似。,控制系统的组成,被控对象 一般由生产工艺所决定执行器 特性选择、“气开”、“气关”选择控制器 控制规律选择、“正、反作用”选择、参数整定测量变送器 特性选择（精度、量程等）,执行器“气开”、“气关”选择,选择原则：满足工艺要求。选择秘诀：根据“开”、“关”对生产过程所产生的破坏性后果，来确定“气开”、或“气关”。,执行器“气开”、“气关”选择举例,气开？气关？,气开
3、？气关？,控制器的“正、反作用”选择问题,问题：如何构成一个负反馈控制系统？,控制器“正、反作用”的定义,当被控变量的测量值增大时，控制器的输出也增大，则该控制器为“正作用”；当被控变量的测量值增大时，控制器的输出反而减少，则该控制器为“反作用”。,被控对象“正、反作用”的定义,当操纵量增大时，被控对象的输出也增大，则该被控对象为“正作用”；当操纵量增大时，被控对象的输出反而减小，则该被控对象为“反作用”；,被控对象“正、反作用”的判别,控制器的“正、反作用”选择-假设检验法,先假设控制器的作用方向，再检查控制回路能否成为“负反馈”系统；选择要点：使控制回路成为“负反馈”系统。,控制器“正、反
4、作用”选择举例-假设检验法,控制阀：“气开”，u Rf对象：正作用，Rf T若温度控制器为正作用，即：Tm u；则,结论：该控制器不能为正作用，而应为反作用。,1）画出控制系统的方块图；2）确定除控制器外各环节的“+、-”号；3）根据回路各环节符号乘积为“+”的原则；4）确定控制器的正反作用。各环节符号的确定：被控对象：正作用（+）、反作用（-）执行器：气开（+）、气关（-）测量变送器：（+）控制器：正作用（-）、反作用（+）,控制器的“正、反作用”选择-符号判别法,控制器的“正、反作用”选择举例-符号判别法,符号判别法的要点：回路中（-）环节数为零或偶数；,控制系统运行的重要准则,控制系统的
5、控制性能指标-时域控制性能指标,稳定性：控制系统的闭环极点位于S平面左半平面稳定性指标（衰减比n、超调量）准确性：控制系统被控变量与设定值之间偏差小准确性指标（余差）快速性：控制系统存在偏差的时间尽量短快速性指标（调节时间、振荡频率）偏离度：控制系统被控变量偏离设定值的离散程度小（为系统综合性指标）,阶跃响应曲线,衰减比（Subsidence ratio）是控制系统的稳定性指标。它是相邻同方向两个波峰的幅值之比。即：n1衰减振荡n无穷大为非周期过程,衰减比n,随动控制系统中，超调量（Overshoot）定义为：定值控制系统采用最大动态 偏差A表示超调程度。即：,超调量和最大动态偏差,余差是控制
6、系统的最终稳态偏差e()。在阶跃输入作用下，余差（Steady-state error）为：,定值控制系统中，r=0，因此有：e()=-C。余差是控制系统稳态准确性指标。,余 差,被控变量从过渡过程开始到进入稳态值5%或2%范围内的时间作为过渡过程的调节时间Ts。调节时间是控制系统的快速性指标。振荡频率与振荡周期T的关系是,调节时间和振荡频率,n相同时，越高，Ts越短；相同时，n越大，Ts越短。,控制系统的控制性能指标-偏差积分指标指标,本章小结,结合具体对象，掌握控制系统的方块图描述法被控变量、操纵量、扰动量 掌握控制器“正、反作用”的选择方法假设检验法、符号判别法 了解控制系统的性能指标,
