1、 工工 業(yè)業(yè) 過(guò)過(guò) 程程 控控 制制第第1章章 緒論緒論第第2章章 檢測(cè)儀表檢測(cè)儀表第第3章章 控制儀表控制儀表第第4章章 執(zhí)行器及安全柵執(zhí)行器及安全柵第第5章章 被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型第第6章章 簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定第第7章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)本課程主要內(nèi)容本課程主要內(nèi)容教材教材王再英等王再英等 過(guò)程控制及儀表過(guò)程控制及儀表 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 ，2006主要參考書(shū)主要參考書(shū)v林錦國(guó)，林錦國(guó)， 過(guò)程控制系統(tǒng)過(guò)程控制系統(tǒng)儀表儀表 裝置裝置 東南大學(xué)出版社東南大學(xué)出版社 ，2001v侯志林，侯志林， 過(guò)程控制與自動(dòng)化儀表過(guò)程控制

2、與自動(dòng)化儀表 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社 ，1999v邵玉森，邵玉森， 過(guò)程控制及儀表過(guò)程控制及儀表 高教出版社高教出版社 ，1999學(xué)習(xí)本課程的目的學(xué)習(xí)本課程的目的l了解了解工藝參數(shù)的基本測(cè)量方法，能正確選擇使用自動(dòng)工藝參數(shù)的基本測(cè)量方法，能正確選擇使用自動(dòng)化儀表。化儀表。l理解理解自控系統(tǒng)的工作原理及各環(huán)節(jié)的作用，自控系統(tǒng)的工作原理及各環(huán)節(jié)的作用，掌握掌握基本基本控制規(guī)律及其控制器參數(shù)對(duì)被控過(guò)程的影響，能對(duì)自動(dòng)控制控制規(guī)律及其控制器參數(shù)對(duì)被控過(guò)程的影響，能對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)。系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)。l掌握掌握常見(jiàn)的幾種控制方案的原理，系統(tǒng)組成，特點(diǎn)，常見(jiàn)的幾種控制方案的原理，系統(tǒng)組

3、成，特點(diǎn)，能對(duì)給出的常見(jiàn)的被控過(guò)程進(jìn)行合理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。能對(duì)給出的常見(jiàn)的被控過(guò)程進(jìn)行合理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。l了解了解常用過(guò)程控制設(shè)備，先進(jìn)過(guò)程控制技術(shù)（常用過(guò)程控制設(shè)備，先進(jìn)過(guò)程控制技術(shù)（PLC，DCS，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等），現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等） 第一章第一章 緒論緒論了解過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，特點(diǎn)了解過(guò)程控制系統(tǒng)的發(fā)展歷程，特點(diǎn)理解過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的性能指標(biāo)的含義理解過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)的性能指標(biāo)的含義掌握簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成，過(guò)程控制系統(tǒng)的分類掌握簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)的組成，過(guò)程控制系統(tǒng)的分類第第1 1章章 緒論緒論 過(guò)程控制過(guò)程控制（Process control）是指）是指連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控

4、制。石油、化工、水利、電力、冶金、輕的自動(dòng)控制。石油、化工、水利、電力、冶金、輕工、紡織、制藥、建材、核能、環(huán)境工程等許多領(lǐng)工、紡織、制藥、建材、核能、環(huán)境工程等許多領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程的控制，都屬于域的生產(chǎn)過(guò)程的控制，都屬于過(guò)程控制過(guò)程控制。連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程的特征是：生產(chǎn)過(guò)程中的各種流體，的特征是：生產(chǎn)過(guò)程中的各種流體，在連續(xù)（或間歇）的流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行著物理化學(xué)反在連續(xù)（或間歇）的流動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行著物理化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)能量的傳遞或轉(zhuǎn)換。應(yīng)、物質(zhì)能量的傳遞或轉(zhuǎn)換。例如室內(nèi)溫度的控制。例如室內(nèi)溫度的控制。圖圖1 1 為人工控制室溫。假設(shè)在冬季，室內(nèi)加溫為人工控制室溫。假設(shè)在冬季，室內(nèi)加溫是通過(guò)是通

5、過(guò)將熱風(fēng)將熱風(fēng)送往恒溫室。為保證恒溫室溫符合要送往恒溫室。為保證恒溫室溫符合要求，操作人員要隨時(shí)觀察溫度計(jì)的指示值，并隨時(shí)求，操作人員要隨時(shí)觀察溫度計(jì)的指示值，并隨時(shí)判斷和決定如何操作閥門(mén)來(lái)保證恒溫要求，然后進(jìn)判斷和決定如何操作閥門(mén)來(lái)保證恒溫要求，然后進(jìn)行操作。行操作。 在此人的作用在此人的作用可分為三步：可分為三步： 眼看眼看 腦想腦想 手動(dòng)手動(dòng)送風(fēng)送風(fēng)回風(fēng)回風(fēng)恒溫室溫度計(jì)溫度計(jì)閥門(mén)閥門(mén)圖圖1 室溫人工控制示意圖室溫人工控制示意圖手動(dòng)手動(dòng)自動(dòng)控自動(dòng)控制閥代替人工閥門(mén)，制閥代替人工閥門(mén)，按控制信號(hào)自動(dòng)改變按控制信號(hào)自動(dòng)改變開(kāi)度。開(kāi)度。眼看眼看用傳感器或變送器將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為用傳感器或變送器將溫

6、度信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制器可接受的信號(hào)。控制器可接受的信號(hào)。腦想腦想控制器將輸入的實(shí)測(cè)溫度信號(hào)和要求控制器將輸入的實(shí)測(cè)溫度信號(hào)和要求值進(jìn)行比較（相減求偏差值進(jìn)行比較（相減求偏差) ,并按偏差值計(jì)算出控制并按偏差值計(jì)算出控制量。量。送風(fēng)送風(fēng)回風(fēng)回風(fēng)恒溫室溫度計(jì)溫度計(jì)閥門(mén)閥門(mén)圖圖1 室溫人工控制示意圖室溫人工控制示意圖1熱水加熱器；熱水加熱器；2傳感變送器；傳感變送器；3控制器；控制器；4執(zhí)行器執(zhí)行器人工控制受制于人的經(jīng)驗(yàn)和注意力，控制不精人工控制受制于人的經(jīng)驗(yàn)和注意力，控制不精確。而自動(dòng)控制按設(shè)定好的方案進(jìn)行計(jì)算控制，可確。而自動(dòng)控制按設(shè)定好的方案進(jìn)行計(jì)算控制，可以做到精確的、恰當(dāng)?shù)目刂啤D以做到精確的

7、、恰當(dāng)?shù)目刂啤D2為室溫自動(dòng)控制，為室溫自動(dòng)控制，自動(dòng)化儀表代替了人。自動(dòng)化儀表代替了人。回風(fēng)回風(fēng)恒溫室23送風(fēng)送風(fēng)熱水熱水M回水回水41TCTT圖圖2 室溫自動(dòng)控制示意圖室溫自動(dòng)控制示意圖 過(guò)程控制系統(tǒng)的定義：過(guò)程控制系統(tǒng)的定義： 為實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，由相互聯(lián)為實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，由相互聯(lián)系的自動(dòng)化儀表、裝置及被控對(duì)象、工藝設(shè)備構(gòu)成系的自動(dòng)化儀表、裝置及被控對(duì)象、工藝設(shè)備構(gòu)成的的 一個(gè)整體，又稱自動(dòng)控制系統(tǒng)。一個(gè)整體，又稱自動(dòng)控制系統(tǒng)。 回風(fēng)回風(fēng)恒溫室23送風(fēng)送風(fēng)熱水熱水M回水回水41TCTT 在討論控制系統(tǒng)工作原理時(shí)，為清楚地表示自在討論控制系統(tǒng)工作原理時(shí)，為清楚地表

8、示自動(dòng)控制系統(tǒng)各組成部分的作用及相互關(guān)系，一般用動(dòng)控制系統(tǒng)各組成部分的作用及相互關(guān)系，一般用原理框圖來(lái)表示控制系統(tǒng)。原理框圖來(lái)表示控制系統(tǒng)。 如圖如圖2的室溫控制系統(tǒng)是由溫度變送器、控制的室溫控制系統(tǒng)是由溫度變送器、控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和加熱器及房間組成。器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和加熱器及房間組成。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥加熱器加熱器及房間及房間 +e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值 過(guò)程控制系統(tǒng)方框圖過(guò)程控制系統(tǒng)方框圖通常用標(biāo)準(zhǔn)名稱表示。通常用標(biāo)準(zhǔn)名稱表示。如：如： 給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值

9、實(shí)測(cè)值回風(fēng)回風(fēng)恒溫室23送風(fēng)送風(fēng)熱水熱水M回水回水41TCTT過(guò)程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的過(guò)程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的重要參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度重要參數(shù)（溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度等）進(jìn)行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。等）進(jìn)行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化。1.1 過(guò)程控制的特點(diǎn)過(guò)程控制的特點(diǎn)1控制對(duì)象復(fù)雜、控制要求多樣控制對(duì)象復(fù)雜、控制要求多樣2控制方案豐富控制方案豐富 3控制對(duì)象大多屬于慢過(guò)程參數(shù)控制控制對(duì)象大多屬于慢過(guò)程參數(shù)控制4大多數(shù)工藝要求定值控制大多數(shù)工藝要求定值控制5通常使用標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化儀表及裝置通常使用標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化儀表及裝

10、置 1.2 過(guò)程控制的發(fā)展概況過(guò)程控制的發(fā)展概況 過(guò)程控制的發(fā)展歷程，就是過(guò)程控制裝置（自過(guò)程控制的發(fā)展歷程，就是過(guò)程控制裝置（自動(dòng)化儀表）與系統(tǒng)的發(fā)展歷程。動(dòng)化儀表）與系統(tǒng)的發(fā)展歷程。1.2.1過(guò)程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程過(guò)程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程1局部自動(dòng)化階段局部自動(dòng)化階段 （20世紀(jì)世紀(jì) 5060年代）年代）q自動(dòng)化儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)自動(dòng)化儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備上，只具備簡(jiǎn)單的測(cè)控功能。備上，只具備簡(jiǎn)單的測(cè)控功能。q適用于小規(guī)模、局部過(guò)程控制。適用于小規(guī)模、局部過(guò)程控制。特點(diǎn)：特點(diǎn)：q自動(dòng)化儀表劃分成各種標(biāo)準(zhǔn)功能單元，按需自動(dòng)化儀表劃分成各種標(biāo)準(zhǔn)功能單元，按需要可以組合成各種控制系

11、統(tǒng)。要可以組合成各種控制系統(tǒng)。q控制儀表集中在控制室，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各處的參控制儀表集中在控制室，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各處的參數(shù)通過(guò)統(tǒng)一的模擬信號(hào)，送往控制室。操作人員數(shù)通過(guò)統(tǒng)一的模擬信號(hào)，送往控制室。操作人員可以在控制室監(jiān)控生產(chǎn)流程各處的狀況。可以在控制室監(jiān)控生產(chǎn)流程各處的狀況。q適用于生產(chǎn)規(guī)模較大的多回路控制系統(tǒng)。適用于生產(chǎn)規(guī)模較大的多回路控制系統(tǒng)。2模擬單元儀表控制階段模擬單元儀表控制階段（20世紀(jì)世紀(jì)6070年代）年代）3集散控制階段集散控制階段（20世紀(jì)世紀(jì)70年代中期至今）年代中期至今）計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了控制功能的實(shí)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了控制功能的實(shí)現(xiàn)。用一臺(tái)計(jì)算機(jī)可取代所有回路的控制儀

12、表，實(shí)現(xiàn)直用一臺(tái)計(jì)算機(jī)可取代所有回路的控制儀表，實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制（接數(shù)字控制（ DDC， Direct Digital Control ） 。但但DDC系統(tǒng)的故障危險(xiǎn)高度集中，一旦計(jì)算系統(tǒng)的故障危險(xiǎn)高度集中，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)造成所有控制回路癱瘓，使生產(chǎn)機(jī)出現(xiàn)故障，就會(huì)造成所有控制回路癱瘓，使生產(chǎn)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)加大。因此，很快開(kāi)發(fā)了集中、分散相結(jié)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)加大。因此，很快開(kāi)發(fā)了集中、分散相結(jié)合的集散型控制系統(tǒng)（合的集散型控制系統(tǒng)（ DCS，Distributed Control System）。）。 80年代初，隨著計(jì)算機(jī)性能提高、體積縮小，年代初，隨著計(jì)算機(jī)性能提高、體積縮小，出現(xiàn)了內(nèi)裝出現(xiàn)了

13、內(nèi)裝CPU的數(shù)字控制儀表。基于的數(shù)字控制儀表。基于 “集中集中管理，分散控制管理，分散控制” 的理念，在數(shù)字控制儀表和的理念，在數(shù)字控制儀表和計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上，集中、分散相結(jié)合的計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上，集中、分散相結(jié)合的集散型控制系統(tǒng)集散型控制系統(tǒng)DCS得以流行。得以流行。 DCS系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，管理功能集中于上系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)，管理功能集中于上層，工藝控制分散在下層。集管理方便、控制故層，工藝控制分散在下層。集管理方便、控制故障風(fēng)險(xiǎn)分散之優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。障風(fēng)險(xiǎn)分散之優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛應(yīng)用。如今，隨著如今，隨著CPU進(jìn)入檢測(cè)儀表和執(zhí)行器，自進(jìn)入檢測(cè)儀表和執(zhí)行器，自動(dòng)化儀表徹底實(shí)現(xiàn)了數(shù)字

14、化、智能化。動(dòng)化儀表徹底實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、智能化。控制系統(tǒng)也出現(xiàn)了由智能儀表構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總控制系統(tǒng)也出現(xiàn)了由智能儀表構(gòu)成的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbus Control System)。 FCS系統(tǒng)把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，依靠系統(tǒng)把控制功能徹底下放到現(xiàn)場(chǎng)，依靠現(xiàn)場(chǎng)智能儀表便可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、控制。現(xiàn)場(chǎng)智能儀表便可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、控制。而用開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化的通信網(wǎng)絡(luò)而用開(kāi)放的、標(biāo)準(zhǔn)化的通信網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)總現(xiàn)場(chǎng)總線，將分散在現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)的通信連接起來(lái)，線，將分散在現(xiàn)場(chǎng)的控制系統(tǒng)的通信連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息集中管理。實(shí)現(xiàn)信息集中管理。1.2.2過(guò)程控制策略與算法發(fā)展過(guò)程控制策略與算

15、法發(fā)展 伴隨著自動(dòng)化儀表的發(fā)展，過(guò)程控制策略與算伴隨著自動(dòng)化儀表的發(fā)展，過(guò)程控制策略與算法也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展歷程。法也經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展歷程。 以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的PID （Proportional Integral Derivative）控制算法，由單回路控制發(fā)）控制算法，由單回路控制發(fā)展了串級(jí)控制、比值控制、前饋控制、均勻控制、展了串級(jí)控制、比值控制、前饋控制、均勻控制、Smith預(yù)估控制及選擇性控制等控制策略。預(yù)估控制及選擇性控制等控制策略。 隨著現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)的發(fā)展，解隨著現(xiàn)代控制理論和人工智能技術(shù)的發(fā)展，解耦控制、推斷控制、預(yù)測(cè)控制、

16、模糊控制、自適應(yīng)耦控制、推斷控制、預(yù)測(cè)控制、模糊控制、自適應(yīng)控制等控制策略與算法，也日趨完善。控制等控制策略與算法，也日趨完善。 現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)的主要特點(diǎn)：現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)的主要特點(diǎn)：1、功能綜合化，控制與管理一體化已成為功能綜合化，控制與管理一體化已成為趨勢(shì)，其應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模越來(lái)越大。趨勢(shì)，其應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模越來(lái)越大。2、技術(shù)密集化、系統(tǒng)集成化，是控制技術(shù)、技術(shù)密集化、系統(tǒng)集成化，是控制技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。3、系統(tǒng)的智能化程度日益提高，控制精度系統(tǒng)的智能化程度日益提高，控制精度越來(lái)越高，控制手段日益豐富。越來(lái)越高，控制手段日益豐富。常見(jiàn)的

17、工業(yè)自動(dòng)化儀表及應(yīng)用有：常見(jiàn)的工業(yè)自動(dòng)化儀表及應(yīng)用有：控制柜觸摸顯示屏控制柜觸摸顯示屏控制柜內(nèi)部控制柜內(nèi)部控制柜內(nèi)控制柜內(nèi)PLC過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室1.3 過(guò)程控制系統(tǒng)分類及其性能指標(biāo)過(guò)程控制系統(tǒng)分類及其性能指標(biāo)1.3.1過(guò)程控制系統(tǒng)的分類過(guò)程控制系統(tǒng)的分類過(guò)程控制系統(tǒng)有多種分類方法。按所控制的參過(guò)程控制系統(tǒng)有多種分類方法。按所控制的參數(shù)來(lái)分，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控?cái)?shù)來(lái)分，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)所處理的信號(hào)方式來(lái)分，有制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)所處理的信號(hào)方式來(lái)分，有模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)；按照控制器類型來(lái)模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)；按照控

18、制器類型來(lái)分，有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。分，有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。但在討論控制原理時(shí)，常用的分類方法是按設(shè)但在討論控制原理時(shí)，常用的分類方法是按設(shè)定值的形式或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類。定值的形式或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類。1. 按設(shè)定值的形式分類按設(shè)定值的形式分類1）定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng) 設(shè)定值恒定不變。設(shè)定值恒定不變。2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)定值隨時(shí)可能變化。設(shè)定值隨時(shí)可能變化。3）程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)設(shè)定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化。設(shè)定值按預(yù)定的時(shí)間程序變化。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)

19、測(cè)值2. 按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類1）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)）反饋控制系統(tǒng)（閉環(huán)控制系統(tǒng)） 將被控變量輸入到控制器，形成閉環(huán)，具有被將被控變量輸入到控制器，形成閉環(huán)，具有被控變量負(fù)反饋的控制系統(tǒng)。如：控變量負(fù)反饋的控制系統(tǒng)。如： 反饋控制系統(tǒng)是過(guò)程控制最基本的結(jié)構(gòu)形式。反饋控制系統(tǒng)是過(guò)程控制最基本的結(jié)構(gòu)形式。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值2）前饋控制系統(tǒng)（開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)）前饋控制系統(tǒng)（開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)） 控制系統(tǒng)沒(méi)有被控變量負(fù)反饋，不將被控變量控制系統(tǒng)沒(méi)有被控變量負(fù)反饋，不將被控變量引入到控制器輸入端

20、。如：引入到控制器輸入端。如：測(cè)量值測(cè)量值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖 變送器變送器3）復(fù)合控制系統(tǒng)復(fù)合控制系統(tǒng) 前饋與反饋相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。如：前饋與反饋相結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。如：給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器1 變送器變送器1執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值 變送器變送器2控制器控制器2前饋前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)原理框圖反饋復(fù)合控制系統(tǒng)原理框圖加法器加法器1.3.2過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)過(guò)程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)當(dāng)被控對(duì)象受到干擾、被控變量發(fā)生變化時(shí)，控當(dāng)被控對(duì)象受到干擾、被控變量發(fā)生

21、變化時(shí)，控制系統(tǒng)抵制干擾、糾正被控變量的過(guò)程，反映了控制制系統(tǒng)抵制干擾、糾正被控變量的過(guò)程，反映了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。為此，要有評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。系統(tǒng)的優(yōu)劣。為此，要有評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是根據(jù)工藝對(duì)控制的要求來(lái)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是根據(jù)工藝對(duì)控制的要求來(lái)制定的，概括為制定的，概括為穩(wěn)定性穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性和和快速性快速性。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值 1.3.2.1穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài) 1、穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 被控變量不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)被控變量不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（

22、態(tài)（靜靜態(tài)態(tài)）。）。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ty靜態(tài)特性靜態(tài)特性靜態(tài)時(shí)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。靜態(tài)時(shí)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。Kxy當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入和輸出均恒定不變時(shí)，當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入和輸出均恒定不變時(shí)，就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài) ，系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)也都處于穩(wěn)定狀態(tài)。但生產(chǎn)還在進(jìn)行，物料和能量也都處于穩(wěn)定狀態(tài)。但生產(chǎn)還在進(jìn)行，物料和能量仍然有進(jìn)有出，只是平穩(wěn)進(jìn)行沒(méi)有改變就是了。仍然有進(jìn)有出，只是平穩(wěn)進(jìn)行沒(méi)有改變就是了。 給定值給定值

23、被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值2、動(dòng)態(tài)、動(dòng)態(tài)被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。當(dāng)干擾破壞了系統(tǒng)的平衡時(shí)，被控變量就會(huì)發(fā)動(dòng)態(tài)。當(dāng)干擾破壞了系統(tǒng)的平衡時(shí)，被控變量就會(huì)發(fā)生變化，而控制器、控制閥等自動(dòng)化裝置就要產(chǎn)生控生變化，而控制器、控制閥等自動(dòng)化裝置就要產(chǎn)生控制作用來(lái)使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。制作用來(lái)使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ty動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性在動(dòng)態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)

24、的輸入輸出變化關(guān)系。在動(dòng)態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出變化關(guān)系。靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ty)()()(tftxty給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值1.3.2.2控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程 控制系統(tǒng)的輸入變化后，系統(tǒng)從原來(lái)的平衡狀控制系統(tǒng)的輸入變化后，系統(tǒng)從原來(lái)的平衡狀態(tài)，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程到達(dá)新的平衡狀態(tài)的動(dòng)態(tài)歷程稱態(tài)，經(jīng)過(guò)動(dòng)態(tài)過(guò)程到達(dá)新的平衡狀態(tài)的動(dòng)態(tài)歷程稱為系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。為系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程。 靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)ty給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控

25、對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值系統(tǒng)的過(guò)渡響應(yīng)受系統(tǒng)的過(guò)渡響應(yīng)受內(nèi)部?jī)?nèi)部和和外部外部?jī)煞N因素的影響。兩種因素的影響。 1、內(nèi)部因素：系統(tǒng)特性、內(nèi)部因素：系統(tǒng)特性系統(tǒng)的特性是由系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性和系統(tǒng)的系統(tǒng)的特性是由系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定的。結(jié)構(gòu)所決定的。 2、外部因素：輸入信號(hào)、外部因素：輸入信號(hào)在系統(tǒng)特性一定的情況下，被控變量隨時(shí)間的在系統(tǒng)特性一定的情況下，被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律取決于系統(tǒng)的輸入信號(hào)。變化規(guī)律取決于系統(tǒng)的輸入信號(hào)。 給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值生產(chǎn)中，干擾是隨機(jī)出現(xiàn)的，對(duì)系統(tǒng)的影響也生產(chǎn)中，

26、干擾是隨機(jī)出現(xiàn)的，對(duì)系統(tǒng)的影響也各不相同。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了充分體各不相同。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了充分體現(xiàn)系統(tǒng)的特性和分析方便，常選擇一些特定的輸入現(xiàn)系統(tǒng)的特性和分析方便，常選擇一些特定的輸入信號(hào)，其中常用的是階躍信號(hào)和正弦信號(hào)，時(shí)域分信號(hào)，其中常用的是階躍信號(hào)和正弦信號(hào)，時(shí)域分析時(shí)經(jīng)常使用階躍信號(hào)。析時(shí)經(jīng)常使用階躍信號(hào)。 Atf（t）tf（t）階躍信號(hào)特點(diǎn)：階躍信號(hào)特點(diǎn)：v階躍信號(hào)變化突然，對(duì)被控變量的影響最大。階躍信號(hào)變化突然，對(duì)被控變量的影響最大。如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種干擾，那么如果一個(gè)控制系統(tǒng)能夠有效地克服這種干擾，那么對(duì)其它比較緩和的干擾也能很好地克服。對(duì)

27、其它比較緩和的干擾也能很好地克服。v階躍信號(hào)的形式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、階躍信號(hào)的形式簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。如圖，輸入信號(hào)在實(shí)驗(yàn)和計(jì)算。如圖，輸入信號(hào)在 t = 0時(shí)，階躍上升時(shí)，階躍上升幅度為幅度為 A ，其后保持。表達(dá)為，其后保持。表達(dá)為 f (t) = A ( t )Atf（t） 在階躍輸入的擾動(dòng)作用下，定值控制系統(tǒng)過(guò)渡在階躍輸入的擾動(dòng)作用下，定值控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程有過(guò)程有四種四種形式：形式： 單調(diào)衰減過(guò)程單調(diào)衰減過(guò)程 被控變量在給定值的被控變量在給定值的一側(cè)作單調(diào)變化，最后穩(wěn)一側(cè)作單調(diào)變化，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。定在某一數(shù)值上。 振蕩衰減過(guò)程振蕩衰減過(guò)程 被控變量上下

28、波動(dòng)，被控變量上下波動(dòng)，但幅度逐漸減少，最后穩(wěn)但幅度逐漸減少，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。定在某一數(shù)值上。t0a0a等幅振蕩過(guò)程等幅振蕩過(guò)程 被控變量在給定值附被控變量在給定值附近來(lái)回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度近來(lái)回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度保持不變。保持不變。 振蕩發(fā)散過(guò)程振蕩發(fā)散過(guò)程 被控變量來(lái)回波動(dòng)，被控變量來(lái)回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度逐漸變大，離且波動(dòng)幅度逐漸變大，離給定值越來(lái)越遠(yuǎn)。給定值越來(lái)越遠(yuǎn)。t0aa0t 過(guò)渡過(guò)程的分類過(guò)渡過(guò)程的分類 （1）穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程 單調(diào)過(guò)程和衰減振蕩過(guò)程是穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程。被單調(diào)過(guò)程和衰減振蕩過(guò)程是穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程。被控變量經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，逐漸趨向原來(lái)的或新的平衡控變量經(jīng)過(guò)一段

29、時(shí)間后，逐漸趨向原來(lái)的或新的平衡狀態(tài)。狀態(tài)。 衰減振蕩過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程較短，經(jīng)常采用。衰減振蕩過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程較短，經(jīng)常采用。 單調(diào)過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程較長(zhǎng)單調(diào)過(guò)程的過(guò)渡過(guò)程較長(zhǎng) ，被控變量長(zhǎng)時(shí)間地偏，被控變量長(zhǎng)時(shí)間地偏離給定值，一般不采用，只是在生產(chǎn)上不允許被控變離給定值，一般不采用，只是在生產(chǎn)上不允許被控變量有波動(dòng)的情況下才采用。量有波動(dòng)的情況下才采用。（2）不穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程不穩(wěn)定的過(guò)渡過(guò)程 發(fā)散振蕩過(guò)程發(fā)散振蕩過(guò)程中中，被控變量不但不能達(dá)到平衡，被控變量不但不能達(dá)到平衡狀態(tài)，而且逐漸遠(yuǎn)離給定值，它將導(dǎo)致被控變量超狀態(tài)，而且逐漸遠(yuǎn)離給定值，它將導(dǎo)致被控變量超越工藝允許范圍，這是生產(chǎn)上所不允許的。越工

30、藝允許范圍，這是生產(chǎn)上所不允許的。（3）臨界過(guò)渡過(guò)程臨界過(guò)渡過(guò)程 處于穩(wěn)定與不穩(wěn)定之間，一般也認(rèn)為是不穩(wěn)定處于穩(wěn)定與不穩(wěn)定之間，一般也認(rèn)為是不穩(wěn)定過(guò)程，生產(chǎn)上一般不采用。只是某些簡(jiǎn)易的控制系過(guò)程，生產(chǎn)上一般不采用。只是某些簡(jiǎn)易的控制系統(tǒng)（如位式控制），只能達(dá)到這種效果。統(tǒng)（如位式控制），只能達(dá)到這種效果。 1.3.2.3控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo) 對(duì)控制系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)，是根據(jù)工藝對(duì)控制過(guò)程對(duì)控制系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)，是根據(jù)工藝對(duì)控制過(guò)程和結(jié)果的要求來(lái)衡量的。控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程曲線是和結(jié)果的要求來(lái)衡量的。控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程曲線是評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)品質(zhì)的樣本。評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)品質(zhì)的樣本。 最典型的控制性

31、能測(cè)試是給系統(tǒng)輸入一個(gè)階躍信最典型的控制性能測(cè)試是給系統(tǒng)輸入一個(gè)階躍信號(hào)，觀察其階躍響應(yīng)的品質(zhì)。號(hào)，觀察其階躍響應(yīng)的品質(zhì)。 給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值二者階躍響應(yīng)二者階躍響應(yīng)曲線有所不同，但曲線有所不同，但反映的控制系統(tǒng)的反映的控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是一致的。性能指標(biāo)是一致的。(a) 干擾階躍響應(yīng)干擾階躍響應(yīng)t0y y(b) 給定階躍響應(yīng)給定階躍響應(yīng)0ty y階躍響應(yīng)有給定階躍響應(yīng)和干擾階躍響應(yīng)兩類：階躍響應(yīng)有給定階躍響應(yīng)和干擾階躍響應(yīng)兩類：干擾階躍響應(yīng)和給定階躍響應(yīng)的區(qū)別：干擾階躍響應(yīng)和給定階躍響應(yīng)的區(qū)別：(a)

32、 干擾階躍響應(yīng)干擾階躍響應(yīng)t0y y給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值(b) 給定階躍響應(yīng)給定階躍響應(yīng)0ty y給定值給定值被控變量被控變量干擾干擾f 控制器控制器 變送器變送器執(zhí)行器執(zhí)行器被控對(duì)象被控對(duì)象+e實(shí)測(cè)值實(shí)測(cè)值1. 系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)單項(xiàng)性能指標(biāo)包含了對(duì)控制系統(tǒng)的單項(xiàng)性能指標(biāo)包含了對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性和和快速性快速性三方面的評(píng)價(jià)。三方面的評(píng)價(jià)。 控制性能指標(biāo)有單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)兩類控制性能指標(biāo)有單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)兩類單項(xiàng)性能指標(biāo)以控制系統(tǒng)被控參數(shù)過(guò)渡過(guò)程的

33、單項(xiàng)性能指標(biāo)以控制系統(tǒng)被控參數(shù)過(guò)渡過(guò)程的單項(xiàng)特征量作為性能指標(biāo)，偏差積分性能指標(biāo)則是一單項(xiàng)特征量作為性能指標(biāo)，偏差積分性能指標(biāo)則是一種綜合性指標(biāo)。種綜合性指標(biāo)。由于在多數(shù)情況下，都希望得到衰減振蕩過(guò)程，由于在多數(shù)情況下，都希望得到衰減振蕩過(guò)程，因此以衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程形式為例，討論控制系統(tǒng)因此以衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程形式為例，討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。的品質(zhì)指標(biāo)。1）衰減比）衰減比n和衰減率和衰減率衰減比衰減比 n 和衰減率和衰減率 是表示系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)。是表示系統(tǒng)穩(wěn)定程度的指標(biāo)。設(shè)第一個(gè)波振幅為設(shè)第一個(gè)波振幅為 y1、第三個(gè)波振幅為、第三個(gè)波振幅為 y3圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾

34、動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt13yny131yy11ynn大于大于1，系統(tǒng)穩(wěn)定。隨著，系統(tǒng)穩(wěn)定。隨著n的增大，過(guò)渡過(guò)程逐的增大，過(guò)渡過(guò)程逐漸由衰減振蕩趨向于單調(diào)過(guò)程。漸由衰減振蕩趨向于單調(diào)過(guò)程。試驗(yàn)證明：試驗(yàn)證明：衰減比在衰減比在 4: 1到到10:1之間時(shí)，之間時(shí)，過(guò)渡過(guò)過(guò)渡過(guò)程的程的衰減程度合適，衰減程度合適，過(guò)渡過(guò)程較短。過(guò)渡過(guò)程較短。衰減比衰減比n與衰減率與衰減率之間有簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系：之間有簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系：n = 4:110:1 就相當(dāng)于就相當(dāng)于 = 75 %90% yry1y3Cy()TpTSTt13yny最大動(dòng)態(tài)偏差是控制系統(tǒng)

35、動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。最大動(dòng)態(tài)偏差是控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。 2）最大動(dòng)態(tài)偏差）最大動(dòng)態(tài)偏差A(yù)和超調(diào)量和超調(diào)量 最大動(dòng)態(tài)偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大最大動(dòng)態(tài)偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大程度。即程度。即: A = ymax - r 圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTtA 有時(shí)也采用超調(diào)量有時(shí)也采用超調(diào)量來(lái)表示被控參數(shù)偏離設(shè)定來(lái)表示被控參數(shù)偏離設(shè)定值的程度，值的程度， 的定義是第一個(gè)波振幅與最終穩(wěn)態(tài)值的定義是第一個(gè)波振幅與最終穩(wěn)態(tài)值y()之比。即之比。即圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)

36、控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt1y100%y()3）余差）余差C 過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控參數(shù)的穩(wěn)態(tài)值過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，被控參數(shù)的穩(wěn)態(tài)值y()與設(shè)與設(shè)定值之間的殘余偏差叫做余差，也稱靜差。是衡量定值之間的殘余偏差叫做余差，也稱靜差。是衡量控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的指標(biāo)。控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性的指標(biāo)。C= y() - r圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt4）調(diào)節(jié)時(shí)間）調(diào)節(jié)時(shí)間Ts和振蕩頻率和振蕩頻率 Ts是指從過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始到過(guò)渡過(guò)程結(jié)束所需的是指從過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始到過(guò)渡過(guò)程結(jié)束所需的時(shí)間。

37、當(dāng)被控參數(shù)與穩(wěn)態(tài)值間的偏差進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的時(shí)間。當(dāng)被控參數(shù)與穩(wěn)態(tài)值間的偏差進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的5% （或（或2%）范圍內(nèi)，就認(rèn)為過(guò)渡過(guò)程結(jié)束。）范圍內(nèi)，就認(rèn)為過(guò)渡過(guò)程結(jié)束。圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3y()TpTSTt圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3y()TpTSTt過(guò)渡過(guò)程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的過(guò)渡過(guò)程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時(shí)間間隔叫振蕩周期時(shí)間間隔叫振蕩周期T ，其倒數(shù)稱為振蕩頻率，其倒數(shù)稱為振蕩頻率 f = 1/T對(duì)應(yīng)的角頻率對(duì)應(yīng)的角

38、頻率 = 2 /T調(diào)節(jié)時(shí)間和振蕩頻率是衡量系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。調(diào)節(jié)時(shí)間和振蕩頻率是衡量系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。另外還有峰值時(shí)間另外還有峰值時(shí)間Tp也是衡量系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。也是衡量系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。峰值時(shí)間峰值時(shí)間Tp（又稱上升時(shí)間），是指過(guò)渡過(guò)程（又稱上升時(shí)間），是指過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始，至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。開(kāi)始，至被控參數(shù)到達(dá)第一個(gè)波峰所需要的時(shí)間。圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)定值的階躍擾動(dòng)的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt 例例 某換熱器的溫度控制系統(tǒng)給定值為某換熱器的溫度控制系統(tǒng)給定值為200 。 在階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖所示

39、。試求在階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖所示。試求最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間。最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間。 解：解：最大偏差最大偏差 A = 230-200 = 30余差余差 C= 205-200 = 5衰減比衰減比 n = y1: y3 = 25:5 = 5:1振蕩周期振蕩周期 T = 20 5 = 15 （min）設(shè)被控變量進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的土設(shè)被控變量進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值的土2，就認(rèn)為過(guò)渡過(guò)，就認(rèn)為過(guò)渡過(guò)程結(jié)束，則誤差區(qū)域程結(jié)束，則誤差區(qū)域=205 （ 2） 4.1在新穩(wěn)態(tài)值（在新穩(wěn)態(tài)值（205）兩側(cè)以寬度為）兩側(cè)以寬度為4.1畫(huà)一畫(huà)一區(qū)域（陰影線）。曲線進(jìn)入時(shí)間點(diǎn)區(qū)域（

40、陰影線）。曲線進(jìn)入時(shí)間點(diǎn) Ts = 22min 控制系統(tǒng)的單項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)小結(jié)控制系統(tǒng)的單項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)小結(jié)q穩(wěn)定性穩(wěn)定性 衰減比衰減比n = 4:110:1最佳最佳 q準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性 余差余差C小好小好 最大偏差最大偏差 A 小好小好q快速性快速性 過(guò)渡時(shí)間過(guò)渡時(shí)間 Ts 短好短好 振蕩周期振蕩周期 T 短好短好各品質(zhì)指標(biāo)之間既有聯(lián)系、又有制約。例如，各品質(zhì)指標(biāo)之間既有聯(lián)系、又有制約。例如，過(guò)分減小最大偏差，會(huì)使過(guò)渡時(shí)間變長(zhǎng)。因此，過(guò)分減小最大偏差，會(huì)使過(guò)渡時(shí)間變長(zhǎng)。因此，應(yīng)根據(jù)具體工藝情況分清主次，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有決應(yīng)根據(jù)具體工藝情況分清主次，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有決定性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證。定性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證。2. 系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性