上节课主要内容1.自动控制系统组成方框图并分析各部分作用。 2.在阶跃干扰作用下\ue00b过渡过程的几种典型情况。3.过渡过程的控制指标。 一、有关被控过程的几个问题被控过程的特性\ue008当被控过程的输入变量\ue005操纵变量和扰动变量\ue006发生变化时\ue007其输出变量\ue005被控变量\ue006随时间的变化规律。 有关被控过程的几个问题\ue0081.被控过程的负荷负荷\ue008工艺设备的生产能力或运转能力。被控过程的负荷\ue008在控制系统处于稳态时\ue007单位时间内流入或流出被控过程的物料量或能量。如\ue008加热炉的炉温控制中\ue007当炉温保持一定时\ue007单位时间内流入或流出加热炉的热量就是被控过程的负荷。负荷的大小及负荷的变化速度对控制系统均有不同的影响。 2.被控过程的容量及容量系数被控过程的容量\ue008在稳定状态时\ue007被控过程中所能储蓄的物质量或能量。如\ue008加热炉的炉温等于设定值时\ue007炉内所能储蓄的热量称为加热炉的容量。被控过程的容量系数\ue008改变被控变量一个单位时\ue007过程中所需要相应改变的物质量或能量。如\ue008加热炉的炉温控制中\ue007当炉温升高1℃时所需引入的热量即为过程的容量系数\ue007也叫热容量。 3.被控过程的自平衡自平衡\ue008当有扰动作用破坏原有平衡后\ue007在没有操作人员或调节器的干预下\ue007过程所具有的自动重新恢复平衡的特性。如\ue008加热炉的炉温控制中\ue007当燃料流量增加\ue007温度升高\ue007废气带走热量增加\ue007温度又趋于稳定。 4.被控过程的滞后滞后\ue008在生产过程中\ue007当有扰动作用时\ue007被控变量往往不能立即变化而必须等待一段时间\ue007这种被控变量的变化落后于扰动的现象称为滞后。滞后有纯滞后和容量滞后两种。对于单容量对象只有纯滞后\ue007对于多容量对象同时具有纯滞后和容量滞后。 二、阶跃扰动法和特性参数阶跃扰动法\ue005反应曲线法\ue006\ue008用实验的方法测取被控过程在阶跃输入变量作用下\ue007输出变量随时间的变化规律。反应曲线是当输入量作阶跃变化\ue081过程输出量随时间变化的曲线\ue081又称飞升曲线。从反应曲线上\ue081可以用放大系数K 、时间常数T和时滞τ\ue07f滞后时间\ue080来反映过程的特性。 \ue008a\ue009\ue008b\ue009单容量过程的反应曲线(a)(b)下面以具有自平衡能力的单容量及多容量过程为例来讨论这些特性参数。如下图。Δq0输入\ue00bqt\ue00b时间C'ΔC(∞)C(∞)C0t2t1cbaτ0Tc0输出\ue00bCt\ue00b时间ΔC(∞) \ue008c\ue009\ue008d\ue009多容量过程的反应曲线(c)(d)Δq0输入\ue00bqt\ue00b时间τCC'ΔC(∞)C(∞)C0t2t1cbaτ0Tc0输出\ue00bCt\ue00b时间ΔC(∞) 由于被控变量受到控制作用\ue07f控制通道\ue080和扰动作用\ue07f扰动通道\ue080的影响\ue081因而特性参数将从这两方面来分析讨论。通道\ue082输入对输出的作用途径。控制通道\ue082操纵变量对被控变量的作用途径。扰动通道\ue082扰动对被控变量的作用途径。 1.放大系数——静态特性参数 放大系数\ue00d被控过程的输出变化量与输入变化量在时间趋于无穷大时的比值。 K ——控制通道放大系数\ue00e用0fK ——扰动通道放大系数\ue00e a、控制通道放大系数被控变量的变化值△ C 与操作变量的变化值△ q\ue00b在时间趋于无穷大时之比\ue00b即c\ue003K 表示了操纵变量对被控变量的影响能力。0K ——静态特性参数 qccqK\ue003\ue001\ue005\ue002\ue005\ue003\ue00200)()( 00K 越大\ue00b影响越强烈\ue00b控制作用也越显著。 例如\ue00b当燃料流量突然增加△ q 之后\ue00b炉温升高△ C\ue00b并稳定在某一数值 C'。此时△ C\ue008∞\ue009与△ q 的比值\ue00b就是加热炉控制通道的放大系数0K 。 b、扰动通道放大系数fK fccfc\ue003Kf\ue003\ue001\ue005\ue002\ue005\ue003\ue0020)()( fK 表示了阶跃扰动\ue008输入变化值△ f\ue009对被控变量\ue008输出变化值△ C\ue008∞\ue009 \ue009的静态影响能力\ue00eK 越大\ue00b影响越大。 f在考虑控制方案时\ue00b应分析各种扰动对被控变量的影响\ue00b比较它们的放大系数\ue00b分析其可控性能。在工艺条件允许条件下\ue00b通常选择放大系数较大\ue00b可控性能较好的作为操纵变量\ue00b以利于迅速克服扰动对被控变量的影响。 2.时间常数 Tc——动态特性参数 \ue0081\ue009控制通道的时间常数 Tc Tc\ue00d在阶跃干扰作用下\ue00b被控变量完成全部变化量的 63.2\ue007所需的时间\ue00b或保持初始速度达到稳态值所需的时间。 Tc如上图\ue008b\ue009中\ue00b从反应曲线的起始点 b 作切线\ue00b与新的稳态值 C'相交于 a 点\ue00bab 所对应的时间间隔\ue008t2-t1\ue009就是单容量过程的时间常数 Tc。因此\ue00b时间常数是指在干扰作用后\ue00b被控变量由曲线的起始点 b 以最大起始速度上升或下降\ue00b直至新的稳态值所需要的时间。 C'ΔC(∞)C(∞)C0t2t1cbaτ00输出\ue00bCt\ue00b时间ΔC(∞) 由于多容量过程的反应曲线是一条 S 形曲线\ue00b时间常数的求法是通过上图\ue008d\ue009中的 S 形曲线的拐点 A 作切线交横轴于 b\ue00b交新的稳定值 C'于 a\ue00bbc 之间的间隔\ue00b就是双容量或多容量过程的时间常数 Tc。 τCC'ΔC(∞)C(∞)C0t2t1cbaτ0Tc0输出\ue00bCt\ue00b时间ΔC(∞) 时间常数 Tc是反映过程被控变量变化快慢的参数。 Tc小\ue00b则过程惯性小\ue00b被控变量变化速度快\ue00b不易控制\ue00e Tc太大\ue00b则过程惯性大\ue00b被控变量变化太慢\ue00b在扰动频繁时\ue00b就得不到好的控制效果\ue00e 因此\ue00bTc过大或过小的被控过程\ue00b采用简单控制系统\ue00b往往不能满足生产的要求。 另外\ue00b过程扰动通道的时间常数 Tf对调节的影响也是不可忽视的。Tf越小\ue00b对被控变量的影响越强烈\ue00b反之越缓和。 3. 时滞\ue008滞后时间\ue009τ \ue0081\ue009纯滞后\ue008传递滞后\ue009 从图\ue008b\ue009和\ue008d\ue009可以看出\ue00b在时间 t\ue00f0 时\ue00b输入量改变了△ q 之后\ue00b被控变量 y 并不是立即改变\ue00b而是过了一段时间 τ0后才开始变化\ue00b由 0 至 t1这段时间称为纯滞后。 \ue0082\ue009容量滞后\ue008过渡滞后\ue009 在图\ue008d\ue009中\ue00bt1与 b\ue008即 t2\ue009之间的时间间隔就是容量滞后 τc。容量滞后的产生是由于要克服双容量或多容量之间的阻力\ue00b一般来说\ue00b是由于物料或能量的传递需要通过一定阻力而引起的\ue00b也需要一定时间的缘故。 时滞是纯滞后与容量滞后之和\ue00b即 τ\ue00fτ0\ue00aτc。对于控制通道存在 τ\ue00b不利于控制\ue00e对于扰动通道 τ0对调节无影响\ue00bτc可以缓和扰动作用\ue00b有利于控制。 TcC'ΔC(∞)C(∞)C0t2t1cbaτ00输出\ue00bCt\ue00b时间ΔC(∞)τCC'ΔC(∞)C(∞)C0t2t1cbaτ0Tc0输出\ue00bCt\ue00b时间ΔC(∞) §1 . 4 调节器的特性所谓调节器的控制规律\ue081是指调节器的输出与输入之间的关系。调节器的控制规律反映调节器的特性。不同类型的调节器具有不同的特性\ue081它的输出信号反映出不同的控制规律。