《過程控制系統(tǒng)與儀表》課件及教案,過程控制系統(tǒng)與儀表,過程,控制系統(tǒng),儀表,課件,教案 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章第第1章章 緒論緒論第第2章章 檢測儀表檢測儀表第第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 被控過程的數(shù)學(xué)模型被控過程的數(shù)學(xué)模型第第6章章 簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計與參數(shù)整定簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計與參數(shù)整定第第7章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng) 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章主要參考書主要參考書v施仁，施仁，自動化儀表與過程控制自動化儀表與過程控制 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社，2003v侯志林，侯志林，過程控制與自動化儀表過程控制與自動化儀表 機(jī)械工業(yè)出版社機(jī)械工業(yè)出版社，2002v歷玉鳴，歷玉鳴，化工儀表與自動化化工儀表與自動化 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社，2003v劉元楊，劉元楊，自動檢測和過程控制自動檢測和過程控制 冶金工業(yè)出版社冶金工業(yè)出版社，2003v金以慧，過程控制金以慧，過程控制 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社，1998 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章第第1 1章章 緒論緒論 過程控制過程控制（Process control）是指）是指連續(xù)生產(chǎn)過程連續(xù)生產(chǎn)過程的自動控制。石油、化工、水利、電力、冶金、輕工、的自動控制。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)域的生紡織、制藥、建材、核能、環(huán)境工程等許多領(lǐng)域的生產(chǎn)過程的控制，都屬于產(chǎn)過程的控制，都屬于過程控制過程控制。連續(xù)生產(chǎn)過程連續(xù)生產(chǎn)過程的特征是：生產(chǎn)過程中的各種流體，的特征是：生產(chǎn)過程中的各種流體，在連續(xù)（或間歇）的流動過程中進(jìn)行著物理化學(xué)反應(yīng)、在連續(xù)（或間歇）的流動過程中進(jìn)行著物理化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)能量的傳遞或轉(zhuǎn)換。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。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章圖圖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)加溫是通過熱水加熱器將送風(fēng)加熱后送往恒溫室。為保是通過熱水加熱器將送風(fēng)加熱后送往恒溫室。為保證恒溫室溫符合要求，操作人員要隨時觀察溫度計證恒溫室溫符合要求，操作人員要隨時觀察溫度計的指示值，并隨時判斷和決定如何操作閥門來保證的指示值，并隨時判斷和決定如何操作閥門來保證恒溫要求，然后進(jìn)行操作。恒溫要求，然后進(jìn)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 手動手動送風(fēng)送風(fēng)回風(fēng)回風(fēng)恒溫室溫度計溫度計閥門閥門圖圖1 室溫人工控制示意圖室溫人工控制示意圖過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章手手動動自自動動控控制制閥閥代代替替人人工工閥閥門門，按按控控制制信信號號自自動動改改變變開度。開度。眼眼看看用用傳傳感感器器或或變變送送器器將將溫溫度度信信號號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換為為控制器可接受的信號?？刂破骺山邮艿男盘?。腦腦想想控控制制器器將將輸輸入入的的實實測測溫溫度度信信號號和和要要求求值值進(jìn)進(jìn)行行比比較較（相相減減求求偏偏差差),并并按按偏偏差差值值計計算算出出控控制制量。量。送風(fēng)送風(fēng)回風(fēng)回風(fēng)恒溫室溫度計溫度計閥門閥門圖圖1 室溫人工控制示意圖室溫人工控制示意圖過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章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)行器人人工工控控制制受受制制于于人人的的經(jīng)經(jīng)驗驗和和注注意意力力，控控制制不不精精確確。而而自自動動控控制制按按設(shè)設(shè)定定好好的的方方案案進(jìn)進(jìn)行行計計算算控控制制，可可以以做做到到精精確確的的、恰恰當(dāng)當(dāng)?shù)牡目乜刂浦?。圖圖2為為室室溫溫自自動動控控制制，自動化儀表代替了人。自動化儀表代替了人?；仫L(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 室溫自動控制示意圖室溫自動控制示意圖過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 過程控制系統(tǒng)的定義：過程控制系統(tǒng)的定義：為實現(xiàn)對某個工藝參數(shù)的自動控制，由相互聯(lián)為實現(xiàn)對某個工藝參數(shù)的自動控制，由相互聯(lián)系的自動化儀表、裝置及被控對象、工藝設(shè)備構(gòu)成系的自動化儀表、裝置及被控對象、工藝設(shè)備構(gòu)成的的 一個整體，又稱自動控制系統(tǒng)。一個整體，又稱自動控制系統(tǒng)?；仫L(fēng)回風(fēng)恒溫室23送風(fēng)送風(fēng)熱水熱水M回水回水41TCTT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 在討論控制系統(tǒng)工作原理時，為清楚地表示自在討論控制系統(tǒng)工作原理時，為清楚地表示自動控制系統(tǒng)各組成部分的作用及相互關(guān)系，一般用動控制系統(tǒng)各組成部分的作用及相互關(guān)系，一般用原理框圖來表示控制系統(tǒng)。原理框圖來表示控制系統(tǒng)。如圖如圖2的室溫控制系統(tǒng)是由溫度變送器、控制器、的室溫控制系統(tǒng)是由溫度變送器、控制器、電動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥和加熱器及房間和加熱器及房間組成。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實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 過程控制系統(tǒng)方框圖過程控制系統(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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值回風(fēng)回風(fēng)恒溫室23送風(fēng)送風(fēng)熱水熱水M回水回水41TCTT過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對生產(chǎn)過程中的過程控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是：對生產(chǎn)過程中的重要參數(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 過程控制的特點過程控制的特點1控制對象復(fù)雜、控制要求多樣控制對象復(fù)雜、控制要求多樣2控制方案豐富控制方案豐富 3控制對象大多屬于慢過程控制對象大多屬于慢過程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)自動化儀表及裝置通常使用標(biāo)準(zhǔn)自動化儀表及裝置 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.2 過程控制的發(fā)展概況過程控制的發(fā)展概況 過程控制的發(fā)展歷程，就是過程控制裝置（自過程控制的發(fā)展歷程，就是過程控制裝置（自動化儀表）與系統(tǒng)的發(fā)展歷程。動化儀表）與系統(tǒng)的發(fā)展歷程。1.2.1過程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過程過程控制裝置與系統(tǒng)的發(fā)展過程1局部自動化階段局部自動化階段 （20世紀(jì)世紀(jì) 5060年代）年代）q自自動動化化儀儀表表安安裝裝在在現(xiàn)現(xiàn)場場生生產(chǎn)產(chǎn)設(shè)設(shè)備上，只具備簡單的測控功能。備上，只具備簡單的測控功能。q適用于小規(guī)模、局部過程控制。適用于小規(guī)模、局部過程控制。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章特點：特點：q自自動動化化儀儀表表劃劃分分成成各各種種標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)功功能能單單元元，按按需需要可以組合成各種控制系統(tǒng)。要可以組合成各種控制系統(tǒng)。q控控制制儀儀表表集集中中在在控控制制室室，生生產(chǎn)產(chǎn)現(xiàn)現(xiàn)場場各各處處的的參參數(shù)數(shù)通通過過統(tǒng)統(tǒng)一一的的模模擬擬信信號號，送送往往控控制制室室。操操作作人人員員可以在控制室監(jiān)控生產(chǎn)流程各處的狀況?？梢栽诳刂剖冶O(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）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章巴基斯坦賈姆肖羅電廠巴基斯坦賈姆肖羅電廠 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章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）計計算算機(jī)機(jī)的的出出現(xiàn)現(xiàn)，大大大大簡簡化化了了控控制制功功能能的的實實現(xiàn)現(xiàn)。用用一一臺臺計計算算機(jī)機(jī)可可取取代代所所有有回回路路的的控控制制儀儀表表，實實現(xiàn)現(xiàn)直直接數(shù)字控制（接數(shù)字控制（DDC，Direct Digital Control ）。但但DDC系系統(tǒng)統(tǒng)的的故故障障危危險險高高度度集集中中，一一旦旦計計算算機(jī)機(jī)出出現(xiàn)現(xiàn)故故障障，就就會會造造成成所所有有控控制制回回路路癱癱瘓瘓，使使生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程風(fēng)風(fēng)險險加加大大。因因此此，很很快快開開發(fā)發(fā)了了集集中中、分分散散相相結(jié)結(jié)合合的的集集散散型型控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)（DCS，Distributed Control System）。）。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 80年代初，隨著計算機(jī)性能提高、體積縮小，年代初，隨著計算機(jī)性能提高、體積縮小，出現(xiàn)了內(nèi)裝出現(xiàn)了內(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)字控制儀表和計的理念，在數(shù)字控制儀表和計算機(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)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)險分散之優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用。障風(fēng)險分散之優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章如如今今，隨隨著著CPU進(jìn)進(jìn)入入檢檢測測儀儀表表和和執(zhí)執(zhí)行行器器，自自動化動化儀表徹底實現(xiàn)了數(shù)字化、智能化。儀表徹底實現(xiàn)了數(shù)字化、智能化?？乜刂浦葡迪到y(tǒng)統(tǒng)也也出出現(xiàn)現(xiàn)了了由由智智能能儀儀表表構(gòu)構(gòu)成成的的現(xiàn)現(xiàn)場場總總線控制系統(tǒng)（線控制系統(tǒng)（FCS，F(xiàn)ieldbus Control System)。FCS系系統(tǒng)統(tǒng)把把控控制制功功能能徹徹底底下下放放到到現(xiàn)現(xiàn)場場，依依靠靠現(xiàn)場智能儀表便可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測、控制。現(xiàn)場智能儀表便可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測、控制。而而用用開開放放的的、標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化的的通通信信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)現(xiàn)現(xiàn)場場總總線線，將將分分散散在在現(xiàn)現(xiàn)場場的的控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的通通信信連連接接起起來來，實現(xiàn)信息集中管理。實現(xiàn)信息集中管理。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.2.2過程控制策略與算法發(fā)展過程控制策略與算法發(fā)展 伴隨著自動化儀表的發(fā)展，過程控制策略與算伴隨著自動化儀表的發(fā)展，過程控制策略與算法也經(jīng)歷了由簡單到復(fù)雜的發(fā)展歷程。法也經(jīng)歷了由簡單到復(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)展了串級控制、比值控制、前饋控制、均勻控制、展了串級控制、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)測控制、模糊控制、自適應(yīng)耦控制、推斷控制、預(yù)測控制、模糊控制、自適應(yīng)控制等控制策略與算法，也日趨完善?？刂频瓤刂撇呗耘c算法，也日趨完善。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章現(xiàn)代自動控制技術(shù)的主要特點：現(xiàn)代自動控制技術(shù)的主要特點：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，其應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模越來越大。趨勢，其應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模越來越大。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)、計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。通訊技術(shù)、計算機(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，控制精度越來越高，控制手段日益豐富。越來越高，控制手段日益豐富。常見的工業(yè)自動化儀表及應(yīng)用有：常見的工業(yè)自動化儀表及應(yīng)用有：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章產(chǎn)品校準(zhǔn)產(chǎn)品校準(zhǔn)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章產(chǎn)品校準(zhǔn)產(chǎn)品校準(zhǔn)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章產(chǎn)品運轉(zhuǎn)臺產(chǎn)品運轉(zhuǎn)臺 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章渭河電廠控制室渭河電廠控制室過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 核電廠控制室核電廠控制室 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章新疆煉油廠新疆煉油廠 榆林煉油廠過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章鋼鐵廠鋼鐵廠 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章哈爾濱伊蘭煤氣哈爾濱伊蘭煤氣 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章伊蘭煤氣控制室伊蘭煤氣控制室過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章污水處理廠污水處理廠過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章哈爾濱第三水廠哈爾濱第三水廠 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章化肥廠化肥廠過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章?lián)P子石化揚子石化過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章蘭州石化蘭州石化 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章蘭州石化蘭州石化過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章測控專業(yè)學(xué)生在揚子石化實習(xí)測控專業(yè)學(xué)生在揚子石化實習(xí)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章測控專業(yè)學(xué)生在蘭州石化實習(xí)測控專業(yè)學(xué)生在蘭州石化實習(xí)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章西科大臨潼校區(qū)鍋爐房西科大臨潼校區(qū)鍋爐房過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章熱水鍋爐熱水鍋爐過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章供水系統(tǒng)供水系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章燃?xì)庀到y(tǒng)燃?xì)庀到y(tǒng)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章自來水廠自來水廠控制柜控制柜過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章控制柜觸摸顯示屏控制柜觸摸顯示屏過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章控制柜內(nèi)部控制柜內(nèi)部過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章控制柜內(nèi)控制柜內(nèi)PLC過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章過程控制實驗室過程控制實驗室過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.3 過程控制系統(tǒng)分類及其性能指標(biāo)過程控制系統(tǒng)分類及其性能指標(biāo)1.3.1過程控制系統(tǒng)的分類過程控制系統(tǒng)的分類過程控制系統(tǒng)有多種分類方法。按所控制的參過程控制系統(tǒng)有多種分類方法。按所控制的參數(shù)來分，有溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控數(shù)來分，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)所處理的信號方式來分，有制系統(tǒng)等；按控制系統(tǒng)所處理的信號方式來分，有模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)；按照控制器類型來模擬控制系統(tǒng)與數(shù)字控制系統(tǒng)；按照控制器類型來分，有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計算機(jī)控制系統(tǒng)等。分，有常規(guī)儀表控制系統(tǒng)與計算機(jī)控制系統(tǒng)等。但在討論控制原理時，常用的分類方法是按設(shè)但在討論控制原理時，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)特點分類。定值的形式或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點分類。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章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）隨動控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng)設(shè)定值隨時可能變化。設(shè)定值隨時可能變化。3）程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)設(shè)定值按預(yù)定的時間程序變化。設(shè)定值按預(yù)定的時間程序變化。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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章2.按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點分類按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點分類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)是過程控制最基本的結(jié)構(gòu)形式。反饋控制系統(tǒng)是過程控制最基本的結(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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章2）前饋控制系統(tǒng)（開環(huán)控制系統(tǒng)）前饋控制系統(tǒng)（開環(huán)控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)沒有被控變量負(fù)反饋，不將被控變量控制系統(tǒng)沒有被控變量負(fù)反饋，不將被控變量引入到控制器輸入端。如：引入到控制器輸入端。如：測量值測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)行器被控對象被控對象開環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖開環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖 變送器變送器過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章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)勢互補(bǔ)。如：前饋與反饋相結(jié)合，優(yōu)勢互補(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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值 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過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.3.2過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)過程控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)當(dāng)被控對象受到干擾、被控變量發(fā)生變化時，控當(dāng)被控對象受到干擾、被控變量發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)抵制干擾、糾正被控變量的過程，反映了控制制系統(tǒng)抵制干擾、糾正被控變量的過程，反映了控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。為此，要有評價控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)。系統(tǒng)的優(yōu)劣。為此，要有評價控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)?？刂葡到y(tǒng)的性能指標(biāo)是根據(jù)工藝對控制的要求來控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是根據(jù)工藝對控制的要求來制定的，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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 1.3.2.1穩(wěn)態(tài)與動態(tài)穩(wěn)態(tài)與動態(tài) 1、穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài) 被控變量不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)被控變量不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)動態(tài)ty過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章靜態(tài)特性靜態(tài)特性靜態(tài)時系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。靜態(tài)時系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出關(guān)系。當(dāng)自動控制系統(tǒng)的輸入和輸出均恒定不變時，當(dāng)自動控制系統(tǒng)的輸入和輸出均恒定不變時，就處于一種相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的各個環(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)行沒有改變就是了。仍然有進(jìn)有出，只是平穩(wěn)進(jìn)行沒有改變就是了。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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章2、動態(tài)、動態(tài)被被控控變變量量隨隨時時間間變變化化的的不不平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)稱稱為為系系統(tǒng)統(tǒng)的的動動態(tài)態(tài)。當(dāng)當(dāng)干干擾擾破破壞壞了了系系統(tǒng)統(tǒng)的的平平衡衡時時，被被控控變變量量就就會會發(fā)發(fā)生生變變化化，而而控控制制器器、控控制制閥閥等等自自動動化化裝裝置置就就要要產(chǎn)產(chǎn)生生控控制制作用來使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。作用來使系統(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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)動態(tài)ty過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章動態(tài)特性動態(tài)特性在動態(tài)過程中系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的輸入輸出變化關(guān)系。在動態(tài)過程中系統(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)動態(tài)動態(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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.3.2.2控制系統(tǒng)的過渡過程控制系統(tǒng)的過渡過程 控制系統(tǒng)的輸入變化后，系統(tǒng)從原來的平衡狀控制系統(tǒng)的輸入變化后，系統(tǒng)從原來的平衡狀態(tài)，經(jīng)過動態(tài)過程到達(dá)新的平衡狀態(tài)的動態(tài)歷程稱態(tài)，經(jīng)過動態(tài)過程到達(dá)新的平衡狀態(tài)的動態(tài)歷程稱為系統(tǒng)的過渡過程。為系統(tǒng)的過渡過程。靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)靜態(tài)動態(tài)動態(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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章系統(tǒng)的過渡響應(yīng)受系統(tǒng)的過渡響應(yīng)受內(nèi)部內(nèi)部和和外部外部兩種因素的影響。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、外部因素：輸入信號在系統(tǒng)特性一定的情況下，被控變量隨時間的在系統(tǒng)特性一定的情況下，被控變量隨時間的變化規(guī)律取決于系統(tǒng)的輸入信號。變化規(guī)律取決于系統(tǒng)的輸入信號。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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章生產(chǎn)中，干擾是隨機(jī)出現(xiàn)的，對系統(tǒng)的影響也生產(chǎn)中，干擾是隨機(jī)出現(xiàn)的，對系統(tǒng)的影響也各不相同。在分析和設(shè)計控制系統(tǒng)時，為了充分體各不相同。在分析和設(shè)計控制系統(tǒng)時，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，其中常用的是階躍信號和正弦信號，時域分信號，其中常用的是階躍信號和正弦信號，時域分析時經(jīng)常使用階躍信號。析時經(jīng)常使用階躍信號。Atf（t）tf（t）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章階躍信號特點：階躍信號特點：v階階躍躍信信號號變變化化突突然然，對對被被控控變變量量的的影影響響最最大大。如如果果一一個個控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)能能夠夠有有效效地地克克服服這這種種干干擾擾，那那么么對其它比較緩和的干擾也能很好地克服。對其它比較緩和的干擾也能很好地克服。v階階躍躍信信號號的的形形式式簡簡單單，容容易易實實現(xiàn)現(xiàn)，便便于于分分析析、實實驗驗和和計計算算。如如圖圖，輸輸入入信信號號在在 t=0時時，階階躍躍上上升升幅度為幅度為 A，其后保持。表達(dá)為，其后保持。表達(dá)為 f(t)=A (t)Atf（t）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 在階躍輸入的擾動作用下，定值控制系統(tǒng)過渡在階躍輸入的擾動作用下，定值控制系統(tǒng)過渡過程有過程有四種四種形式：形式：單調(diào)衰減過程單調(diào)衰減過程 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)定一側(cè)作單調(diào)變化，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上。在某一數(shù)值上。振蕩衰減過程振蕩衰減過程 被被控控變變量量上上下下波波動動，但但幅幅度度逐逐漸漸減減少少，最最后后穩(wěn)穩(wěn)定定在某一數(shù)值上。在某一數(shù)值上。t0a0a過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章等幅振蕩過程等幅振蕩過程 被被控控變變量量在在給給定定值值附附近近來來回回波波動動，且且波波動動幅幅度度保持不變。保持不變。振蕩發(fā)散過程振蕩發(fā)散過程 被被控控變變量量來來回回波波動動，且且波波動動幅幅度度逐逐漸漸變變大大，離離給定值越來越遠(yuǎn)。給定值越來越遠(yuǎn)。t0aa0t過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 過渡過程的分類過渡過程的分類 （1）穩(wěn)定的過渡過程穩(wěn)定的過渡過程 單調(diào)過程和衰減振蕩過程是穩(wěn)定的過渡過程。被單調(diào)過程和衰減振蕩過程是穩(wěn)定的過渡過程。被控變量經(jīng)過一段時間后，逐漸趨向原來的或新的平衡控變量經(jīng)過一段時間后，逐漸趨向原來的或新的平衡狀態(tài)。狀態(tài)。衰減振蕩過程的過渡過程較短，經(jīng)常采用。衰減振蕩過程的過渡過程較短，經(jīng)常采用。單調(diào)過程的過渡過程較長單調(diào)過程的過渡過程較長，被控變量長時間地偏，被控變量長時間地偏離給定值，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的情況下才采用。量有波動的情況下才采用。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章（2）不穩(wěn)定的過渡過程不穩(wěn)定的過渡過程 發(fā)發(fā)散散振振蕩蕩過過程程中中，被被控控變變量量不不但但不不能能達(dá)達(dá)到到平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)，而而且且逐逐漸漸遠(yuǎn)遠(yuǎn)離離給給定定值值，它它將將導(dǎo)導(dǎo)致致被被控控變變量量超超越越工藝允許范圍，這是生產(chǎn)上所不允許的。工藝允許范圍，這是生產(chǎn)上所不允許的。（3）臨界過渡過程臨界過渡過程 處處于于穩(wěn)穩(wěn)定定與與不不穩(wěn)穩(wěn)定定之之間間，一一般般也也認(rèn)認(rèn)為為是是不不穩(wěn)穩(wěn)定定過過程程，生生產(chǎn)產(chǎn)上上一一般般不不采采用用。只只是是某某些些簡簡易易的的控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)（如位式控制），只能達(dá)到這種效果。（如位式控制），只能達(dá)到這種效果。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 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) 對控制系統(tǒng)的性能評價，是根據(jù)工藝對控制過程對控制系統(tǒng)的性能評價，是根據(jù)工藝對控制過程和結(jié)果的要求來衡量的。控制系統(tǒng)的過渡過程曲線是和結(jié)果的要求來衡量的?？刂葡到y(tǒng)的過渡過程曲線是評價控制系統(tǒng)品質(zhì)的樣本。評價控制系統(tǒng)品質(zhì)的樣本。最典型的控制性能測試是給系統(tǒng)輸入一個階躍信最典型的控制性能測試是給系統(tǒng)輸入一個階躍信號，觀察其階躍響應(yīng)的品質(zhì)。號，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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章二者階躍響應(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：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章干擾階躍響應(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)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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章(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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章1.系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項性能指標(biāo)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的單項性能指標(biāo)單項性能指標(biāo)包含了對控制系統(tǒng)的單項性能指標(biāo)包含了對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性穩(wěn)定性、準(zhǔn)準(zhǔn)確性確性和和快速性快速性三方面的評價。三方面的評價?？刂菩阅苤笜?biāo)有單項指標(biāo)和綜合指標(biāo)兩類控制性能指標(biāo)有單項指標(biāo)和綜合指標(biāo)兩類單項性能指標(biāo)以控制系統(tǒng)被控參數(shù)過渡過程的單單項性能指標(biāo)以控制系統(tǒng)被控參數(shù)過渡過程的單項特征量作為性能指標(biāo)，偏差積分性能指標(biāo)則是一種項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)。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程，由于在多數(shù)情況下，都希望得到衰減振蕩過程，因此以衰減振蕩的過渡過程形式為例，討論控制系統(tǒng)因此以衰減振蕩的過渡過程形式為例，討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。的品質(zhì)指標(biāo)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章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)第一個波振幅為設(shè)第一個波振幅為 y1、第三個波振幅為、第三個波振幅為 y3圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章n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，過渡過程逐的增大，過渡過程逐漸由衰減振蕩趨向于單調(diào)過程。漸由衰減振蕩趨向于單調(diào)過程。試驗證明：試驗證明：衰減比在衰減比在 4:1到到10:1之間時，之間時，過渡過過渡過程的程的衰減程度合適，衰減程度合適，過渡過程較短。過渡過程較短。衰減比衰減比n與衰減率與衰減率之間有簡單的對應(yīng)關(guān)系：之間有簡單的對應(yīng)關(guān)系：n=4:110:1 就相當(dāng)于就相當(dāng)于=75%90%yry1y3Cy()TpTSTt過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章最大動態(tài)偏差是控制系統(tǒng)動態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。最大動態(tài)偏差是控制系統(tǒng)動態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。2）最大動態(tài)偏差）最大動態(tài)偏差A(yù)和超調(diào)量和超調(diào)量 最大動態(tài)偏差表示系統(tǒng)瞬間偏離給定值的最大最大動態(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)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTtA過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 有時也采用超調(diào)量有時也采用超調(diào)量來表示被控參數(shù)偏離設(shè)定來表示被控參數(shù)偏離設(shè)定值的程度，值的程度，的定義是第一個波振幅與最終穩(wěn)態(tài)值的定義是第一個波振幅與最終穩(wěn)態(tài)值y()之比。即之比。即圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章3）余差）余差C 過渡過程結(jié)束后，被控參數(shù)的穩(wěn)態(tài)值過渡過程結(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)?？刂葡到y(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)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章4）調(diào)節(jié)時間）調(diào)節(jié)時間Ts和振蕩頻率和振蕩頻率 Ts是指從是指從過過渡渡過過程開始到程開始到過過渡渡過過程程結(jié)結(jié)束所需的束所需的時間時間。當(dāng)被控參數(shù)與。當(dāng)被控參數(shù)與穩(wěn)態(tài)值間穩(wěn)態(tài)值間的偏差的偏差進(jìn)進(jìn)入入穩(wěn)態(tài)值穩(wěn)態(tài)值的的5%（或（或2%）范）范圍圍內(nèi)，就內(nèi)，就認(rèn)為過認(rèn)為過渡渡過過程程結(jié)結(jié)束。束。圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3y()TpTSTt過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3y()TpTSTt過渡過程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的過渡過程中相鄰兩同向波峰（或波谷）之間的時間間隔叫振蕩周期時間間隔叫振蕩周期T，其倒數(shù)稱為振蕩頻率，其倒數(shù)稱為振蕩頻率 f=1/T對應(yīng)的角頻率對應(yīng)的角頻率=2/T過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章調(diào)節(jié)時間和振蕩頻率是衡量系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。調(diào)節(jié)時間和振蕩頻率是衡量系統(tǒng)快速性的指標(biāo)。另外還有峰值時間另外還有峰值時間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)。峰值時間峰值時間Tp（又稱上升時間），是指過渡過程（又稱上升時間），是指過渡過程開始，至被控參數(shù)到達(dá)第一個波峰所需要的時間。開始，至被控參數(shù)到達(dá)第一個波峰所需要的時間。圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 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。在在階階躍躍干干擾擾作作用用下下的的過過渡渡過過程程曲曲線線如如圖圖所所示示。試試求求最最大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時間。大偏差、余差、衰減比、振蕩周期和過渡時間。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過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章振蕩周期振蕩周期 T=20 5=15 （min）設(shè)設(shè)被被控控變變量量進(jìn)進(jìn)入入穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)值值的的土土2，就就認(rèn)認(rèn)為為過過渡渡過過程結(jié)束，則誤差區(qū)域程結(jié)束，則誤差區(qū)域=205（2）4.1在在新新穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)值值（205）兩兩側(cè)側(cè)以以寬寬度度為為4.1畫畫一一區(qū)區(qū)域（陰影線）。曲線進(jìn)入時間點域（陰影線）。曲線進(jìn)入時間點 Ts=22min過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 控制系統(tǒng)的單項品質(zhì)指標(biāo)小結(jié)控制系統(tǒng)的單項品質(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 過渡時間過渡時間 Ts 短好短好 振蕩周期振蕩周期 T 短好短好各各品品質(zhì)質(zhì)指指標(biāo)標(biāo)之之間間既既有有聯(lián)聯(lián)系系、又又有有制制約約。例例如如，過過分分減減小小最最大大偏偏差差，會會使使過過渡渡時時間間變變長長。因因此此，應(yīng)應(yīng)根根據(jù)據(jù)具具體體工工藝藝情情況況分分清清主主次次，對對生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程有有決決定定性性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證。意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章2.系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標(biāo)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的綜合性能指標(biāo)偏差積分偏差積分 單項指標(biāo)雖然清晰明了，但如何全面統(tǒng)籌考慮單項指標(biāo)雖然清晰明了，但如何全面統(tǒng)籌考慮比較困難。因偏差幅度和偏差存在的時間都與偏差比較困難。因偏差幅度和偏差存在的時間都與偏差積分有關(guān)，因此用偏差積分一個指標(biāo)，就可以全面積分有關(guān)，因此用偏差積分一個指標(biāo)，就可以全面反映控制系統(tǒng)的品質(zhì)。反映控制系統(tǒng)的品質(zhì)。圖圖1.3 閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線閉環(huán)控制系統(tǒng)對設(shè)定值的階躍擾動的響應(yīng)曲線yry1y3Cy()TpTSTt過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章tyrCy()yrCy()t偏差積分的原始定義：偏差積分的原始定義：偏差的定義存在分歧：偏差的定義存在分歧：e(t)=y(t)-y(r)如有余差則積分無窮大如有余差則積分無窮大 e(t)=y(t)-y()不能表達(dá)余差不能表達(dá)余差過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章偏差積分指標(biāo)有以下幾種形式：偏差積分指標(biāo)有以下幾種形式：偏差積分偏差積分IE（Integral of Error）缺點：正負(fù)偏差會抵消，掩蓋了系統(tǒng)的振蕩程缺點：正負(fù)偏差會抵消，掩蓋了系統(tǒng)的振蕩程度。度。tyrCy()過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章絕對偏差積分絕對偏差積分IAE（Integral Absolute value of Error）排除了正負(fù)偏差抵消的可能。排除了正負(fù)偏差抵消的可能。tyrCy()過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 平方偏差積分平方偏差積分ISE（Integral of Squared Error）排除了正負(fù)偏差抵消的可能，并對偏差幅度敏感。排除了正負(fù)偏差抵消的可能，并對偏差幅度敏感。tyrCy()過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章時間與絕對偏差乘積積分時間與絕對偏差乘積積分ITAE （Integral of Time multiplied by the Absolute value of Error）排除了正負(fù)偏差抵消的可能，并對調(diào)節(jié)時間敏感。排除了正負(fù)偏差抵消的可能，并對調(diào)節(jié)時間敏感。tyrCy()過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章 1.3.2.4影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)的主要因素 控制系統(tǒng)的過渡響應(yīng)品質(zhì)指標(biāo)主要取決于系統(tǒng)控制系統(tǒng)的過渡響應(yīng)品質(zhì)指標(biāo)主要取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性。結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的特性。從第二章開始，將分別討論控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的從第二章開始，將分別討論控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的特性、各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性及設(shè)計方法。特性、各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性及設(shè)計方法。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)行器被控對象被控對象+e實測值實測值過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第1章章學(xué)習(xí)本課程的目的學(xué)習(xí)本課程的目的了解了解工藝參數(shù)的基本測量方法和測量儀表的工藝參數(shù)的基本測量方法和測量儀表的工作原理，工作原理，能能正確使用自動化儀表。正確使用自動化儀表。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，能能設(shè)計出合理的自動控制方案。設(shè)計出合理的自動控制方案。掌握掌握基本控制規(guī)律及其控制器參數(shù)對被控過基本控制規(guī)律及其控制器參數(shù)對被控過程的影響，程的影響，能能對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)。對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和維護(hù)。作業(yè)（作業(yè)（P12）：第）：第1-2、1-7、1-10題題