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12 第十三章 自动调节系统的基本概念.ppt

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本课件说明自动调节系统由自动控制装置与被控对象组成,给出方块图各信号量含义与负反馈稳定机理,按被调参数、调节规律与给定值形式分类,并系统讲解静态与动态、四种过渡过程形式以及最大偏差、余差、衰减比、过渡时间等品质指标。

第十三章自动调节系统基本概念导览页,列出系统组成分类、过渡过程与品质指标及对象特性影响等重点
自动调节系统组成页,说明由自动控制装置与被控对象构成,并以液位控制系统为例说明三部分装置
自动控制系统方块图页,说明Sv、Dv、Mv、q、D、y、Pv各量的含义与信号流向
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第1页:第十三章 自动调节系统基本概念

本章内容
自动调节系统的组成、分类,自动调节系统的过渡过程和品质指标,对象特性对控制质量的影响。
  • 第一节 自动调节系统的组成和分类
  • 第二节 自动调节系统的过渡过程和品质指标
  • 第三节 对象特性对控制质量的影响

第2页:自动调节系统的组成

自动调节系统由自动控制装置和被控对象组成。

  • 自动控制装置:变送器、调节器、调节阀
  • 被控对象(调节对象):需要调节工艺参数的生产设备或其某一部分

以液位控制系统为例,由液位变送器、液位控制器与执行器构成。

第3页:自动控制系统方块图

简单控制系统方框图各量含义:

  • Sv:给定值
  • Dv:偏差
  • Mv:操纵值
  • q:操纵变量
  • D:干扰
  • y:被控变量
  • Pv:测量值

第4页:反馈控制(闭环控制)

反馈
把系统(或环节)输出参数直接或经一定环节返回到输入端的过程
  • 正反馈:使输入信号增大,系统无法稳定
  • 负反馈:反之,作用是使系统稳定

自动调节系统是负反馈系统:负反馈产生偏差 DV = PV − SV,调节器据偏差产生调节作用控制执行器动作,使被调参数相应变化直至 DV = 0。

第5页:自动调节系统的类型

  • 按被调参数分:温度、压力、流量、液位等调节系统
  • 按调节规律分:比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等
  • 按给定值形式分:定值调节系统(工艺参数保持定值)、随动调节系统(给定值随机变化)、程序控制系统(给定值随时间有规律变化)

第6页:调节系统的静态与动态

静态
被调参数不随时间变化的平衡状态,是相对稳定而非绝对静止,是调节系统的目的
动态
被调参数随时间变化的不平衡状态,是调节系统的调节过程,不是调节目的

过渡过程是系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程;干扰客观存在,系统总是处于动态过程中,研究系统主要就是研究过渡过程。

第7页:过渡过程的形式

以阶跃干扰为代表,系统在阶跃干扰作用下的过渡过程:

  • 非周期过程:非周期衰减、发散
  • 周期过程:衰减振荡、发散振荡、等幅振荡

归类:不稳定过程、稳定过程、临界过程。

第8页:品质指标:最大偏差与超调量

过渡过程一般为衰减振荡过程,以衰减振荡形式讨论品质指标:

最大偏差
被调参数偏离给定值的最大值,即第一个波峰 A,是衡量系统稳定程度的指标
超调量
最大偏差与系统新稳态值之间的差值 B

第9页:品质指标:余差与衰减比

余差 C
过渡过程结束后被调参数新稳态值与给定值的偏差,表示系统调节精度
衰减比
衰减振荡过程中第一、第二个波峰值之比,是衡量稳定性的指标

衰减比小于 1:1 时振荡发散,等于 1:1 时为等幅振荡;为保持足够稳定裕度,衰减比以 4:1 或 10:1 为宜。

第10页:品质指标:过渡时间与振荡周期

过渡时间
从干扰产生作用起至被调参数重新建立新平衡为止过渡过程所经历的时间,反映系统调节速度
振荡周期 T
过渡过程同向两波峰(波谷)之间的间隔时间,振荡频率 f = 1/T

第11页:过程控制系统的评价指标

  • 系统必须是稳定的(平稳)
  • 系统应能提供尽可能好的稳态调节(准确)
  • 系统应能提供尽可能好的过渡过程(迅速)

概括为「稳、准、好」:希望余差尽量小、最大偏差小一些、过渡时间短一些、衰减比要适当。

第12页:对象特性对控制质量的影响

控制通道特性用 K0、T0、τ0 表示,干扰通道特性用 Kf、Tf、τf 表示。

  • K0、Kf 的影响:K0 适当大、Kf 应尽可能小
  • T0、Tf 的影响:T0 适当小、Tf 应尽可能大
  • τ0、τf 的影响:τ0 应尽可能小,τf 的大小对系统控制质量影响不大

习题:4、7

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