过程控制0615

1、第一章第一章 过程控制及控制工程过程控制及控制工程2014年年6月月1 自控基础知识v生产中常用的自动系统归纳起来可分为下列四种：v1、自动检测系统 利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示和记录的。v2、自动信号和连锁保护系统 生产过程中的一种安全装置为了确保安全生产，保证产品质量常对某些关键性参数设置自动信号连锁保护系统，来自动消除事故。v3、自动操纵与自动开停车系统 可以根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作。比如除砂器进出口渣阀的控制。 可以按照预先规定好的步骤，将生产过程自动投入运行或自动停车v4、自动控制（调节）系统 使得某些关键性的控制参数关键性的控制参数在受到

2、外界干扰干扰的影响而偏离正常状态偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的数值范围内回到规定的数值范围内。自动调节器气动薄膜调节阀调节对象变送器测量元件给定值给定值+XZ偏差偏差e调节器输出调节器输出p调节作用调节作用q干扰作用干扰作用f被调参数被调参数自动调节系统方块图自动调节系统方块图反馈控制系统是将被调参数输入到调节器，形成闭环，具有负反馈的控制系统反馈控制系统是将被调参数输入到调节器，形成闭环，具有负反馈的控制系统反馈控制系统是过程控制最基本的结构形式。反馈控制系统是过程控制最基本的结构形式。v阶跃信号的输入突然，对被控变量的影响也阶跃信号的输入突然，对被控变量的影响也最大。如果一个控制

3、系统能够有效地克服这最大。如果一个控制系统能够有效地克服这种干扰，那么对其它比较缓和的干扰也能很种干扰，那么对其它比较缓和的干扰也能很好地克服。好地克服。如图，输入信号如图，输入信号在在 t = 0时，阶跃上升时，阶跃上升幅度为幅度为 A ，其后保持。，其后保持。 Atf（t）自动调节系统的类别v定值调节系统 恒定给定值调节系统。恒定给定值调节系统。在自动控制系统中，定值系统是把在自动控制系统中，定值系统是把()的变化作为系统的输入信号。的变化作为系统的输入信号。 A、测量值、测量值 B、给定值、给定值 C、偏差值、偏差值 D、干扰值、干扰值答案：答案：D v随动调节系统给定值随时可能变化。给

4、定值随时可能变化。在自动控制系统中，随动系统是把在自动控制系统中，随动系统是把( )的变化作为系统的输入信号。的变化作为系统的输入信号。 A、测量值、测量值 B、给定值、给定值 C、偏差值、偏差值 D、干扰值、干扰值答案：答案：Bv程序调节系统给定值按预定的时间程序变化给定值按预定的时间程序变化 在阶跃输入的扰动作用下，定值控制系统过渡在阶跃输入的扰动作用下，定值控制系统过渡过程有过程有四种四种形式：形式： 单调衰减过程单调衰减过程 被控变量在给定值的一侧被控变量在给定值的一侧作单调变化，最后稳定在某一作单调变化，最后稳定在某一数值上。此过程宜采用。数值上。此过程宜采用。 振荡衰减过程振荡衰减

5、过程 被控变量上下波动，但幅被控变量上下波动，但幅度逐渐减少，最后稳定在某一度逐渐减少，最后稳定在某一数值上。当被调参数不允许大数值上。当被调参数不允许大幅度波动时，不宜采用。幅度波动时，不宜采用。t0a0a自动调节系统的过渡过程自动调节系统的过渡过程等幅振荡过程等幅振荡过程 被控变量在给定值附被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度近来回波动，且波动幅度保持不变。保持不变。 振荡发散过程振荡发散过程 被控变量来回波动，被控变量来回波动，且波动幅度逐渐变大，离且波动幅度逐渐变大，离给定值越来越远。给定值越来越远。t0aa0tv从图可以看出，1、2是稳定过程，3、4是不稳定的过程1）衰减比）衰减

6、比过渡过程质量指标示意图过渡过程质量指标示意图yry1y3Cy()TpTSTt13yny131yy11yn 自动调节系统希望能得到衰减振荡的过程，一般用自动调节系统希望能得到衰减振荡的过程，一般用n:1表示衰减比，表示衰减比，表示衰减的程度。表示衰减的程度。试验证明：衰减比在试验证明：衰减比在 4: 1到到10:1之间时，过渡过程的衰减程度合适，之间时，过渡过程的衰减程度合适，过渡过程较短。在工程上一般取过渡过程较短。在工程上一般取n4，衰减比衰减比 为为4：1.2）余差）余差C 过渡过程结束后，被控参数的稳态值过渡过程结束后，被控参数的稳态值y()与设与设定值之间的残余偏差叫做余差，也称静差

7、。是衡量定值之间的残余偏差叫做余差，也称静差。是衡量控制系统稳态准确性的指标。控制系统稳态准确性的指标。过渡过程质量指标示意图过渡过程质量指标示意图yry1y3Cy()TpTSTt3）最大偏差）最大偏差A 最大动态偏差表示系统瞬间偏离给定值的最大最大动态偏差表示系统瞬间偏离给定值的最大程度。即程度。即: A = ymax - r 对于衰减振荡，最大偏差为第一个波的峰值对于衰减振荡，最大偏差为第一个波的峰值过渡过程质量指标示意图过渡过程质量指标示意图yry1y3Cy()TpTSTt4）过渡时间）过渡时间 过渡时间过渡时间是从干扰发生起到被调参数达到新的是从干扰发生起到被调参数达到新的稳态值止的时

8、间。当被控参数与稳态值间的偏差进稳态值止的时间。当被控参数与稳态值间的偏差进入稳态值的入稳态值的5% （或（或2%）范围内，就认为过渡）范围内，就认为过渡过程结束。过程结束。过渡过程质量指标示意图过渡过程质量指标示意图yry1y3Cy()TpTSTt2 拉氏变换拉氏变换的优点就在于把解微分方程的问题化为拉氏变换的优点就在于把解微分方程的问题化为代数运算。是建立系统传递函数的理论基础。代数运算。是建立系统传递函数的理论基础。v拉氏变换可把求解微分方程变换成求解代数方程。时当时当0tA 0t 0)(tA阶跃函数A(t)的拉氏变换SAdtAetAsFst0)()(21)()(StsF线性函数f(t)

9、=t的拉氏变换指数函数f(t)=eat的拉氏变换)(1)()(asaSesFat拉氏变换常用的基本定理v叠加定理若则 sFsFtftfLsF2121 tftftf21v比例定理若则 sFtfLtkftf111 sFktfLsF1v微分定理若则 tfLsF 0fsFsdttdfLv 滞后定理若则 tfLsF sFetfLsv初值定理 ssFtfstlimlim0v终值定理 ssFtfstlimlim03传递函数v1、什么是方框图？一、系统传递函数方框图的建立一、系统传递函数方框图的建立 一个系统可由若干环节按一个系统可由若干环节按一定关系一定关系组成，将这些环组成，将这些环节以节以方框方框表示，

10、其间用相应的表示，其间用相应的变量及信号流向变量及信号流向联系起联系起来，就构成系统的方框图。它是系统数学模型的一种来，就构成系统的方框图。它是系统数学模型的一种图解图解表示方法。表示方法。! !系统数学模型的图解形式系统数学模型的图解形式！脱离了物理系统的模型！脱离了物理系统的模型v2、特点一、传递函数方框图的建立一、传递函数方框图的建立形象直观地描述系统中各元件间的形象直观地描述系统中各元件间的相互关系及其功能相互关系及其功能以及信号在系统中的以及信号在系统中的传递、变换传递、变换过程。过程。根据方框图，通过一定的运算变换可求得系统传递函数。根据方框图，通过一定的运算变换可求得系统传递函数

11、。v3、方框图的结构要素一、传递函数方框图的建立一、传递函数方框图的建立输出信号的量纲等于输入信号的量纲与传递函数的量纲的输出信号的量纲等于输入信号的量纲与传递函数的量纲的乘积。乘积。)(sXi)(sXo)(sG（1 1）函数方框函数方框)()()(sXsGsXio函数方块具有运算功能函数方块具有运算功能, ,是是传递函数传递函数的图解表示的图解表示v3、方框图的结构要素一、传递函数方框图的建立一、传递函数方框图的建立（2 2）相加点相加点信号之间信号之间代数求和代数求和运算的图解表示运算的图解表示在相加点处加减的信号必须是在相加点处加减的信号必须是同种变量同种变量，运算时的，运算时的量纲量纲

12、也要相同也要相同! ! 注意量纲注意量纲1.1.用符号用符号“ ”及相应的信号箭头表示及相应的信号箭头表示2.2.箭头前方的箭头前方的“+ +”或或“- -”表示加上此信号或减去此信号表示加上此信号或减去此信号v3、方框图的结构要素一、传递函数方框图的建立一、传递函数方框图的建立（2 2）相加点相加点相邻相加点可以相邻相加点可以互换互换、合并合并、分解分解, ,可应用代数运算的交换可应用代数运算的交换律、结合律和分配律。律、结合律和分配律。相加点可以有相加点可以有多个多个输入，但输出必须是输入，但输出必须是唯一唯一的的v3、方框图的结构要素一、传递函数方框图的建立一、传递函数方框图的建立（3

13、3）分支点分支点 分支点表示同一信号向不同方向的传递分支点表示同一信号向不同方向的传递 分支点引出的信号分支点引出的信号量纲量纲和和数值数值均相等均相等 表示信号引出或测量的位置和传递方向，同一信号线上引表示信号引出或测量的位置和传递方向，同一信号线上引出的信号，其性质、大小完全一样。出的信号，其性质、大小完全一样。v3、方框图的结构要素一、传递函数方框图的建立一、传递函数方框图的建立（4 4）信号线信号线是带有箭头的直线，箭头表示信号的传递方向，传递线是带有箭头的直线，箭头表示信号的传递方向，传递线上标明被传递的信号。上标明被传递的信号。r(t), R(s)v3、方框图的结构要素一、传递函数

14、方框图的建立一、传递函数方框图的建立 任何系统都可以由任何系统都可以由信号线信号线、函数方块函数方块、信号引信号引出点出点及及求和点求和点组成的方块图来表示。组成的方块图来表示。求和点求和点函数方块函数方块引出线引出线函数方块函数方块信号线信号线4. 系统方框图的建立系统方框图的建立步骤步骤 建立系统的原始建立系统的原始微分方程微分方程 对原始微分方程进行对原始微分方程进行LaplaceLaplace变换，并根据式中的因变换，并根据式中的因果关系果关系, ,绘出相应的方框图绘出相应的方框图 按照信号在系统中的传递、变换过程，依次将各传递函按照信号在系统中的传递、变换过程，依次将各传递函数数方框

15、图连接方框图连接起来（起来（同一变量的信号通路连接在一起同一变量的信号通路连接在一起），），系统输入量置于左端，输出量置于右端，变得到系统的传系统输入量置于左端，输出量置于右端，变得到系统的传递函数图。递函数图。一、传递函数方框图的建立一、传递函数方框图的建立习题习题1. 传递函数用来描述环节或自动控制系统的传递函数用来描述环节或自动控制系统的()。 A、输入信号、输入信号 B、输出信号、输出信号 C、干扰信号、干扰信号 D、特、特性性答案：答案：D2. 传递函数就是在传递函数就是在S域内表征域内表征()关系。关系。 A、输入、输入 B、输出、输出 C、输入与输出、输入与输出 D、干扰、干扰答

16、案：答案：C3. 传递函数实质就是，利用拉氏变换把时间函数传递函数实质就是，利用拉氏变换把时间函数f（t）转化成初始）转化成初始条件条件()的复变量的复变量S的函数的函数F（S），从而把输入与输出复杂的微），从而把输入与输出复杂的微积分关系简化为用积分关系简化为用S去乘除的较简单的代数关系。去乘除的较简单的代数关系。 A、为零、为零 B、恒定、恒定 C、为正值、为正值 D、为负值、为负值答案：答案：A4. 传递函数定义是，一个系统或一个环节的传递函数就是在初始传递函数定义是，一个系统或一个环节的传递函数就是在初始条件为零下，系统或环节的输出与输入的条件为零下，系统或环节的输出与输入的()之比。

17、之比。 A、变化量、变化量 B、相对变化量、相对变化量 C、代数式、代数式 D、拉氏、拉氏变换式变换式答案：答案：D1. 1. 串联环节的等效变换规则串联环节的等效变换规则前一环节的输出为后一环节输入的联接方式称为环节的串联前一环节的输出为后一环节输入的联接方式称为环节的串联)(sXi)(1sX)(1sG)(sXo)(2sG)()()()()()()()()(2111sGsGsXsXsXsXsXsXsGoiio串联环节等效传递函数等于各串联环节的传递函数之积串联环节等效传递函数等于各串联环节的传递函数之积二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变

18、等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效等效2. 2. 并联环节的等效变换规则并联环节的等效变换规则各环节的输入相同各环节的输入相同, ,输出为各环节输出的代数和输出为各环节输出的代数和, ,这种联接方这种联接方式称为环节的并联式称为环节的并联二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变并联环节等效传递函数并联环节等效传递函数等于各串联环节的传递等于各串联环节的传递函数之和函数之和以上两种等效规则的代价是什么？以上两种等效规则的代价是什么？3. 3. 反馈连接及其等效规则反馈连接及其等效规则二、传递函数方框图

19、的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变)()()(sXsBsHo)()()(sEsXsGo反馈环节反馈环节前向通道传递函数：前向通道传递函数：反馈通道传递函数：反馈通道传递函数：开环传递函数：开环传递函数： sEHGGsB(s) s (s)k开环传递函数定义为开环传递函数定义为前向通道前向通道传递函数传递函数G(s)G(s)与与反馈回路反馈回路传递函数传递函数H(s)H(s)的的乘积乘积由于由于B(s)B(s)与与E(s)E(s)在相加点的量纲相同，因此在相加点的量纲相同，因此开环传递函数无量纲开环传递函数无量纲。因此，。

20、因此，G(s)G(s)与与H(s)H(s)的量纲互为的量纲互为倒数倒数。)(sG)(sHE(s)B(s)相当于封闭回路在相加点断开后相当于封闭回路在相加点断开后, ,以以E(s)E(s)为输入为输入, ,经经G(s)G(s)、H(s)H(s)而产生输出而产生输出B(s)B(s)&右图的物理意右图的物理意义图义图1.4.4p143. 3. 反馈连接及其等效规则反馈连接及其等效规则二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变反馈环节反馈环节闭环传递函数：闭环传递函数：闭环传递函数为输出信号闭环传递函数为输出

21、信号Xo(s)Xo(s)与输入信号与输入信号Xi(s)Xi(s)之比之比)()(1)()()()(sHsGsGsXsXsGioB由图可知：由图可知：从而，可得闭环传递函数为从而，可得闭环传递函数为注：若相加点注：若相加点B(s) 处为处为负负号时，闭环传递函数分母号时，闭环传递函数分母G(s)H(s)前为前为正正号；号； 若相加点若相加点B(s) 处为处为正正号时，闭环传递函数分母号时，闭环传递函数分母G(s)H(s)前为前为负负号；号；3. 3. 反馈连接及其等效规则反馈连接及其等效规则二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前

22、后输入输出数学关系不变闭环传递函数：闭环传递函数：)()(1)()()()(sHsGsGsXsXsGioB注意：注意：q 前向通道、反馈通道、开环传递函数都只是闭前向通道、反馈通道、开环传递函数都只是闭环系统环系统部分环节部分环节的传递函数，而的传递函数，而闭环闭环传递函数才传递函数才是是系统系统的传递函数的传递函数q相加点的相加点的B(s)B(s)处的符号处的符号不代表不代表闭环系统的反馈闭环系统的反馈是正反馈还是负反馈（是正反馈还是负反馈（p51p51）q 闭环系统传递函数的量纲决定于闭环系统传递函数的量纲决定于X Xo o(s)(s)与与X Xi i(s)(s)的量钢，两者可以相同也可以

23、不同。若的量钢，两者可以相同也可以不同。若H(s)=1H(s)=1，称为单位反馈，此时有称为单位反馈，此时有)(1)()(sGsGsGB二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变4. 4. 分支点的移动规则分支点的移动规则分支点前移分支点前移分支点后移分支点后移分支点前移，串入分支点前移，串入传函本身传函本身分支点后移，串入分支点后移，串入传函倒数传函倒数二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变5. 5. 相加点的移动规则

24、相加点的移动规则相加点后移相加点后移相加点前移相加点前移相加点后移，串入相加点后移，串入传函本身传函本身相加点前移，串入相加点前移，串入传函倒数传函倒数6. 6. 相邻相加点的移动规则相邻相加点的移动规则7. 7. 相邻分支点的移动规则相邻分支点的移动规则注意：注意：分支点、相加点之间不能相互移动分支点、相加点之间不能相互移动二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变相当于相当于算数运算数运算中算中加加减交换减交换运算运算X1X3X2X4+X4=X1+X2X4=X1X1X3X2X4+v小结小结二、传递函数方框

25、图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变分支点前移，串入传函；分支点后移，串入传函倒数分支点前移，串入传函；分支点后移，串入传函倒数相加点后移，串入传函；相加点后移，串入传函； 相加点前移，串入传函倒数相加点前移，串入传函倒数同类型（即分支点或相加点）点之间可以相互移动，不同类型（即分支点或相加点）点之间可以相互移动，不同类型之间不能相互移动位置。同类型之间不能相互移动位置。v一般系统方框图的简化方法v1.1.明确系统的输入和输出。对于多输入多输出系统，针对每个输入及其明确系统的输入和输出。对于多输入多输出系统，针对每个输

26、入及其引起的输出分别进行化简；引起的输出分别进行化简；v2.2.若系统传递函数方框图若系统传递函数方框图无交叉无交叉回路，则根据环节串联、并联和反馈连回路，则根据环节串联、并联和反馈连接的等效原则接的等效原则从里到外从里到外进行简化；进行简化；v3.3.若系统传递函数方框图若系统传递函数方框图有交叉有交叉回路，则根据相加点、分支点等移动规回路，则根据相加点、分支点等移动规则则消除交叉消除交叉回路，然后按步骤回路，然后按步骤2 2进行化简。进行化简。二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变例：化简例：化简二、

27、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变（1 1）相加点前移）相加点前移（2 2）小环回路化为单一传递函数）小环回路化为单一传递函数二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变（3 3）消去第二个反馈回路）消去第二个反馈回路（4 4）消去单位反馈回路）消去单位反馈回路化简途径不唯一化简途径不唯一12方法方法II:II:（1 1）右移分支点）右移分支点（2 2）合并小回路）合并小回路二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化

28、简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变方法方法II:II:（3 3）合并第二个反馈回路）合并第二个反馈回路系统的传递函数方框图及其简化系统的传递函数方框图及其简化二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变（4 4）合并单位反馈回路）合并单位反馈回路二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变前向通道前向通道反馈回路反馈回路梅逊公式化简法梅逊公式化简法各反馈回路有公共传递函数方框各反馈回

29、路有公共传递函数方框梅逊公式：梅逊公式： 如果一系统传递函数方框图满足下面两个条件：如果一系统传递函数方框图满足下面两个条件： (1) 整个方框图整个方框图只有一条只有一条前向通道；前向通道；(2) 各局部反馈回路间存在各局部反馈回路间存在公共的传递函数公共的传递函数方框。方框。 则系统传递则系统传递函数可简化为：函数可简化为：二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变前向通道不唯一的情况前向通道不唯一的情况先简化为一条前向通道先简化为一条前向通道梅逊公式化简为梅逊公式化简为并联等并联等效简化效简化G1(s)

30、Xi+-G2(s)+R1R2Xo+-G1(s)Xi+-G2(s)+R1R2Xo具有独立的局部反馈回路情况具有独立的局部反馈回路情况不可用梅逊公式化简不可用梅逊公式化简 （p54）两个反馈回路具有公共的传递函数两个反馈回路具有公共的传递函数可用梅逊公式化简可用梅逊公式化简二、传递函数方框图的化简：二、传递函数方框图的化简：等效化简，变换前后输入输出数学关系不变等效化简，变换前后输入输出数学关系不变习题习题1. 关于方块图的串联运算：由环节串联组合的系统，它的输入信号为关于方块图的串联运算：由环节串联组合的系统，它的输入信号为()环节的输入，它的输出信号为最后环节的输出。环节的输入，它的输出信号为

31、最后环节的输出。 A、前面、前面 B、第一个、第一个 C、等效、等效 D、每个、每个答案：答案：B2. 关于方块图的串联运算：总的传递函数等于各环节传递函数的关于方块图的串联运算：总的传递函数等于各环节传递函数的()。 A、之和、之和 B、之差、之差 C、之积、之积 D、之商、之商答案：答案：C3. 关于方块图的并联运算：若干环节并联的总传递函数等于各个环节输出关于方块图的并联运算：若干环节并联的总传递函数等于各个环节输出信号的信号的()。 A、之和、之和 B、之差、之差 C、之积、之积 D、之商、之商答案：答案：A4. 方块图的负反馈环节的运算方法是：具有负反馈环节总传递函数等于正方块图的负

32、反馈环节的运算方法是：具有负反馈环节总传递函数等于正向通道的传递函数除以向通道的传递函数除以()传递函数的乘积。传递函数的乘积。 A、1加正向通道加正向通道 B、1加反馈通道加反馈通道 C、正向通道和反馈通道、正向通道和反馈通道 D、1加正向通道和反馈通道加正向通道和反馈通道答案：答案：D习题习题5. 方块图的正反馈环节的运算方法是：具有正反馈环节总传递函数等于方块图的正反馈环节的运算方法是：具有正反馈环节总传递函数等于正向通道的传递函数除以正向通道的传递函数除以()传递函数的乘积。传递函数的乘积。 A、1减正向通道减正向通道 B、1减反馈通道减反馈通道 C、正向通道和反馈通道、正向通道和反馈

33、通道 D、1减正向通道和反馈通道减正向通道和反馈通道答案：答案：D6. 根据下面方块图写出传递函数式，正确的表达式是根据下面方块图写出传递函数式，正确的表达式是()。 A、G(S)= G1(S)+ G2(S)+ G3(S) B、G(S)= G1(S) G2(S) G3(S) C、G(S)= G1(S)+ G2(S)+ G3(S)+Y1(S)+Y2(S) D、G(S)= G1(S) G2(S) G3(S) Y1(S) Y2(S)答案：答案：B7 .根据下面方块图写出传递函数式，正确的表达式是根据下面方块图写出传递函数式，正确的表达式是()。 A、G(S)= G1(S)X1(S)+ G2(S)X2

34、(S)+ G3(S)X3(S) B、G(S)= G1(S)X1(S) G2(S)X2(S) G3(S)X3(S) C、G(S)= G1(S)+ G2(S)+ G3(S) D、G(S)= G1(S) G2(S) G3(S)X3(S)答案：答案：C8. 自动控制系统的传递函数表示了整个系统动态自动控制系统的传递函数表示了整个系统动态()。 A、输入信号、输入信号 B、输出信号、输出信号 C、干扰信号、干扰信号 D、特性、特性答案：答案：D习题习题习题习题9. 自动控制系统的传递函数表示了整个系统动态特性，它反映了在给定量或自动控制系统的传递函数表示了整个系统动态特性，它反映了在给定量或干扰量作为系

35、统的输入信号变化时，干扰量作为系统的输入信号变化时，()作为系统的输出随时间变化的规作为系统的输出随时间变化的规律。律。 A、被控变量、被控变量 B、控制变量、控制变量 C、偏差变量、偏差变量 D、测量变量、测量变量答案：答案：A10. 自动控制系统的传递函数，当反馈回路断开，系统处于开环状态，方块自动控制系统的传递函数，当反馈回路断开，系统处于开环状态，方块图如下：图如下： 开环系统传递函数为开环系统传递函数为()。 A、 B、 C、 D、 答案：答案：C习题习题11、在自动控制系统中，下图是随动系统的方框图。、在自动控制系统中，下图是随动系统的方框图。 其传递函数为其传递函数为()。 A、

36、 B、 C、 D、 答案：答案：B习题习题12 .在自动控制系统中，下图是定值系统的方框图。在自动控制系统中，下图是定值系统的方框图。其传递函数为其传递函数为()。 A、 B、 C、 D、 答案：答案：B习题习题13. 系统或环节方块图的等效变换，有其必须遵守地原则。对于下图，符系统或环节方块图的等效变换，有其必须遵守地原则。对于下图，符合等效变换原则的是合等效变换原则的是()。 A、 B、 C、 D、 答案：答案：C习题习题14. 系统或环节方块图的化简，对于下面方块图的化简和化简后传递函数，系统或环节方块图的化简，对于下面方块图的化简和化简后传递函数，确定它们正确的是确定它们正确的是()。

37、 A、 B、 C、 D、 答案：答案：C习题习题15. 系统或环节方块图的化简，系统或环节方块图的化简， 对于下面方块图的化简和化简后传递函数，对于下面方块图的化简和化简后传递函数，确定它们正确的是确定它们正确的是()。 A、B、 C、D、 答案：答案：C除了输入信号外，又不断受到除了输入信号外，又不断受到干扰干扰的作用，即的作用，即干扰干扰输入，记为输入，记为N(s)N(s)只考虑给定输入时只考虑给定输入时：)()()(1)()()()()(212101sHsGsGsGsGsXsXsGiXi考虑挠动的反馈控制系统的传递函数考虑挠动的反馈控制系统的传递函数 典型框图典型框图 只考虑给只考虑给定

38、输入时定输入时 只考虑干只考虑干扰输入时扰输入时只考虑干扰输入时只考虑干扰输入时：)()()(1)()()()(21202sHsGsGsGsNsXsGN除了输入信号外，工作台在移动过程中又不断受到负载的作用，即除了输入信号外，工作台在移动过程中又不断受到负载的作用，即干干扰扰输入，记为输入，记为N(s)N(s)只考虑给定输入时只考虑给定输入时：)()()(1)()()()()(212101sHsGsGsGsGsXsXsGiXi考虑挠动的反馈控制系统的传递函数考虑挠动的反馈控制系统的传递函数 典型框图典型框图只考虑干扰输入时只考虑干扰输入时：若同时作用于线性系统时，总输出是两输出的若同时作用于线

39、性系统时，总输出是两输出的线性叠加线性叠加。故总输出为：。故总输出为：)()()()()()(1)()()()()(1)()()()()(1)()()()()(1212212212102010sNsXsGsHsGsGsGsNsHsGsGsGsXsHsGsGsGsGsXsXsXii)()()(1)()()()(21202sHsGsGsGsNsXsGN若若 且且 则由干扰引起的误差为则由干扰引起的误差为考虑挠动的反馈控制系统的传递函数考虑挠动的反馈控制系统的传递函数:1 ) ( ) ( ) (1 ) ( ) ( 211为，则由干扰引起的误差，且若s Hs Gs Gs Hs G:1 ) ( ) (

40、) (1 ) ( ) ( 211为，则由干扰引起的误差，且若s Hs Gs Gs Hs G)()()()(1)()()()()()()()()(1)()(121221202sNsNsHsGsNsHsGsGsGsNsHsGsGsGsX 因因G G1 1H(S)H(S)1 1，所以，所以为极小值为极小值。则闭环系统的优点之一是。则闭环系统的优点之一是使干扰引起的使干扰引起的输出极小。即干扰引起的误差极小。输出极小。即干扰引起的误差极小。 如果系统没有反馈回路，即如果系统没有反馈回路，即H(s)=0,H(s)=0,则系统成为开环系统，此时干扰引起则系统成为开环系统，此时干扰引起的输出的输出X X02

41、02(s)=G(s)=G2 2(s)N(s)(s)N(s)无法被消除，全部形成误差无法被消除，全部形成误差。注注: : 对同一闭环系统，当输入的取法不同时，对同一闭环系统，当输入的取法不同时，前向通道前向通道的传递函数的传递函数( (分子分子) )不同，不同，反馈回路反馈回路的传递函数不同，传递函数也不同。但传递函数的的传递函数不同，传递函数也不同。但传递函数的分母不分母不变变。这一分母反映系统本身的固有特性。这一分母反映系统本身的固有特性。 对于开环系统，若输入输出的取法不同，将导致输入与输出之间的对于开环系统，若输入输出的取法不同，将导致输入与输出之间的参加的工作环节不同，则传递函数只反映

42、这些参加工作的不同环节的工作参加的工作环节不同，则传递函数只反映这些参加工作的不同环节的工作情况。这样不但传递函数不同，传递函数的分母也不同。情况。这样不但传递函数不同，传递函数的分母也不同。串级控制系统的组成及工作过程串级控制系统的组成及工作过程1主调主调节器节器调节调节阀阀副对象副对象主对象主对象主变送器主变送器二次扰动二次扰动一次扰动一次扰动副调副调节器节器副变送器副变送器主参数设定主参数设定副参数副参数副回路副回路随动控随动控制系统制系统 主回路主回路4 基本控制规律及其对系统基本控制规律及其对系统过渡过程影响过渡过程影响 信号制信号制-指在成套仪表系列中，各个仪表的输入指在成套仪表系

43、列中，各个仪表的输入输出间采用何种统一联络信号来进行信号传输的问题。输出间采用何种统一联络信号来进行信号传输的问题。气动控制仪表：气动控制仪表：0.020.1MPa 电动控制仪表，电动控制仪表，0 010mA 10mA 电流信号作为电动电流信号作为电动型仪表型仪表 4 420mA 20mA 电流信号电流信号 1 15V 5V 电压信号电压信号 电动电动型仪表型仪表传输方式传输方式 进出控制室的传输信号采用电流信号，控制室内部各仪进出控制室的传输信号采用电流信号，控制室内部各仪表间联络信号采用电压信号表间联络信号采用电压信号 v控制规律：控制系统输入与输出之间的关系。控制规律：控制系统输入与输出

44、之间的关系。v按控制目标分类：按控制目标分类：位式控制：在输出超出设定的上下限时控制器改位式控制：在输出超出设定的上下限时控制器改变输出状态；变输出状态；连续控制：根据测量值与设定值的差异（差值）连续控制：根据测量值与设定值的差异（差值）连续调整输出（控制参数）。连续调整输出（控制参数）。 控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律。通常是在控制器的输入端加间随时间变化的规律。通常是在控制器的输入端加入一个阶跃信号入一个阶跃信号,研究其输出信号变化情况。研究控研究其输出信号变化情况。研究控制器的控制规律时是把控制器和系统断开，即只单制器的

45、控制规律时是把控制器和系统断开，即只单独研究控制器本身的特性。独研究控制器本身的特性。 在控制系统中，由于扰动作用的存在，会使被在控制系统中，由于扰动作用的存在，会使被控变量对给定值产生偏差，此偏差数值上等于被控控变量对给定值产生偏差，此偏差数值上等于被控变量测量值与给定值之差。即：变量测量值与给定值之差。即：ezx 控制器的控制规律就是指控制器的输出信号控制器的控制规律就是指控制器的输出信号p p与与e e之间的函数关系。之间的函数关系。 p = f(e) = f(z-x) 在研究控制器的控制规律时，经常是假定控在研究控制器的控制规律时，经常是假定控制器的输入信号制器的输入信号e是一个阶跃信

46、号，然后来研究控是一个阶跃信号，然后来研究控制器的输出信号制器的输出信号p随时间的变化规律。随时间的变化规律。 控制器的基本控制规律有位式控制、比例控制控制器的基本控制规律有位式控制、比例控制（p）、积分控制（）、积分控制（I）、微分控制（）、微分控制（D）及它们的）及它们的组合形式。组合形式。 不同的控制规律适应不同的生产要求，必须根不同的控制规律适应不同的生产要求，必须根据生产要求来选用适当的控制规律，要选用合适的据生产要求来选用适当的控制规律，要选用合适的控制器，首先必须了解常用的几种常用控制规律的控制器，首先必须了解常用的几种常用控制规律的特点与使用条件，然后，根据过渡过程品质指标要特

47、点与使用条件，然后，根据过渡过程品质指标要求，结合具体对象特性，才能做出正确的选择。求，结合具体对象特性，才能做出正确的选择。 双位控制系统的规律是当测量值大于给定值时，双位控制系统的规律是当测量值大于给定值时，控制器输出为最大（或最小），而当测量值小于给控制器输出为最大（或最小），而当测量值小于给定值时，则输出为最小（或最大），即控制器只有定值时，则输出为最小（或最大），即控制器只有两个输出值。两个输出值。一、双位控制一、双位控制ep 实际应用的双位控制器具有一个中间区，被控参实际应用的双位控制器具有一个中间区，被控参数在中间区时，控制机构不工作，当参数上升至测数在中间区时，控制机构不工作，

48、当参数上升至测量值高于给定值某一数值后，控制机构才关；当参量值高于给定值某一数值后，控制机构才关；当参数下降至测量值低于给定值某一数值后，控制机构数下降至测量值低于给定值某一数值后，控制机构才开，这样，控制机构开关的频率程度大为降低，才开，这样，控制机构开关的频率程度大为降低，从而起到保护的作用。从而起到保护的作用。v控制规律控制规律AB断开，低位，开启阀门；断开，低位，开启阀门；AC导通，高位，关闭阀门。导通，高位，关闭阀门。控控导通导通ACpABppminmaxl控制结果：控制结果：将液位限制在将液位限制在BC之间。之间。ABC断开断开双位控制的过渡曲线双位控制的过渡曲线ptytyHyL二

49、、连续控制二、连续控制PID控制控制v根据输入量与设定值差异的大小根据输入量与设定值差异的大小连续连续调整调整输出量的大小。输出量的大小。v分类：分类：P控制控制比例控制比例控制PI控制控制比例积分控制比例积分控制PD控制控制比例微分控制比例微分控制PID控制控制比例微分积分控制比例微分积分控制pepbaebap 在该控制系统中，阀门开度的改变量与被控变在该控制系统中，阀门开度的改变量与被控变量的偏差值成比例。量的偏差值成比例。即：即：1、比例控制、比例控制 具有比例控制规律的控制具有比例控制规律的控制器称为比例控制器，其输出信器称为比例控制器，其输出信号变化量号变化量 P 与偏差信号与偏差信

50、号 e 之间之间成比率关系。成比率关系。即：即： Kp为放大倍数为放大倍数工业上常用比例度工业上常用比例度代替代替 仪表量程仪表量程 控制器的输出范围控制器的输出范围 比例度比例度-指控制器输入的变化相对值与相应的输出指控制器输入的变化相对值与相应的输出变化相对值之比的百分数。变化相对值之比的百分数。即：即：minmaxminmaxminmaxminmax1xxppKxxpppep若输出与输入都为标准对象，则若输出与输入都为标准对象，则 tQ2t0tt0htt0ptt0Q1tt0e 比例控制的特点：反应快，控制及时，控制结比例控制的特点：反应快，控制及时，控制结果有余差。有偏差信号输入时，输出

51、立刻与它成果有余差。有偏差信号输入时，输出立刻与它成比例地变化，偏差越大，输出的控制作用越强。比例地变化，偏差越大，输出的控制作用越强。比比例例度度对对控控制制过过程程的的影影响响比例度的选择原则比例度的选择原则 若对象的滞后较小，若对象的滞后较小，时间常数较大以及放大时间常数较大以及放大倍数较小，那么可以选倍数较小，那么可以选择小的比例度来提高系择小的比例度来提高系统的灵敏度，从而使过统的灵敏度，从而使过渡过程曲线的形状较好。渡过程曲线的形状较好。反之，为保证系统的稳反之，为保证系统的稳定性，就要选择大的比定性，就要选择大的比例度来保证稳定。例度来保证稳定。 KP（ ）值的影响）值的影响vK

52、P值过大（值过大（ 值过小）值过小）系统反应过于灵敏，容系统反应过于灵敏，容易造成过度控制，产生易造成过度控制，产生大幅振荡。大幅振荡。vKP值过小（值过小（ 值过大）值过大）系统反应过于迟钝，控系统反应过于迟钝，控制时间长，余差大。制时间长，余差大。vKP值（值（ 值）适中值）适中经过少数几个减幅振荡经过少数几个减幅振荡后，逐渐趋于稳定，有后，逐渐趋于稳定，有一定的余差。一定的余差。minmaxminmaxminmaxminmax1xxppKxxpppepIpKedt 积分控制作用的输出变量积分控制作用的输出变量p与与输入偏差输入偏差e的积分成正比。的积分成正比。2、积分控制（、积分控制（I）t te P P式中式中K KI I是积分速度，表示积分速度的大小和积分作用的是积分速度，表示积分速度的大小和积分作用的强弱强弱。当输入偏差是常数当输入偏差是常数A时，则时，则 积分作用能够消除余差，积分作用能够消除余差，与比