第二章 控制系统组成及性能指标

1、热烈欢迎江苏省教育厅咨询评估专家 第二章 控制系统组成及性能指标吴建国吴建国 教授教授南通大学电气工程学院南通大学电气工程学院2007.09l 重点：重点：n 掌握过程控制系统的组成掌握过程控制系统的组成n 结合具体对象，掌握控制系统的方块图结合具体对象，掌握控制系统的方块图描述法描述法n 掌握控制器掌握控制器“正、反作用正、反作用”的选择方法的选择方法n 了解控制系统的性能指标了解控制系统的性能指标本章重点内容第一章内容回顾液位控制器设定值hsp偏差e(t)+_测量值hm(t)干扰通道+液位传感测量变送器出水控制阀被控变量h(t)控制信号u(t)操纵变量Qo(t)控制通道扰动Qi(t)液体贮

2、罐分析分析:当采用进水控制阀时的操纵变量和扰动。当采用进水控制阀时的操纵变量和扰动。字母字母第一字母第一字母（被测变量）（被测变量）后继字母后继字母（仪表功能）（仪表功能）C电导率电导率控制控制F流量流量I电流电流指示指示L液位或物料液位或物料指示灯指示灯P压力或真空压力或真空测试接头测试接头T温度温度变送变送被测变量和仪表功能代号TC进料出料燃料TTmTspRfu实例分析 加热炉温度控制系统，要求加热炉温度控制系统，要求:(1)指出系统中的被控变量、操纵指出系统中的被控变量、操纵变量、扰动变量与控制目标变量、扰动变量与控制目标(2)画出画出系统的方块图系统的方块图(3)选择控制阀选择控制阀“

3、气开、气关气开、气关”形形式式(4)指出该控制系统的指出该控制系统的“广义对象广义对象”及物理意义。及物理意义。温度控制器设定值Tsp偏差e(t)+_测量值Tm(t)温度测量变送器燃料控制阀炉出口温度 T(t)控制u(t)燃料量Rf (t)加热炉扰动温度控制系统方块图1特点：各环节均用实际仪表、设备或装置来表示。特点：各环节均用实际仪表、设备或装置来表示。温度控制系统方块图2温度控制器Gc(s)设定值Tsp偏差e(t)+_测量值Tm(t)+温度测量变送Gm(s)燃料控制阀Gv(s)炉出口温度 T(t)控制u(t)燃料量Rf (t)控制通道Gp(s)进料量,进料温度等扰动加热炉干扰通道特点：采用

4、传递函数与环节名称混合表示，特点：采用传递函数与环节名称混合表示，对象用被控过程的动态特性来表示。对象用被控过程的动态特性来表示。温度控制系统方块图3温度控制器Gc(s)设定值Tsp偏差e(t)+_测量值Tm(t)+温度测量变送Gm(s)燃料控制阀Gv(s)炉出口温度 T(t)控制u(t)燃料量Rf (t)控制通道Gp(s)加热炉D(t)特点：对象用被控过程的动态特性来表示，其中除控制特点：对象用被控过程的动态特性来表示，其中除控制通道外，所有干扰对被控变量的影响只用一个输出扰动通道外，所有干扰对被控变量的影响只用一个输出扰动来近似。来近似。控制系统的组成被控对象 一般由生产工艺所决定一般由生

5、产工艺所决定执行器 特性选择、特性选择、“气开气开”、“气关气关”选选择择控制器 控制规律选择、控制规律选择、“正、反作用正、反作用”选选择、择、 参数整定参数整定测量变送器 特性选择（精度、量程等）特性选择（精度、量程等）执行器“气开”、“气关”选择TC进料出料燃料TTmTspRfu选择原则：选择原则：满足工艺要求。满足工艺要求。选择秘诀：选择秘诀：根据根据“开开”、“关关”对对生产过程所产生的破坏生产过程所产生的破坏性后果，来确定性后果，来确定“气气开开”、或、或“气关气关”。执行器“气开”、“气关”选择举例气开？气关？气开？气关？气开？气关？气开？气关？控制器的“正、反作用”选择问题控制

6、器Gc (s)执行器Gv (s)控制通道Gp (s)测量变送Gm (s)设定值ysp偏差 e+_控制变量u操纵变量q被控变量y测量值ym扰动 D干扰通道GD (s)+被控对象问题：如何构成一个负反馈控制系统？问题：如何构成一个负反馈控制系统？控制器 “正、反作用”的定义当被控变量的测量值增大测量值增大时，控制器的输出也增大输出也增大，则该控制器为“正作用”；当被控变量的测量值增大测量值增大时，控制器的输出反而减少输出反而减少，则该控制器为“反作用”。被控对象 “正、反作用”的定义当操纵量增大操纵量增大时，被控对象的输出也增大输出也增大，则该被控对象为“正作用”；当操纵量增大操纵量增大时，被控对

7、象的输出反而减小输出反而减小，则该被控对象为“反作用”；被控对象 “正、反作用”的判别控制器的控制器的“正、反作用正、反作用”选择选择-假设检验法假设检验法先假设控制器的作用方向，再检查先假设控制器的作用方向，再检查控制回路能否成为控制回路能否成为“负反馈负反馈”系统；系统；选择要点：选择要点：使控制回路成为使控制回路成为“负反馈负反馈”系统。系统。控制器控制器“正、反作用正、反作用”选择举例选择举例-假设检验法假设检验法TC进料出料燃料TTmTspRfu控制阀：控制阀：“气开气开”， u Rf对象：正作用，对象：正作用， Rf T若温度控制器为若温度控制器为正作用正作用，即：，即：T Tm

8、m u u；则；则TmuRfTTm结论：该控制器不能为正作用，而应为结论：该控制器不能为正作用，而应为反作用反作用。1）画出控制系统的方块图；）画出控制系统的方块图；2）确定除控制器外各环节的）确定除控制器外各环节的“+、-”号；号；3）根据回路各环节符号乘积为）根据回路各环节符号乘积为“+”的原则；的原则；4）确定控制器的正反作用。）确定控制器的正反作用。各环节符号的确定各环节符号的确定：被控对象：被控对象：正作用（正作用（+）、反作用（）、反作用（-）执行器：执行器：气开（气开（+）、气关（）、气关（-）测量变送器测量变送器：（+）控制器：控制器：正作用（正作用（-）、反作用（）、反作用（

9、+）控制器的控制器的“正、反作用正、反作用”选择选择-符号符号判别法判别法控制器的控制器的“正、反作用正、反作用”选择举例选择举例-符号判别法符号判别法温度控制器( ? )Tspe(t)+_Tm(t)+温度测量变送( + )燃料控制阀( + )T(t)u(t)Rf (t)加热炉控制通道( + )D(t)符号判别法的要点：符号判别法的要点：回路中（回路中（-）环节数为零或偶数；）环节数为零或偶数；稳定性稳定性：控制系统的闭环极点位于：控制系统的闭环极点位于S平面左半平面平面左半平面稳定性指标（衰减比稳定性指标（衰减比n、超调量）、超调量）准确性准确性：控制系统被控变量与设定值之间偏差小：控制系统被控变量与设定值之间偏差小准确性指标（余差）准确性指标（余差）快速性快速性：控制系统存在偏差的时间尽量短：控制系统存在偏差的时间尽量短快速性指标（调节时间、振荡频率）快速性指标（调节时间、振荡频率）偏离度偏离度：控制系统被控变量偏离设定值的离散程度小：控制系统被控变量偏离设定值的离散程度小（为系统综合性指标）（为系统综合性指标）阶跃响应曲线阶跃响应曲线BBn%100CBCBACryre