自动控制系统的组成、工作原理、品质指标ppt课件

1、1-1 自动控制系统的组成和任务原理2022/7/13第一章 自动控制的根本概念.一、自动控制的根本概念1.人工控制：控制义务由人工操作完成 。2.自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用自动控制安装使被控制对象(如机器、消费过程)的某一物理量(或任务形状)自动地按照预定的规律运转(或变化)。 3.常用术语二、自动控制系统的组成和原理方框图1.自动控制系统的组成2.自动控制系统的原理方框图 2022/7/13.三、自动控制系统的任务原理四、自动控制系统的根本控制方式五、自动控制系统的分类2022/7/13.2022/7/13汽包水位人工、自动控制表示图.常用术语(1)被控对象：指被控制的消费设

2、备或消费过程。(2)被控量被调量：表征消费过程能否正常而需求控制的物理量。(3)给定值设定值：根据消费工艺要求，被控量应该到达的数值。在许多情况下给定值是不变的，如正常运转时锅炉的汽包水位、汽轮机的转速等，但在有些情况下给定值是变化的，如汽轮机启动和停机过程中转速的给定值就应不断变化。 (4)扰动干扰：引起被控量偏离其给定值的各种缘由。假设扰动不包含在控制系统内部，称为外扰；假设扰动发生在控制系统内部，称为内扰。另外，由调理机构开度变化呵斥的扰动，称为根本扰动；变卦给定值引起的扰动，称为定值扰动。 2022/7/13.常用术语(5)控制量：由控制造用来改动,以控制被控量的变化,使被控量恢复为给

3、定值的物理量。 (6)控制机构调理机构：改动对象流入量或流出量的机构，如上例中给水控制阀。火电厂自动控制系统中的调理机构多数是阀门或挡板。(7)自动控制系统：自动控制安装和控制对象经过信号的相互传送联络起来就构成一个自动控制系统。 用上述术语来表述，自动控制的过程就是根据被调量偏离给定值的情况，适当的调整调理机构，改动控制量，最后抵消扰动的影响，使被调量重新恢复到给定值的过程。2022/7/13.自动控制系统的组成1、自动控制系统由被控对象和自动控制安装两个根本部分组成。2、实现自动控制造用所需求的自动控制安装P3 丈量单元丈量变送器、检测变送器 控制单元控制器、调理器 执行单元执行机构，包括

4、执行器和调理机构 3、自动控制系统中的各安装是经过信号的传送和转换相互联络起来的。2022/7/13.自动控制系统的原理方框图(1)能直观地表达自动控制系统中各设备之间相互作用与信号传送关系的表示图称为自动控制系统的原理方框图。(2)方框图的四个要素2022/7/13.方框图的四个要素信号线：用箭头表示信号“x的传送方向的衔接线。汇交点 (相加点、综合点)：表示两个信号“x1与“x2的代数和。分支点(引出点)：表示把信号“x分两路取出。环节：方框图中的一个方框。2022/7/13.自动控制系统的任务原理 自动控制系统的任务原理可以描画为：控制系统原来处于平衡形状即被调量等于给定值、调理器无输出

5、、执行器和调理机构无动作，当遭到扰动的影响使被调量偏离给定值，此时被调量的实践值被丈量变送器检测并传送给调理器，调理器根据被调量的实测信号和给定信号之间产生一个偏向信号，并按照一定的控制规律对此偏向信号进展运算，产生一个控制指令信号给执行器，用以驱动调理机构改动控制量，对被调量不断的进展调理，直到控制系统重新到达一个新的平衡形状。2022/7/13.根本控制方式1.开环控制：控制安装与被控对象之间只需顺向作用而没有反向联络的控制过程。 2.闭环控制：控制安装与被控对象之间既有顺向作用，又有反向联络的控制过程。 2022/7/13.根本控制方式3.复合控制：在闭环控制回路的根底上，附加一个输入信

6、号或扰动作用的前馈通路。 前馈通路通常由对输入信号的补偿安装或对扰动作用的补偿安装组成，分别称为按输入信号补偿(a图)和按扰动作用补偿(b图)的复合控制系统。 2022/7/13.2022/7/13二按调理系统的内部构造分类1反响调理系统(feedback regulation system)：反响调理系统是根据偏向进展调理的，见以下图。一按给定值信号的特点分类1恒值调理系统(constant regulation system)2程序调理系统(programme regulation system3随动调理系统(follow-up regulation system)自动控制系统分类.202

7、2/7/13特点：1在调理终了时，可以使被调量等于或接近于给定值2当调理系统遭到扰动作用时，必需等到被调量出现偏向后才开场调理，所以调理的速度相对比较缓慢。 反响调理系统也称为闭环(close loop)调理系统。 .2022/7/132前馈调理系统(feedforward regulation system)：前馈调理系统是根据扰动进展调理的，见以下图。.2022/7/13前馈调理系统特点： (1)由于扰动影响被调量的同时，调理器的调理作用已产生，所以调理速度相对比较快； (2)由于没有被调量的反响，所以调理终了时不能保证被调量等于给定值。 前馈调理系统由于无闭合环路存在，亦称为开环(ope

8、n loop)调理系统。3.复合调理系统(compounding regulation system)三按调理系统闭环回路的数目分类1单回路调理系统(single loop regulation system)2多回路节系统(multiple loop regulation system).2022/7/13 2离散调理系统(discrete regulation system)五按系统的特性分类1线性调理系统 (linear regulation system)2非线性调理系统(nonlinear regulation system)四按调理作用的方式分类1延续调理系(continuous

9、regulation system).1-2 自动控制系统的过渡过程和质量目的 一、自动控制系统的静态特性和动态特性：P5 二、自动控制系统的过渡过程 1、典型输入 2. 在阶跃信号作用下过渡过程的根本方式三、自动控制系统的质量目的(1)稳定性(2)准确性(3)快速性2022/7/13.自动控制系统的典型输入 自动控制系统所要抑制的干扰多种多样，普通来说变化缓慢的干扰总是比变化忽然的干扰更容易抑制。我们常把一种忽然从一个数值变化到另一个数值，而且一经加上就继续下去不再消除的扰动称为阶跃扰动。除阶跃扰动外，控制系统还需求抑制斜坡扰动、脉冲扰动、正弦波扰动等，如下表所示。 在一切的扰动方式中，普通

10、阶跃扰动是最不利和最难抑制的，假设一个控制系统能很好的抑制阶跃扰动，那么对于其他方式的扰动也就不难抑制，因此我们常把对阶跃扰动的反响作为判别系统抗干扰才干好坏的规范。 2022/7/13.2022/7/13.过渡过程的根本方式2022/7/13.2022/7/13 1稳定的过渡过程：自动控制系统遭到扰动后，经过调理可以到达新的平衡形状，即被调量可以到达新的稳定数值，如非周期振荡、衰减振荡。 2不稳定的过渡过程：自动控制系统遭到扰动后，被调量是振荡的，不可以恢复到一个新的平衡形状，如单调发散、发散振荡、等幅振荡。 大多数情况下，希望控制系统的过渡过程曲线是衰减振荡的方式。.2022/7/13过渡

11、过程的质量目的自动控制系统的性能目的是用来衡量系统任务质量优劣和调理效果好坏的规范，也表征了控制系统抑制外来干扰的才干，对后续进展控制系统的分析和整定起着非常重要的作用。对于定值控制系统，突出的控制要求是抑制扰动的性能，在扰动发生后，被调量能稳定、准确、快速的恢复到给定值或新的平衡形状；对于随动控制系统，突出的控制要求是跟踪性能，在扰动发生后，被调量能稳定、准确、快速的跟踪新的给定值。总而言之，自动控制系统的性能目的可以用稳定性、准确性、快速性来概括。.2022/7/13过渡过程的质量目的1、稳定性是指控制系统在动态变化过程中振荡的猛烈程度和被调量变化幅值的大小，可以用被调量的最大动态偏向或超

12、调量、衰减比或衰减率来衡量。以下图为过渡过程的质量目的表示图。1最大动态偏向ymax：整个调理过程中被调量偏离给定值的最大暂时偏向。2超调量：第一个波峰幅值A与被调量最终新的稳态值之比，即 在给定值变化的情况下，用超调量目的来表示被调量偏离给定值的最大程度。.2022/7/13.2022/7/13过渡过程的质量目的3衰减比n： 两个同方向的相邻波峰幅值之比A：B，习惯上用n：1表示。显然，衰减比表示过渡过程振荡的猛烈程度。4衰减率：是指每经过一个动摇周期，被调量振动幅值减少的百分数。如上图所示，衰减率可表示为 工程上常用它来描画过渡过程为衰减振荡时的衰减速度。 .2022/7/13过渡过程的质

13、量目的根据 的数值，很容易判别过渡过程的方式： a. 假设0，那么过渡过程是发散振荡，这种系统是不稳定的，不能运用。 b. 假设0，那么过渡过程是等幅振荡，这种系统处于临界稳定。在某些不利要素的影响下，它就能够变为发散振荡。这种系统也不能运用。 c. 假设01，那么过渡过程是衰减振荡，这种系统是稳定的，可以运用。 d. 假设 1，那么过渡过程是不振荡的衰减过程非周期衰减，这种系统稳定性高。 不仅如此，在01的范围内， 的数值还可阐明系统稳定裕量的大小。显然，值愈大系统的稳定裕量愈大，即稳定性越好。对于恒值控制系统，普通取0.750.9。.2022/7/13过渡过程的质量目的2、准确性是指过渡过

14、程终了后被调量能否能准确的等于给定值跟踪给定值。衡量系统准确性的目的是系统的稳态偏向静态偏向。稳态偏向e() ：控制系统过渡过程终了后，被调量新的稳态值与给定值之间的长期偏向，也称为静态偏向、剩余偏向或余差。此值可正可负。对于定值控制系统，余差越小，控制精度越高。但实践消费中，要求余差不超越工艺规定的允许范围即可。 有余差的控制系统称为有差控制系统，无余差的控制系统称为无差控制系统。.2022/7/13过渡过程的质量目的3、快速性是指控制系统过渡过程时间的长短。衡量系统快速性的目的有过渡过程时间、振荡周期或振荡频率。 1过渡过程时间：从阶跃扰动作用起至被调量又建立新的平衡形状止的时间，又称为调理时间。严厉来讲，被调量到达新的稳定形状需求无限长的时间，实践上，由于控制仪表的灵敏度所限，当被调量接近新的稳态值时，指示值就根本不变了。普通规定当指示值进入新稳态值的5%或2%范围而不再超出时，就以为被调量已达新稳态值，过渡过程终了。 2振荡周期T：过渡过程曲线上从第一个波峰到同向相邻的波峰之间的时间，其倒数称为振荡频率。在衰减比一样的条件下，振荡周期与过渡过程时间成正比。.2022/7/13过渡过程的质量目的在稳、准、快三个性能目的中，稳定性