暖通空调之自动控制培训教材

注册公用设备工程师

（暖通空调）自动控制考试基本情况共9道题，18分。大纲要求自动控制与自动控制系统的一般概念控制系统数学模型线性系统的分析与设计

控制系统的稳定性与对象的调节性能掌握控制系统的误差分析

控制系统的综合和校正

一、自动控制与自动控制系统的一般概念“控制工程”基本含义信息的传递反馈及反馈控制开环及闭环控制系统构成控制系统的分类及基本要求1、“控制工程”基本含义（1）控制工程：是一门研究“控制论”在工程中应用的科学。（2）自动控制：在没有人的直接参与的条件下，利用控制器使被控对象（如机器、设备或生产过程）的某些物理量（或工作状态）能自动地按照预定的规律变化（或运行）。例1工作原理：温度传感器不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。

被控对象，传感器，调节器，执行器，被控量，给定值，主反馈，偏差，扰动自动控制，控制系统，反馈，反馈控制开环控制，前馈控制，闭环控制，优缺点自动控制系统的组成信息的传递控制系统的分类及基本要求

（1）分类从系统结构特点上，分为开环控制系统和闭环控制系统

按照分析和设计的方法，通常可分为线性和非线性，时变和非时变系统

按照系统参考输入信号变化规律，分为恒值控制系统和随动控制系统。

按照系统内部传输信号的性质，分为连续控制系统和离散控制系统。

（2）空调自动调节系统的分类按被调参数的给定值不同可以分为：恒值（定值）调节系统：恒值控制系统的参考输入为常量，要求它的被控制量在任何扰动的作用下能尽快地恢复（或接近）到原有的稳态值。由于这类系统能自动的消除或削弱各种扰动对被控制量的影响，又称为自镇定系统。随动调节系统：随动控制系统得参考输入是一个变化的量，一般是随机的。要求系统的被控量能快速、准确地跟随参考输入信号的变化而变化。

（2）空调调自动动调节节系统统的分分类程序调调节系系统：系统中中的给给定值值是按按一定定的规规律变变化的的，给给定值值是时时间的的函数数。系系统是是输出出信号号按照照一定定的精精度随随输入入而变变化。。如空空调中中的人人工气气候室室。计算机机最佳佳控制制系统统：利用用计算算机控控制使使系统统达到到最佳佳控制制。最最佳是是指空空调系系统实实现给给定的的评价价函数数（性性能指指标））为最最佳，，既能能好最最小的的控制制。（3）基本要要求稳定性性：稳定定性是是保证证控制制系统统正常常工作作的先先决条条件。。如稳稳定的的恒值值控制制系统统，被被控量量偏离离期望望的初初始偏偏差应应随时时间的的增长长逐渐渐减小小并趋趋于零零。平稳性性：如果控控制过过程中中出现现被控控量围围绕给给定值值的摆摆动或或称振振荡，，振荡荡的幅幅值和和频率率都不不能过过大。。（3）基本要要求快速性性：控制制过程程的总总体调调节时时间应应有所所限制制，应应尽快快进入入稳定定状态态。准确性性（精精确性性）：控制制系统统进入入稳定定状态态后，，系统统的期期望输输出与与实际际输出出之间间的差差值，，差值值越小小准确确性越越好。。是系系统的的稳态态性能能。例1反馈的的概念念、反反馈控控制反馈——将输出出量直直接或或间接接送回回到系系统的的输入入端，，并与与输入入信号号比较较的过过程称称为反反馈。。反馈控控制的的实质质：按按偏差差控制制。例2选择题题1）开环环控制制系统统的输输出（（BD）。A参与系系统的的反馈馈调节节C到输入入有反反馈通通道B不参与与系统统的反反馈调调节D到输入入无反反馈通通道2)闭环控控制系系统的的输出出（AC）。A参与系系统的的反馈馈调节节C到输入入有反反馈通通道B不参与与系统统的反反馈调调节D到输入入无反反馈通通道3)前馈控控制系系统是是（BC）。A闭环控控制系系统C按干扰扰信号号进行行补偿偿的系系统B开环控控制系系统D能抑制制不可可测量量的扰扰动的的系统统例2选择题题4)控制系系统基基本性性能的的要求求（ABCD）。A稳定性性B快速性性C平稳性性D准确性性5)按给定定信号号的特特点控控制系系统可可分为为（））。A恒值系系统C程序控控制系系统B随动系系统D计算机机控制制系统统6）按控控制信信号的的形式式控制制系统统可分分为（（CD）。A线性控控制系系统C连续控控制系系统B非线性性控制制系统统D离散控控制系系统例2选择题题7)闭环控控制系系统的的组成成（ABCD）。A被控对对象B调节器器C执行器器D测量变变送器器下列各各式是是描述述系统统的微微分方方程，，其中中，r(t)为输入入变量量，c（t）为输输出量量二、控制系系统数数学模模型控制系系统各各环节节的特特性控制系系统微微分方方程的的拟定定与求求解拉普拉拉斯变变换与与反变变换传递函函数及及其方方块图图被控对对象的的特性性对象的的自平衡衡是指指当干干扰不不大或或负荷荷变化化不大大时，，即使使没有有调节节作用用，被被调节节参数数变化化到某某个新新的稳稳定值值，从从而恢恢复平平衡状状态。。对象达达到自自平衡衡所经经历的的过程程叫做做自平平衡过过程。。有自自平衡衡能力力的被被控对对象输输出重重新稳稳定，，无自自平衡衡能力力的被被控对对象输输出一一直增增加，，无法法稳定定。下图所所示为为室温温自动动调节节系统统，不考虑虑室温温控制制对象象的滞滞后。。被控对对象：：干扰通通道的的增量量微分分方程程式为为调节通通道的的增量量微分分方程程式为为温度对对象的的增量量微分分方程程假定送送风温温度稳稳定，，即为阶跃跃信号号，则由于实实际的的房间间对象象存在在着传传递滞滞后被控对对象的的特性性参数数放大系系数K：被控对对象输输出量量的增增量的的稳态态值与与输入入量的的增量量的比比值。是被控控对象象的静静态特特性参参数，，决定定输入入信号号对稳稳定值值的影影响。。放大系系数越越大，，被控控量对对输入入量的的变化化越灵灵敏，，稳定定性差差；放放大系系数越越小，，对象象控制制灵敏敏度差差，但但稳定定性好好。被控对对象的的特性性参数数时间常常数T：为对象象在阶阶跃扰扰动作作用下下，被被控量量以初初始最最大速速度变变化到到稳态态之所所需的的时间间。如（2）中的的T1。因此时时间常常数反反映了了被控控对象象在阶阶跃扰扰动作作用下下到达达新稳稳定值值的快快慢，，表示被被控对对象惯惯性大大小的的常数数，时间常常数大大，惯惯性大大。时间常常数大大，被被控对对象惯惯性大大，被被控量量变化化速度度慢，，控制制较平平稳；；时间间常数数小，，惯性性小，，被控控量变变化速速度快快，不不易控控制。。被控对对象的的特性性参数数滞后时时间被控对对象的的被控控量的的变化化落后后于干干扰的的现象象为滞滞后。。滞后后分纯纯滞后后和过过渡滞滞后。。纯滞后后：又又称传传递滞滞后，，由于于物料料量或或能量量的传传送过过程需需要一一定的的时间间而造造成的的。如如（3）中的的过渡滞滞后：：又称称容量量滞后后。对对象的的容量量系数数和阻阻力越越大，，容量量的个个数越越多，，则过过渡滞滞后时时间越越长，，过渡渡过程程就越越慢实际对对象中中，纯纯滞后后和过过渡滞滞后很很难严严格区区别，，故统统称为为滞后后时间间。滞后的的存在在不利利于控控制，，因此此在设设计和和安装装控制制系统统时，，应尽尽量把把滞后后调到到最小小。调节器器的特特性线性控控制规规律的的微分分方程程：比例规规律：比例积积分规规律：比例积积分微微分规规律：P——调节器器的输输出信信号；；e——调节器器的输输入信信号，，即被被控量量的测测量值值与给给定值值之差差，偏偏差；；—积分时时间，，分（（min）；—微分时时间，，分（（min）；—调节器器的放放大系系数。。非线性性控制制规律律的微微分方方程：：双位调调节规规律系统各各环节节微分分方程程式的的形式式为：：被控对对象：：温度传传感器器：调节器器（包包括比比较元元件））：执行器器=K3P以室温温作为为系统统输出出的微微分方方程式式在恒值值调节节系统统中，，给定值值是不不变的的，被控控量的的变化化来源源于外外界干干扰，，选干干扰作作用为为输入入量。。系统在在给定定作用用下的的微分分方程程式：：系统在在干扰扰作用用下的的微分分方程程式：：系统微微分方方程的的求解解系统的的微分分方程程为二二阶线线性常常系数数微分分方程程，其其解为为齐次次方程程的通通解和和非齐齐次方方程的的特解解之和和。当系统统中各各个参参数确确定后后，微微分方方程中中的各各个系系数就就可确确定，，这时时可根根据系系统方方程来来具体体求解解。需回忆忆高等等数学学中二二阶常常系数数微分分方程程的求求取方方法。。特征征根不不同时时，解解的形形式不不同。。拉普拉拉斯变变换与与反变变换1、拉普普拉斯斯变换换（1）定义义：函数数f(t)，t为实变变量。。如线线性积积分（s为复变变量δ+jω）存在在，则则称其其为函函数f(t)的拉普普拉斯斯变换换，简简称拉拉氏变变换。。变换换后得得到的的新函函数应应是复复变量量s的函数数，记记作F(s)或L[f(t)]即称F(s)为f(t)的变换换函数数或象象函数数，而而f(t)为F(s)的原函函数。。（2）常用用拉氏氏变换换定理理1）线性性定理理2）微分分定理理3）积分分定理理4）时滞滞定理理5）初值值定理理6）终值值定理理7）实域域中的的位移移定理理或滞滞后定定理8)复域中中的位位移定定理2、拉普普拉斯斯反变变换（1）定义义（2）计算算1）A(s)=0无重根根2）A(s)=0有重根根重根部部分的的各项项系数数求反变变换即即得f(t)3、常用用函数数的拉拉氏变变换表表见p175表4-1。例的的原函函数为为传递函函数及及其方方块图图1、传递递函数数（1）定义义：零零初始始条件件下，，线性性定常常系统统输出出量拉拉氏变变换与与输入入量拉拉氏变变换之之比。。设线性性定常常系统统的微微分方方程为为1、传递递函数数设初始始值为为零，，对上上式两两端进进行拉拉氏变变换，，得则系统统传递递函数数2、方块块图（1）概念念：方方块图图即系系统方方块图图，也也称为为系统统动态态结构构图，，是系系统中中每个个环节节的功功能和和信号号流向向的图图解表表示。。方块块图表表明了了系统统中各各种环环节间间的相相互关关系。。其组组成如如下所所示：1）信号线线：表表示信信号输输入、、输出出通道道，箭箭头代代表信信号传传递方方向；；2）综合合点（（比较较点））也称相相加点点，表表示几几个信信号相相加减减，叉叉圈符符号的的输出出量为为诸信信号的的代数数和；；±3）引出出点：：表示示同一一信号号传递递到几几个地地方4）传递递方框框方框两两侧应应为输输入信信号和和输出出信号号线，，方框框内写写入该该输入入、输输出之之间的的传递递函数数G(s)。G(s)（2）方块块图的的连接接和等等效变变换1）串联连连接若干个个环节节串联联连接接的总总传递递函数数等于于各环环节传传递函函数之之积。。G1(s)G3(s)G2(s)X1X2RCG(s)RCG(s)=G1(s)G2(s)G3(s)G(s)=（2）方块块图的的连接接和等等效变变换2）并联联连接接G3(s)

G1(s)G2(s)R(s)C(s)++

G(s)

R(s)C(s)G(s)=G1(s)+G2(s)+G3(s)若干个个环节节串联联连接接的总总传递递函数数等于于各环环节传递函函数之之和。。G(s)=（2）方块块图的的连接接和等等效变变换3）反馈馈连接接G(s)H(s)R(s)B(s)C(s)+-+E(s)H(s)=1时，单单位反反馈E(s)=R(s)-B(s)----偏差信信号前向通通道+反馈通通道=闭环回回路开环传传递函函数G(s)H(s)=前向通通道传传递函函数G(s)=H(s)=1时G(s)H(s)=G(s)闭环传传递函函数=3）反馈馈连接接负反馈馈：正反馈馈：==4)引出点点和比比较点点和方方块之之间的的移动动例G1G2G3G4G5G6R(S)C(S)__+++计算（1）结构构如等等效变变换（2）梅逊逊公式式——从输入入节点点到输输出节节点的的前向向通路路（自自身不不能有有重复复的路路径））的总总条数数。——从输入入节点点到输输出节节点的的第条条前前向通通路的的传递递函数数。——为特征征式，，由系系统结结构图图中各各回路路传递递函数数确定定：式中——所有单单独回回路传传递函函数之之和；；——所有存存在的的两个个互不不接触触的单单独回路传传递函函数乘乘积之之和；；——所有存存在的的三个个互不不接触触的单单独回路传传递函函数乘乘积之之和。。——为第条条前向向通路路特征征式的的余因因子式式，即在结结构图图中，，除去去与第第条条前向向通路路接触触的回路后后的值值的的剩余余部分分。回路传传递函函数是是指反反馈回回路的的前向向通路路（道道）和反馈馈通路路（道道）函函数的的乘积积，并并且包包含表表示反馈极极性的的正、、负号号。3、典型型环节节的传传递函函数及及其方方块图图1）放大大（比比例））环节节KR(s)C(s)K——常数，，称放放大系系数或或增益益。2)积分环环节3)理想想微微分分环环节节s积分分环环节节具具有有记记忆忆特特性性，，可可用用来来改改善善系系统统的的静静态态特特性性微分分环环节节反反映映变变化化趋趋势势，，可可用用来来改改善善系系统统的的动动态态特特性性实际际微微分分环环节节实际际上上可可以以实实现现的的微微分分环环节节都都具具有有一一定定的的惯惯性性，，它它的的微微分分方方程程和和传传递递函函数数分分别别是是4）惯性性环环节节T—惯性性环环节节时时间间常常数数5）二二阶阶振振荡荡环环节节6)纯滞滞后后环环节节例3选择择题题1）系系统统的的传传递递函函数数取取决决于于（（AB）。。A系统统结结构构B固有有参参数数C输入入量量的的形形式式D输出出量量的的形形式式2)系统统的的传传递递函函数数(ABC).A是复复变变量量s的有有利利真真分分式式B只有有自自身身结结构构和和参参数数有有关关C是单单位位脉脉冲冲响响应应的的拉拉氏氏变变换换D可以以反反映映零零输输入入下下的的动动态态特特性性ABC三、、线性性系系统统的的分分析析与与设设计计基本本调调节节规规律律及及实实现现方方法法控制制系系统统的的一一阶阶瞬瞬态态响响应应二阶阶瞬瞬态态响响应应频率率特特性性的的基基本本概概念念频率率特特性性的的表表示示方方法法调节节器器的的特特性性对对调调节节质质量量的的影影响响二阶阶系系统统的的设设计计方方法法（一一））基本本调调节节规规律律及及实实现现方方法法调节节器器本本身身是是一一个个带带反反馈馈的的小小系系统统，，各各种种调调节节规规律律使使通通过过改改变变反反馈馈环环节节的的特特性性来来实实现现的的。。为了了将将调调节节器器内内部部的的反反馈馈环环节节与与室室温温调调节节系系统统的的反反馈馈环环节节区区分分开开来来，，将将调调节节器器内内部部的的反反馈馈环环节节称称为为调调节节器器内内反反馈馈。。1、基本调节规规律设调节器的输输入为，，输出出为y。室温线性调调节器的各种种基本规律见见表3-1。2、调节器的内内反馈实现调节器的的各种调节规规律的主要方方法是在调节节器内部采用用反馈。内反反馈回路中采采用各种不同同的环节，就就可得到各种种不同的调节节规律。〉KWR(s)+-图3-1调节器的内反反馈调节器的内反反馈的基本原原理〉K放大器是一个个比例环节，，其传递函数数调节器的传递递函数放大器的放大大倍数越大，，则越越小。。调节器的内反反馈的基本原原理3、比例积分（（PI）调节器为实际的微分分环节（二）控制系统的一一阶瞬态响应应1、数学模型描述一阶系统统动态特性的的微分方程式式的一般标准准形式是c(t)‑‑‑‑‑‑输出量;r(t)‑‑‑‑‑‑输入量;T‑‑‑‑‑‑时间常数,表示系统的惯惯性。一阶系统的闭闭环传递函数数为2、一阶系统的的单位阶跃响响应2、一阶系统的的单位阶跃响响应由r(t)=1(t)，R(s)=1/s,则系统过渡过过程（即系统统输出）的拉拉氏变换式为为=1代表稳态分量量，代代表瞬态态分量2、一阶系统的的单位阶跃响响应显然，一阶系系统的单位阶阶跃响应曲线线是一条由零零开始，按指指数规律单调调上升的，最最终趋于1的曲线。响应应曲线也是具具有非振荡特特征，故也称称为非周期响响应。过渡过程时间间=（3~4）T例由纯积分环节节经单位反馈馈而形成的闭闭环系统超调调量为（））（A）0（B）16.3%（C）无超量（（D）以上都对（三）二阶瞬态响应应凡可用二阶微微分方程描述述的系统，称称为二阶系统统。1、二阶系统的的数学模型（（以室温自动动调节系统在在给定作用下下为例）当给定作用为为阶跃输入时时，系统的微微分方程为：：两边进行拉氏氏变换，得传传递函数为（（零初始条件件）2、二阶系统的的单位阶跃响响应求(3-1)的拉氏反变换换，分三种情情况讨论。图3-2二阶系统的单单位阶跃响应应通用曲线（1）过阻尼二阶阶系统的阶跃跃响应(2)临界阻尼情况况二阶系统的特特征根为两个个相等的负实实根，单位阶跃响应应表达式为：：(3)欠阻尼（0＜＜＜1）情况二阶系统的特特征根为两个个不相等的负负实根单位阶跃响应应表达式为超调量，衰减减比，峰值时时间，过渡过过程时间，静静差，振荡周周期值变化(增大)对动态性能（（））的影响减小，减小例（四）频率特性基本本概念频率特性法是是一种图解分分析法，通过系统的频频率特性来分分析系统性能能的。不仅适适用于线性定定常系统，还还适用于纯滞滞后环节和部部分非线性环环节的分析。。1、频率特性的定定义：在正弦输入入下，线性定定常系统输出出的稳态分量量与输入的复复数比。2、幅频特性：稳态时，线线性定常系统统输出与输入入的幅值比。。3、相频特性：稳态时，线性性定常系统输输出信号与输输入信号的相相位差。典型环节的频频率特性比例积分理想微分惯性一阶微分二阶振荡纯滞后(五)频率特性表示示方法频率特性可用用图形表示，，有对数坐标标图、极坐标标图1、极坐标图：又称幅相频频率特性曲线线或幅相曲线线。当输入信号的的频率由变化化时，相量的的幅值和相位位也随之作相相应的变化，，其端点在复复平面上移动动的轨迹。图3-3为惯性环节的的极坐标图。。1、极坐标图(图3-3)图3-3惯性环节的极极坐标图典型环节比例积分理想微分惯性一阶微分二阶振荡纯滞后2、对数坐标图图又称对数频率率特性曲线或或伯德图，由由对数幅频曲曲线和对数相相频曲线组成成。对数幅频曲线线横坐标频率率按按分分度，单位位为rad/s。纵坐标按分分度度，单位为分分贝[dB]。对数相频曲曲线的纵坐标标按线性分度度，单位为度度（º）。图3-4为伯德图的横横坐标和和的的对对应关系。频频率每每变化一倍倍，称为一个个倍频程；频频率每变化十十倍，称为一一个十倍频程程。图3-4轴的对数分度度典型环节比例积分理想微分惯性一阶微分二阶振荡纯滞后例(六)调节器的特性性对

调节质质量的影响调节系统的调调节规律是通通过调节器来来实现的，当当调节对象、、测量变送元元件和执行器器确定后，调调节系统的调调节质量主要要取决于调节节器的特性调节器的特性性取决于它的的特性参数，，即放大系数数Kc、积分时间TI、微分时间TD。为了分析这些些参数对系统统调节质量的的影响，只需需将不同的调调节规律带入入系统的框图图中，给出过过渡过程曲线线，从过渡过过程曲线来分分析Kc、TI、TD对调节质量的的影响。图3-5室温调节系统统的动态结构构图(六)调节器的特性性对

调节质质量的影响1、比例作用对对调节质量的的影响（1）稳定程度：：放大系数Kc越大，系统振振荡的越剧烈烈，可能不稳稳定。阻尼比比变小，系统统也就越不稳稳定。调节器放大系系数Kc对调节质量的的影响见下表表2、积分作用对对调节质量的的影响见表3-4表3-4积分时间对调调节过程的影影响积分时间调节节的过小，积积分作用过强强，可能引起起系统的等幅幅振荡，系统统的稳定程度度降低。积分分时间选择的的合适时，可可以减小直至至消除偏差。。为了保持系系统的稳定程程度，可以减减弱调节器的的比例作用。。增加积分作用用以后要使系系统稳定程度度基本不变，，即衰减比基基本相同，则则要减小调节节器的放大系系数，则最大大偏差增大，，上升时间延延长，振荡周周期加长，静静差消除。3、微分作用对对调节质量的的影响微分时间大微微分输出部分分衰减得慢，，微分作用强强。微分作用具有有抑制振荡的的效果，适当当的增加微分分作用，可以以提高系统的的稳定性，又又可减小被控控量的波动幅幅度，并降低低稳态误差。。如果微分作用用加的过大，，调节器输出出剧烈变化，，不仅不能提提高系统的稳稳定性，反而而会引起被控控量大幅度的的振荡。（七）二阶系统的设设计方法系统的质量指指标与调节器器的特性和调调节对象特性性之间的数量量关系，根据据一定的调节节质量指标选选用与调节对对象相匹配的的调节器并给给出调节器参参数的整定范范围，即调节节系统的工程程设计方法。。以典型的二阶阶系统为例。。1、室温二阶系统统的品质指标标和设计方法法当采用比例调调节器并且只只考虑感温元元件的惯性（（只考虑加热热器的惯性））时，室温调调节系统为一一个二阶系统统，如上图所所示。当0<ξ<1时，分析系统质量量指标与各环环节参数的关关系（1）最大偏差当n=0时，时时有有第一个极值值，即最大偏偏差（1）最大偏差根据的值值得对于0<<1，对于0<<1，当和和K增大时均使ξ减小，因此，，无论增增大还还是K增大，均可使使增大。（2）衰减比n在从0→1时，随着↑↑，ξ↓，且K↑,也使ξ↓，而ξ↓，使n↓。（3）过渡时间随着↑↑，↑，，且K↑,也使↑↑。（4）静差（被控控量室温在阶阶跃干扰作用用下的静差））显然，随着K↑，减小。参数只影响系统的的稳定性，随着的上升，各项动动态性能指标标均下降。开环放大系数数K既影响动态有有影响静态性性能指标，随随着K的增大，使动动态性能指标标下降，静态态性能指标上上升。合理的K的取值：在保证系统统有一定稳定定程度的前提提下，尽可能能增大K，以减小比例例调节系统的的静差。调节系统的稳稳定程度主要要由衰减比n来决定，通常要求衰减减比为4~10，对应的要求求衰减系数ξ为0.216~0.343。2、二阶设计的的推广使用当调节对象和和测量感温元元件均为一阶阶惯性环节且且感温元件的的惯性比较大大时，如采用用比例积分调调节器，系统统的动态结构构图如下。恒值调节系统统，，输出量量室温

对输输入量干扰的的传递递函数0<<1由于系统中引引入了积分作作用，若要获获得与比例调调节时相同的的稳定程度，，在对象参数数不变时，系统统得开环放大倍数数K必须减小；则则要求调节器器得放大系数数Kc相应的减小。。为了获得相相同的稳定程程度，可使3、对象包含小小纯滞后时的的近似设计前面的分析讨讨论中，都没没有考虑纯滞滞后对调节质质量的影响。。但纯滞后与与对象的时间间常数相比比比较小时，可可近似设计。。考虑对象的纯纯滞后时，它它的传递函数数为如果测量感温温元件和加热热器的惯性均均可忽略时，，采用比例调调节器使可近近似为二阶系系统设计。令令例选择择题1）一阶系统的单单位阶跃响应应的动态过程（（A）。A单调指数上升升，最终趋于于固定值；B正弦衰减振荡荡过程；C等幅振荡过程程D振荡发散过程程。2）二阶欠阻尼系统统的单位阶跃跃响应的动态过程（（B）。A单调指数上升升，最终趋于于固定值；B正弦衰减振荡荡过程；C等幅振荡过程程D振荡发散过程程。3)PID调节器中，积积分控制的作作用（AB）。ATI越大，积分控控制作用越小小，输出振荡荡减弱，动态态偏差加大，，控制过程长长；BTI越小，积分控控制作用越大大，输出振荡荡加剧，动态态偏差减小，，控制过程变变短CTI越大，积分控控制作用越大大，输出振荡荡减弱，动态态偏差加大，，控制过程长长；DTI越小，积分控控制作用越小小，输出振荡荡减弱，动态态偏差加大，，控制过程长长；4)二阶欠阻尼系统统质量指标与与系统参数间间的关系（ABC）。A衰减系数减小小，最大偏差差增大；B衰减系数减小小，衰减比减减小；C衰减系数减小小,调节时间增大大；D衰减系数减小小,静差增大。5)二阶欠阻尼系统统质量指标与与系统参数间间的关系（ABCD）。A开环增益K增大，最大偏偏差增大；B开环增益K增大，衰减比比减小；C开环增益K增大,调节时间增大大；D开环增益K增大,静差减小。K增大使得衰减减系数减小。。四、控制系统的稳稳定性与对象象的调节性能能稳定性的基本本概念稳定性与特征征方程根的关关系代数稳定判据据对象的调节性性能指标稳定性与特征征方程根的关关系系统的特征根根全部具有负负实部时，系系统具有稳定定性；当特征根中有有一个或一个个以上正实部部根时，系统统不稳定；若特征根中具具有一个或一一个以上零实实部根、而其其他的特征根根均具有负实实部时，系统统处于稳定和和不稳定的临临界状态，为为临界稳定。（三）代数稳定判据据代数稳定判据据：劳斯判据、赫赫尔维茨判据据例劳斯判据，赫赫尔维茨判据据3.稳定判据的应应用1.判别系统的稳稳定性2.分析系统参数数变化对稳定定性的影响3.检验稳定定裕度令s=z-σ(σσ>0),将其代入入系统特特征方程程，可得得关于z的多项式式，以判判断系统统的相对对稳定性性。（四）对象的调调节性能能指标a)阶跃干扰扰作用下下的过渡渡过程b）阶跃给给定作用用下的过过渡过程程（1）衰减比比n用n可以判断断振荡是是否衰减减和衰减减程度。。n>1时，系统统稳定；n=1时，等幅幅振荡；n<1时，增幅幅振荡。通常取取n=4~10。表明调调节作用用能够很很快克服服干扰，，将被调调参数的的波动回回复到允允许的范范围之内内。（2）静差C(余差)过渡过程程终了时时，被调调参数稳稳定在给给定值附附近，稳稳定值与与给定值值之差为为静差。。=0时，为无无静差；；≠≠0时，为有有静差。。（3）超调量量（动差差）M过渡过程程中，被被调参数数相对于于新稳态态值的最最大波动动量（4）最大偏偏差A=M+C被调参数数相对于于给定值值的最大大偏差。。若A过大，且且偏离时时间过长长，系统统离开指指定的工工艺状态态越远，，调节品品质越差差。（5）振荡周周期和和振荡频频率f相邻两个个波峰所所经历的的时间为为振荡周周期期，其倒倒数为振振荡频率率。（6）调节过过程时间间调节系统统受干扰扰后，从从被调参参数开始始波动至至达到新新稳态之之所经历历的时间间间隔。。越越小越好好，一般般希望五、掌握控制制系统的的误差分分析误差及稳稳态误差差系统类型型及误差差度静态误差差系数（一）误差及稳稳态误差差1.误差:被控量的的希望值值和实际际值之差差.即2、稳态误误差：（二）系系统类型型及误差差度1．系统类类型设系统开开环传递递函数为为式中K——系统的开开环增益益；ν——系统中积积分环节节的个数数。对应于ν=0，1，2的系统，，分别称称之为0型、Ⅰ型和Ⅱ型系统。。2、误差度度被控量稳稳态值的的附近（或））称为为系统的的误差度度（带））。（三）静静态（稳稳态）误误差系数数p209表4-21.静态位置置误差系系数2.静态态速速度度误误差差系系数数3.静态态加加速速度度误误差差系系数数例题题：：求求稳稳态态误误差差温度度计计的的传传递递函函数数为为，用用其其测测量量容容器器内内的的水水温温，，1min才能能显显示示出出该该温温度度的的98%的数数值值。。若若加加热热容容器器使使水水温温按按10ºC/min的速速度度匀匀速速上上升升，，温温度度计计的的稳稳态态指指示示误误差差为为（（）。。六、、控制制系系统统的的综综合合和和校校正正校正正的的概概念念串联联校校正正装装置置的的形形式式及及其其特特性性继电电器器调调节节系系统统（（非非线线性性系系统统））及及校校正正位式式恒恒速速调调节节系系统统带校校正正装装置置的的双双位位调调节节系系统统带校校正正装装置置的的位位式式恒恒速速调调节节系系统统（一一））校校正正的的概概念念1、校校正正：：在系系统统中中加加入入一一些些其其参参数数可可以以根根据据需需要要而而改改变变的的机机构构或或装装置置，，使使系系统统整整个个特特性性发发生生变变化化，，从从而而满满足足给给定定的的各各项项性性能能指指标标。。2、校校正正装装置置：：加入入一一些些其其参参数数可可以以根根据据需需要要而而改改变变的的机机构构或或装装置置，，这这种种附附加加装装置置为为校校正正装装置置，，也也称称为为补偿偿器器。。3、性性能能指指标标：：时域域性性能能指指标标：：稳态态误误差差，，上上升升时时间间、、峰峰值值时时间间、、超超调调量量频域域性性能能指指标标：：相位位裕裕量量，，剪剪切切频频率率、、谐谐振振频频率率（二二））串联联校校正正装装置置的的形形式式及及其其特特性性1、超超前前校校正正装装置置零、、极极点点分分布布Bode图频率率特特性性为为：：PD控制制器器的的传传递递函函数数为为：：是一一种种超超前前校校正正装装置置。。2、滞滞后后校校正正装装置置滞后后校校正正装装置置的的作作用用:低通通滤滤波波.能抑抑制制噪噪声声.改善善稳稳态态性性能能.,抗噪噪声声能能力力↑↑一一般般=10.为不不使使滞滞后后相相角角影影响响,一般般取取PI控制制器器的的传传递递函函数数为为：：是一一种种滞滞后后校校正正装装置置。。PID控制制器器的的传传递递函函数数为为：：兼有有PI控制制器器和和PD控制制器器的的优优点点，，是是一一种种滞滞后后-超前校正装置置。（三）继电器器调节系统（（非线性系统统）及校正在自动调节系系统中有一个个或一个以上上元件具有继继电型特性这这称为继电器器调节系统。。继电器调节系系统是一种根根本非线性自自动调节系统统。许多继电器调调节系统，调调节过程会出出现自振荡。。如果自振荡荡是正常工作作情况，被调调量的振幅要要受到调节精精度要求的限限制。由于继电器调调节系统的线线性部分具有有低通滤波特特性，所以提提高自振荡的的频率，使振振幅较小。为了限制制自振荡荡的振幅幅（或提提高其频频率），，可以利利用校正正装置，，如果系系统中具具有不灵灵敏取得得元件的的话，应应用校正正装置可可以完全全抑制自自振荡。。双位控制制规律双位控制制规律实际的双双位控制制特性1、位式恒恒速调节节系统恒速调节节不象双双位调节节那样调调节过猛猛，在加加、减热热量中是是恒速地地变化的的．所以以当室温温回到上上、下限限之间时时，可能能不会超超出这个个区间，，而能稳稳定下来来．这就就是所谓谓非周期期的调节过程程，但也也可能经经过2~3个周期即即稳定下下来．这是衰减减振荡，，系统的的静差是是由上、、下限间间的区域域来决定定的．影响等速速调节品品质的因因素有以以下三点点:1）与调节节器上、、下限之之间的区区域有关关．当上上、下限限之间的的区域越越宽。系系统的静静态误差差越大；；但室温温不易起起出这个个区域，，因而易易于稳定定。当上上、下限限间的区区域较窄窄，静差差减小；；过窄时时系统不不易稳定定。2）与执行行机构全全程时间间有关。。是指执行行机构的的位置从从零移至至全行程程所需时时间，即即调节阀阀从全闭闭到全开开的时间间．执行行机构的的全行程程时间越小，其其调节的的补偿速速度度就越大大，抗干干扰能力力就强，，过渡过过程的时时间可缩缩短．但当补偿偿速度过过快时，，恒速调调节系统统可能产产生像双双位调节节那样的的不停地地振荡．．即电动动阀一会会全开，，一会全全关，形形成振荡荡．这在在恒速调调节中是是不允许许的。3）对象的动动态特性也也是影响调调节品质的的重要因素素．实践证证明，当对对象特征比比、传送系系数以及敏敏感元件时时间常数大大时，易使使系统产生生振荡。动动态偏差也也会增大。。2、带校正装装置的双位位调节系统统当采用双位位调节时影影响室温调调节品质的的几个因素素如下：l）室温对象象一空调房房间的特性性参数τ、T、K对调节品质质有影响。。因存在着对对象的滞后后时间τ，所以会使使室温调节节品质恶化化。当τ愈大时，调调节振幅即即动态偏差差增大。只只有在理想想状态下，，对象滞后后等于零时时，室温波波动的振幅幅才等于调调节器的不不灵敏区，，但这在实实际上是不不可能的．．而当τ增大时，调调节周期可可加大，这这样就减少少了振动次次数，延长长了使用寿寿命。对象的时间间常数T越大时，因因室温上升升速度小，，所以振幅幅可减小．．这对调节节有利．且且T大时可使调调节周期加加大，对减减少磨损也也有利．当对象的传传递系数大大时，调节节过程的动动差和静差差均增大，，调节周期期将缩短，，振动次数数会增加，，寿命也会会缩短.2）调节器不不灵敏区对对调节品质质的影响。。调节器不灵灵敏区增加加时动态偏偏差增大，，这是不利利的；但不不灵敏区增增加时，振振动周期可可加大，对对减少磨损损有利。3）加热器的的容量和室室内热干扰扰对室温的的影响。在一般设计计中，还有有所谓调整整用电加热热器。此种种加热器是是手动控制制的