过程控制与自动化仪表

过程控制与自动化仪表1书名：过程控制与自动化仪表作者：倪志莲龚素文ISBN：978-7-111-45347-5定价：36.00出版社：机械工业出版社层次：高职高专主编倪志莲龚素文机械工业出版社过程控制与自动化仪表过程控制与自动化仪表3第二章自动控制基本原理掌握典型环节的传递函数，并能对系统框图进行变换与化简。掌握典型被控对象的特性及建模。掌握时域分析法，能用MATLAB软件对系统时域性能进行仿真分析。3了解自动控制系统数学模型的建立过程。124掌握频域分析法，能用MATLAB软件辅助分析系统的频率特性。5过程控制与自动化仪表42.1自动控制系统的数学模型过程控制与自动化仪表52.1自动控制系统的数学模型2.1.1微分方程1．系统微分方程式的建立1）全面了解系统的工作原理、结构组成和支配系统运动的物理规律，确定系统的输入量和输出量。2）从系统的输入端开始，根据各元件或环节所遵循的物理规律，依次列写它们的微分方程。3）将各元件或环节的微分方程联立起来消去中间变量，求取一个仅含有系统的输入量和输出量的微分方程，它就是系统的微分方程。4）将该方程整理成标准形式。即把与输入量有关的各项放在方程的右边，把与输出量有关的各项放在方程的左边，各导数项按降幂排列，并将方程中的系数化为具有一定物理意义的表示形式，如时间常数等。过程控制与自动化仪表62.1自动控制系统的数学模型2.1.1微分方程2．微分方程建立举例（1）确定输入量、输出量（2）建立微分方程组（3）消去中间变量（4）整理成标准形式过程控制与自动化仪表72.1自动控制系统的数学模型2.1.2传递函数1．拉氏变换（1）拉氏变换的概念若将实变量的函数，乘以指数函数（其中是一个复变量），并且在上对进行积分，就可以得到，称为的拉氏变换式（简称拉氏式），表示

一个新的函数并用符号拉氏变换是一种单值变换。和之间具有一一对应的关系。通常称为原函数，为象函数。

过程控制与自动化仪表82.1自动控制系统的数学模型2.1.2传递函数1．拉氏变换（2）拉氏变换的运算定理1）叠加定理2）比例定理3）微分定理4）积分定理5）延迟定理6）终值定理过程控制与自动化仪表92.1自动控制系统的数学模型2.1.2传递函数2．传递函数的定义定义：在初始条件为零时，输出量的拉氏变换式与输入量的拉氏变换式之比。过程控制与自动化仪表102.1自动控制系统的数学模型2.1.2传递函数2．传递函数的定义【例2-1】试求图2-1所示电路的传递函数。微分方程拉氏变换传递函数过程控制与自动化仪表112.1自动控制系统的数学模型2.1.2传递函数2．传递函数的定义【例2-2】求图2-2所示运算放大器的传递函数。利用理想运放的“虚短”、“虚地”的概念传递函数过程控制与自动化仪表122.1自动控制系统的数学模型2.1.2传递函数3．传递函数的一般表达式线性定常系统的微分方程一般可写为

进行拉氏变换传递函数过程控制与自动化仪表13传递函数在MATLAB中的表示方法1.多项式形式（1）分子向量：num=[bm,bm-1,…,b1,b0]（2）分母向量：den=[an,an-1,…,a1,a0]（3）调用tf函数：G=tf(num,den)2.零极点形式（1）零点向量：z=[z1,z2,…,zm]（2）极点向量：p=[p1,p2,…,pn]（3）常数：k=[k]（4）调用zpk函数：G=zpk(z,p,k)过程控制与自动化仪表14实例1.>>num=[8080];den=[1920];G0=tf(num，den)>>G1=zpk(G0)

转换零极点形式2.>>z=[-1,-2];p=[0,-3,-4,-5];k=[8];G0=zpk(z,p,k)>>G1=tf(G0)转换多项式形式过程控制与自动化仪表152.1自动控制系统的数学模型2.1.3系统框图框图由信号线、引出点、比较点和功能框等部分组成。1．功能框框左边向内箭头为输入量（拉氏式），框右边向外箭头为输出量（拉氏式），框内为系统中一个相对独立单元的传递函数。2．信号线信号线表示信号流通的途径和方向。流通方向用箭头表示。3．引出点表示信号由该点取出，从同一信号线上取出的信号，其大小和性质完全相同。4．比较点其输出量为各输入量的代数和。因此在信号输入处要注明它们的极性。a）功能框b）引出点及信号线c）比较点过程惨控制描与自油动化榆仪表16典型其控制舅系统少框图过程每控制苹与自雨动化笑仪表172.孔1自动桨控制谋系统豆的数阳学模刮型2.液1.仓4典型别环节音的传蛮递函帐数和划功能北框1．比腊例环迫节微分居方程传递截函数功能赠框特点屠：输凯出量好能立榆即成泼比例捐地响舌应输兵入量盼的变畅化。举例叉：电漠子放蜂大器焰、齿传轮减迟速器偏、杠糕杆机党构、淡弹簧财、电期位器供等。过程界控制单与自轿动化祝仪表182.搏1自动咱控制刊系统胶的数震学模饿型2.熄1.田4典型忘环节所的传垫递函矿数和队功能松框2．积拖分环丙节微分默方程传递萍函数功能没框特点主：它私的输蓄出量滑为输拥入量愧对时飞间的尚积累垦。举例续：水膝箱的凡水位佩与水叼流量貌，烘烈箱的商温度犹与热柄流量割（或裂功率皂），叨机械述运动祸中的洽位移探与速惩度、疾速度诊与加造速度跃，电弄容的挠电量董与电立流等已。过程厉控制铜与自坏动化清仪表192.壶1自动座控制慌系统帮的数凭学模帐型2.欺1.兰4典型谦环节塌的传赏递函洪数和射功能余框3．座理想臣微分巴环节微分误方程传递销函数功能答框过程梁控制楼与自弓动化陡仪表202.点1自动巴控制禁系统政的数亿学模锈型2.妄1.稻4典型宪环节激的传宜递函枪数和疾功能登框4．惯于性环仆节微分去方程传递图函数功能节框特点喊：当叛输入慨量发姿生突拖变时瓦，输俭出量零不能径突变祸，只谦能按坐指数冲规律绝逐渐近变化型。举例龄：一锤个储僵能元喂件（颤如电网感、咐电容绒和弹势簧等皱）和允一个虎耗能走元件哀（如跑电阻每、阻骄尼器出等）览的组择合。过程福控制购与自庭动化类仪表212.犬1自动军控制孟系统鲜的数折学模仙型2.掉1.血4典型到环节顽的传凶递函朵数和住功能概框5．惕比例腥微分赞环节微分颗方程传递浩函数功能炒框过程速控制核与自岂动化围仪表222.衬1自动巧控制粉系统膛的数咽学模畅型2.寄1.推4典型植环节涨的传划递函您数和时功能丹框6．齐振荡犹环节微分对方程传递箱函数功能弹框举例冠：L、C两种昂不同沉储能渠元件行的组米合，芳形成休振荡垄，电齿感储灾存的界磁能话和电川容储询存的嘱电能滋相互扑交换瞧。过程舟控制暮与自健动化坡仪表232.北1自动圣控制仿系统穗的数统学模末型2.油1.问4典型纲环节棵的传林递函蹄数和两功能腾框7．延之迟环渠节微分疾方程传递愤函数功能兼框过程童控制晃与自您动化叫仪表242.业1自动个控制桃系统东的数折学模呢型2.漏1.蹄5框图布的变索换与瘦化简1．串胁联变克换规艰则G1(s)R(s)U(s)G1(s)G2(s)R(s)C(s)G2(s)U(s)C(s)串联迅后等尘效的犁传递候函数桐等于秘各串芒联环哨节传倍递函验数的桂乘积膨。过程趁控制毕与自妥动化粒仪表252.蹦1自动坛控制姨系统赖的数廊学模概型2.友1.急5框图选的变降换与艰化简2．并煎联变渠换规湿则并联击后等易效的娘传递辨函数专等于挤各并灯联环牵节传赞递函脆数的肉代数记和。G1(s)G2(s)R(s)C(s)C1(s)G1(s)R(s)G2(s)C2(s)C(s)+过程携控制辅与自铺动化卸仪表262.认1自动钉控制寇系统览的数狠学模气型2.屯1.阶5框图胡的变籍换与购化简3．反馋馈联浇接变狂换规恋则R(s)C(s)G(s)H(s)B(s)E(s)+G(s)1G(s)H(s)R(s)C(s)由图聚有C(s)昂=G(s)E(s)B(s)豆=H(s)C(s)E(s)字=R(s)B(s)消去B(s)和E(s)，得C(s)挖=G(s)[R(s)H(s)C(s)]相加库点处灭做加凳法时序为正反艰馈，做闲减法圾时为负反弱馈。闭环减传递泼函数过程蜘控制脸与自鸽动化志仪表272.鲜1自动肯控制晶系统瓣的数饶学模爽型2.盯1.胶5框图格的变耻换与哀化简4．引捐出点狼和比弹较点碍的移夏动规域则变换骗的原陶则：变换榆前后驳应保糖持信于号等转效。GRCCGRCGC（1）谅引出慌点前芒移GRCRGRC1/GR（2）择引出拦点后猜移过程腐控制忍与自遵动化哥仪表282.击1自动素控制杆系统铜的数仙学模晴型2.摄1.止5框图兰的变刑换与赏化简4．引散出点傲和比冻较点留的移宗动规难则变换垃的原段则：变换贞前后嫩应保坛持信按号等歉效。（3）锻比较短点前扬移（4）趟比较足点后建移GRC+FF1/GRGC+RGCF+GFGRC+过程哑控制毕与自闪动化残仪表29实例过程逮控制预与自忆动化吗仪表302.童1自动庄控制低系统绪的数穗学模喘型2.宪1.阶6用MA迟TL巴AB实现般系统腰模型俯的连李接1．函荡数se闯ri挎es用于呆将两举个线搬性模姐型串矛联成怎新的脉模型锦，调体用格灿式为G3张=s烂er疫ie眼s(值G1瘦,G崖2)等价轿于：G3道=G掠1·揉G22．函党数pa眠ra惨ll侵el用于嫂将两境个线林性模颗型并尾联成患新的翅模型炭，调企用格匠式为G3鹊=p双ar筋al隆le督l(臣G1柔,G纺2)等价颗于：G3撇=G舰1+礼G2。3．函分数fe比ed裤ba阶ck用于园两个胡线性均模型标的反可馈连骡接，歌调用最格式鹅为G3阀=f萍ee归db狱ac蒜k(配G1傲,G仁2,概si蛾gn默)其中吴，G1为顺识馈传皱递函龄数；G2为反较馈传脚递函宝数；si贞gn为反译馈极办性，沈其值为“-1尺”或者蛮缺省叙时表银示负佩反馈岔，为往“1”时表晋示正顽反馈。过程线控制葵与自阳动化洽仪表312.是2典型弦被控举对象棵的特穴性及惩建模2.籍2.太1单容棕对象侵的特隙性及周建模1．无溜自衡依据：水立槽所帽容纳蹲流体忙数量结的变陪化速缠度等较于输踢入流少量和率输出乐流量汗之差性。则若水妙槽横摘截面够积A恒定铲，则进行揉拉氏童变换购得传递雀函数羡为过程眉控制厚与自摸动化忠仪表322.伶2典型嫌被控驴对象纹的特朋性及瞧建模2.基2.面1单容虑对象酬的特廊性及智建模2．有尚自衡依据：水赏槽所馆容纳振流体暖数量宣的变献化速阳度等谢于输易入流帆量和最输出骄流量挡之差受。则已知黄水位套和输丈出流残量之眯间的烟关系线性康化处匆理得进行检拉氏列变换英得传蒜递函杜数为R称为鸭水阻过程痕控制斯与自毫动化追仪表332.槐2.侦1单容逮对象筑的特哀性及搁建模2．有升自衡2.碎2典型构被控盯对象送的特安性及棒建模化简宏得令则过程回控制靠与自级动化载仪表342.钓2.鸦2双容密对象则的特摩性及肥建模2.虽2典型熟被控缝对象逝的特跃性及认建模根据洞信号边框图激，可馒得传荒递函厌数：则过程遭控制估与自混动化兆仪表352.偿2.插2双容歪对象宇的特劣性及跃建模2.犁2典型巨被控嘱对象及的特大性及迫建模双容蛛对象芽是典衰型的希二阶棚环节唐，其蹲单位肾阶跃鸽响应泻曲线盘如图2-释12慢b所示绸。可作控近似趁处理罢，即泉用一秩阶对匀象的牵特性络来近蹈似上呼述二愿阶对租象。方法颜如下爽：在二院阶对题象阶甩跃响霉应曲刃线上虎，过吧拐点C作切执线，蛮与时授间轴点相交崭于D点，如交点D与被卖控变颠量开芝始变林化的锦起点恼之间狼的时勾间间尖隔称为容量徒滞后睡时间。由切犁线与隙时间侍轴的极交点馅到切拘线与看稳定扫值KA线的滔交点求之间洁的时平间间宇隔为任时间惩常数T。容量垂滞后奖是多蛾容对阔象的酷固有抗属性帅，是台因为翁物料吼或能倘量的胀传递械需要裳通过香一定曾的阻兄力而译引起林的。过程壁控制轮与自轨动化拔仪表362.错2.课3时滞惑（纯推滞后蚕）对亿象的惹特性间及建通模2.皂2典型来被控妄对象幻玉的特胖性及变建模有的荒对象灶或过变程，润在受孟到输拘入量舅作用建后，槽输出报量并五不立湖即随似之变娇化，丙而是衔要隔牛上一币段时搂间才嘉会响旁应，窃这种议现象有称为滞后扭现象。根跃据滞能后性仅质的傍不同妨，滞抚后现渡象可熔分为传递殖滞后湖和容珠量滞役后两络种形检式。实躁际工尚作过茶程中母的滞从后时燃间往咳往是劫传递纺滞后那与容饶量滞尺后时陕间之泳和。传递健滞后锋又称些为纯滞画后，或抚时滞伞。与哥容量全滞后掀不同另的是扮，它梁的产赴生一测般是驻由于符介质蓝的输刑送需倒要一舟定时禾间而养引起喜的。固体延传送各带定叹量控逢制系刊统响应根曲线过程搁控制根与自酒动化尸仪表372.骡2.偏3时滞章（纯膨滞后筛）对领象的脂特性美及建板模2.输2典型姻被控取对象姻的特壶性及狼建模纯滞论后环便节的稻传递倾函数际为如果科一个和对象膛，其猜本身本的特着性是堡一个痰一阶认惯性钥环节有，但墙由于异某种昂原因逃，使愚输出血量与旗输入太量之钻间又咏有一姜段时说滞，循这时大整个达对象钟的特吴性为而一阶溜惯性煤对象狮和时膛滞对保象的叔串联摧，其砖传递妹函数抖可表遗示为过程喘控制蕉与自碗动化裕仪表382.宵2典型斤被控复对象冲的特啊性及抗建模2.答2.马4实验型法建畅立被扩控对呢象的斜数学脸模型对象参特性患的实桂验测恰取法四，就撞是在伍所要碑研究堪的对拿象上密，加舍上一丽个人野为的应输入玻作用累（输厌入量奸），预然后蝴，用华仪表书测取铜并记险录表杰征对隔象特孝性的握物理旁量（羽输出明量）纲随时疑间变之化的曲规律绑，得弓到一斥系列叨实验肤数据迟（或辈曲线源）。挨这些纤数据观或曲卧线就黑可以脸用来乒表示驴对象绑的特化性。实验方法研究对象特性测定矮对象纪动态拼特性罗的实羞验方兵法主厕要有消三种凉：时羞域测铺定方国法、逆频域唱测定往方法悔和统径计研脉究方焰法。过程脾控制津与自献动化乱仪表392.蹈2.愿4实验估法建掀立被运控对旺象的六数学早模型2.借2典型风被控写对象语的特路性及无建模实验违性能允的测更试方盗法——阶跃涛反应湾曲线旁法用实苹验的县方法铅测取玩对象渔在阶洗跃输岗入作柴用下嘱，输诵出量y随时夜间的毛变化辱规律炭。注意搂事项险：1）实废验测卷试前档，被凝控对宪象应册处于离相对瓣稳定饰的工四作状车态。2）在宿相同极条件栋下应随重复纵多做遵几次抖实验晴。3）分吴别对命正、哨反方胆向的欠阶跃胀输入错信号蹄进行乔实验膨，并右进行撕比较围。4）每军完成慈一次套实验击后，梯应将摸被控塌对象酒恢复握到原设来工或况，捞稳定资后再俗做第朗二次凡实验薯。5）输贺入的野阶跃符信号建幅度钓不能健过大鹅，阶拨跃变偏化的装幅值胖一般拣取正汽常输亦入信虹号最馆大幅精值的10暮%左右梳。过程符控制夸与自增动化胁仪表402.予2.谨4实验脱法建呀立被歌控对训象的谦数学驴模型2.休2典型滋被控惕对象摆的特嘴性及汁建模模型很参数下的确弟定若对象的阶跃响应曲线如图所示，则时的曲线斜率最大，随后斜率逐渐减小，上升到稳态值时斜率为零，该响应曲线可用无时延的一阶惯性环节近似，需要确定的参数有、。过程薪控制糠与自须动化咬仪表412.装2典型艳被控纳对象拖的特碧性及婚建模2.砌2.矮4实验峡法建烈立被记控对鸽象的狐数学停模型设图技示对液象的选传递俘函数窗为则当输增入信梳号有柏一个粱阶跃小变化树时，竟对上兰式求缺解，锣可得因而课有当t=T0时，斗则有稳态悬值的63毛.2义%所对雄应的盏时间坐标炊原点蛙对响垦应曲礼线所过作切千线与灾稳态佣值交揉点过程歇控制刊与自沸动化柴仪表422.粱3自动百控制苏系统缓的基次本分升析方宝法2.浅3.皮1时域惭分析构法时域款分析剃法是责一种谨直接品在时搬间域驳中对菠系统拢进行丸分析泥的方材法，叉它是列通过耐向系惕统施扶加典坚型信西号，御然后击求出逗系统休在典盐型输覆入信利号作快用下扑输出志量的论时域兵表达酸式，扮获得疼系统档输出董的时哗间响播应曲融线来酬评价茅系统古的性旋能。评价普指标个：稳定济性、滔动态最性能理及稳慎态误献差过程今控制斗与自顿动化膛仪表432.搂3自动跑控制咱系统忍的基阔本分端析方花法2.矛3.滋1时域抬分析历法1．典堆型输脏入信耕号1）单昌位脉朽冲信锤号函数百表达歼式且拉氏暂变换田式波形馋图相当留于一惯个瞬疑时的接扰动管信号芽。实狠际应贱用中严，只雨要输乓入信聚号的尚强度抹足够南大，轻并且故持续唤时间绘很短斯，均姨可近艳似为趴脉冲午信号旺。特点冲击济力、络阵风实例过程买控制刘与自中动化晚仪表442.雨3自动茎控制念系统宰的基内本分劫析方竿法2.政3.吐1时域现分析淋法1．典猛型输锡入信煌号2）单隆位阶级跃信屯号函数惊表达垂式拉氏慕变换该式波形蛾图相当喷于一蚂个突骄然产完生作他用的晚信号赏，可尽模拟势输入挂量的遗突然路改变鸽。在棋时域而分析誉中，恰阶跃与信号筒是评按价动隆态性橡能时箱最常痰用的五典型鞠输入神信号劲。特点开关缎的闭轿合、摩电源稿的突竟然接脖通、浆负载辞的突就变实例过程睡控制强与自锄动化谈仪表452.扔3自动树控制剧系统药的基寺本分搏析方王法2.悠3.戏1时域雹分析屠法1．典恭型输聚入信读号3）单拖位斜豪坡信门号函数搜表达固式拉氏辞变换专式波形都图在控悟制系其统中顿，斜皮坡信热号是践一个柿对时串间做兰均匀赢变化捕的信饶号，祥可模主拟以丑恒定隆速度荐变化韵的物培理量毫。特点机械沫手的殿等速善移动实例过程旨控制抱与自离动化忆仪表462.手3自动烫控制亚系统德的基暗本分玻析方嘱法2.舒3.孔1时域难分析摆法2．稳藏定性阵分析（1）系毒统稳挠定性汉概念王系统京的稳去定性黄是指枯自动鞋控制勤系统房诚在受终到扰哀动作压用使桐平衡贡状态杰被破描坏后普，经确过调赢节，孕能重描新达室到平娇衡状徐态的冶性能龟。过程枝控制弱与自谣动化级仪表472.桑3自动灶控制花系统送的基揭本分抵析方高法2.镰3.片1时域抖分析竿法2．稳龙定性爽分析（1）系京统稳高定性泰概念绝对禁稳定现性：是深指系企统稳叛定（笋或不蜻稳定秩）的踏条件针。相对谎稳定永性：是绢指系这统的勒稳定发程度艺。过程损控制脾与自烈动化卧仪表482.谨3自动莫控制免系统报的基述本分检析方童法2.码3.鹿1时域熊分析巾法2．稳衫定性康分析（2）系报统稳嗓定的扛充要叹条件设系脱统的利输入欣量只职有扰湖动作布用D(t)，扰喉动作网用下榨的输支出为c(t)，则邀系统呼微分照方程个的一景般式畅为这时暗，扰彩动的士消失鞭，即，，上琴式变犁为齐那次方仓程求该缝齐次慢方程雨的解摇，若啄此解形是收敢敛的达，则涨该系舞统便戚是稳饥定的邀；若旧此解艳是发校散的布，则青该系娘统便捧是不财稳定昂的。过程音控制握与自调动化仙仪表492.犬3自动逃控制庙系统武的基访本分糟析方溜法2.拒3.烈1时域第分析叮法2．稳蛙定性恶分析（2）系惕统稳休定的踩充要巨条件齐次哗微分筛方程虚解的征一般电式如竖下：1）如蔬果特缓征方响程有一个攀实根s=α，则战齐次贩微分慎方程磁相应饰的解绵为c(t)=Ceαt。①若α为负绍数，凤则当t→∞时，c(t)→0，说酱明系蚂统的作运动腹是衰什减的秧，并溪最终谈返回其原平盒衡状驾态，兴即系布统是似稳定搂的。②若α为正占数，纱则当t→∞时，c(t)→∞，说晃明系谁统的段运动魔是发散霉的，孙不能尊返回第原平卸衡状若态，饶即系风统是玻不稳善定的窝。③若α=0，c(t)→常数，则说叼明系捎统处贺于稳顺定边碍界（势不属蚀于稳起定状避态）俊。过程胸控制唐与自搭动化最仪表502.毁3自动慢控制厕系统庸的基绵本分舰析方轮法2.眉3.搜1时域磁分析练法2．稳舰定性滔分析（2）系甜统稳韵定的予充要袍条件齐次狠微分客方程勾解的蛮一般削式如贯下：2）如绢果特撑征方盒程有一对咬复根s=α±jω，则雁齐次蹦微分免方程真相应穷的解辆为①若α为负竹数，郑则当t→∞时，c(t)→0，说喂明系什统的椅运动勤过程绪是周哈期性洪振荡垄衰减预的，筋即系絮统是敏稳定雷的。②若α为正艳数，骨则当t→∞时，c(t)→∞，说搏明系敏统的应运动随过程拍是周污期性码振荡发散载的，蓬即系筹统是吗不稳妹定的虽。③若α=0，c(t)→Cco定s(ωt+φ)，则领说明呈系统删处于猜等幅贞振荡低状态耕，即燥系统安处于略稳定高边界怨（不降属于梨稳定群状态虏）。过程唇控制才与自挤动化怀仪表512.战3自动纤控制僻系统纽奉的基劣本分牲析方宝法2.仙3.宏1时域蛾分析断法2．稳狡定性驳分析（2）系焰统稳破定的宵充要俯条件特征献方程截的所房诚有根气的实局部都民必须奔是负熊数。各亦即辛所有驾的根钉都在礼复平吼面的盆左侧示。最靠挪近虚这轴的晌闭环烦极点刑，称雾为闭批环主距导极僻点。过程遮控制淹与自暮动化窑仪表52MA折TL药AB辅助辈分析坛判断咏系统悠的稳巨定性【例2-营7】设系到统的跨特征窄方程年为，试判阵别该辅系统圈的稳晴定性予。使用努函数ro随ot尸s（遭）可踏求解颂线性梨方程抓的根香，根匹据根跳的实罚部是晓否为酷正进键行判堵断。在MA劈燕TL包AB的命薯令行易输入广如下箩语句售：>>竿p挺=[是1,舱2,扛3,解4,奶5]陵;r伪oo稠ts拖(p站)程序掀运行捡结果副为an耍s辞=0.勺28逗78培+望1命.4踩16盾1i0.顷28瓜78张-续1轻.4古16堵1i-1抗.2凡87宜8讨+民0.战85君79兆i-1谨.2忠87马8软-畜0.阴85潮79胶i操作遍步骤办：判断周结果质：系统龟是不罪稳定答的。过程份控制形与自绸动化异仪表532.熔3自动懂控制肝系统符的基东本分吨析方省法2.认3.则1时域葵分析念法3．动浇态性盏能分求析（1）一唉阶系职统的演动态弓性能混分析闭环念传递育函数泥为设系嚷统的蹦输入虎信号龙为单贡位阶会跃信史号则阶耗跃响观应拉苹氏式求得钉系统他的单于位阶混跃响倚应为过程岁控制兽与自毅动化版仪表54一阶些系统至的单抽位阶赛跃响市应曲嫌线过程鞠控制阅与自路动化乳仪表552.梳3自动武控制野系统住的基竭本分泄析方陈法2.轻3.昌1时域甜分析饭法3．动猛态性败能分助析（1）一事阶系呈统的台动态毅性能测分析一阶肤系统爬的性槽能指欠标1）上相升时械间对于今无振宏荡的摊单调父系统棋，上逮升时健间定请义为慈输出变量c(t)从c(∞)的10榆%上升扇到90披%所需哗要的谎时间聚。则2）调杀整时宅间（误差带）（误差带）3）最大超调量一阶周系统永的阶叼跃响至应是的单调麻上升亡的，茧没有胞超调浸，过程涛控制腾与自奖动化伟仪表562.僻3自动遗控制笔系统师的基让本分插析方等法2.惭3.庆1时域秧分析父法3．动埋态性温能分仓析（2）二广阶系私统的截动态追性能刚分析闭环葛传递巡寿函数允为设系侍统的测输入怎信号显为单达位阶以跃信洗号则阶雾跃响遣应拉恳氏式二阶刘系统望的特广征方柄程为其根贿决定宰了系秤统的喝响应表形式鸽。过程悟控制灭与自尾动化块仪表572.盖3自动戏控制洞系统岭的基周本分丧析方换法二阶系统的特征根,两个正实部的特征根，系统发散,闭环极点为一对共轭复根，位于左半s平面,两个相等的负实根,两个不相等的负实根,虚轴上，一对纯虚根2.妨3.爆1时域挂分析快法3．动迎态性块能分悔析（2）二碍阶系晕统的护动态狗性能淹分析过程仓控制但与自黄动化运仪表58二阶岸系统侦单位滥阶跃勾响应汤曲线ξ值越阔大，台系雅统的泰平稳解性越错好，度超寸调越京小；ξ值越纱小，左输出端响应夜振荡格越强今，愚振荡殿频率些越高近。当ξ=0时，婚系统赢输出确为等端幅振痕荡，林不能赚正常取工作昂，属仰不稳另定0<休ξ<灶1时，拒有振告荡，ξ愈小易，振巴荡愈柳严重鄙，但短响应厘愈快收，ξ≥油1时，逐无振暴荡、轰无超稳调，系过渡辱过程召长；0123456789101112nt

c(t)0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0ξ

=00.10.20.30.40.50.60.70.81.02.0过程推控制峡与自倒动化浙仪表59MA仅TL劣AB分析纯二阶徐系统降性能描指标方法窃：使包用函摆数st砖ep（薯）可金以求礼出系牲统的拔阶跃爹响应筑。过程饰控制势与自友动化栏仪表602.筝3自动辫控制椅系统砖的基蒜本分松析方安法2.供3.山1时域询分析毯法4．稳歇态误厕差（1）系竹统稳太态误僻差的插概念定义饭：期望伏值与补实际母值之雕差。系统喊误差酬的拉牙氏式作：由上就图可蛾知，饿当偏炸差信淋号e为零垂，即概无偏爸差，绍此时甲输出恨量C(还s)为输君出期胶望值揪。过程揪控制范与自崇动化异仪表612.揉3自动殃控制茶系统检的基葛本分围析方揉法2.潮3.队1时域效分析者法4．稳挤态误严差（1）系峡统稳启态误燥差的隙概念由此裂，系恒统误微差为上图秒可知倚，系格统实疯际输燥出量会为可得择系统隶误差过程拘控制旨与自披动化宾仪表622.内3.指1时域台分析联法4．稳浙态误盗差（1）系川统稳战态误厘差的聪概念2.从3自动容控制坚系统次的基柿本分洪析方蔑法式中刷，输邻入量天产生事的误江差扰动拥量产值生的能误差当时，的极低限值度即为络稳态葛误差促，即拉氏冰反变牲换拉氏船反变蛋换+过程婆控制名与自午动化练仪表632.傻3自动镜控制格系统嚼的基赌本分哥析方黑法2.哀3.潜1时域雨分析露法4．稳向态误剥差（2）系嫂统稳休态误抽差与匪系统猴型别旬、系后统开捞环增脖益间倘的关闹系设控项制系论统的循传递盼函数朱为当时，珠除和外，谨其他区各项降均趋锐于1。稳醉态误怜差取居决于岩比例详和积席分环叉节。若过程乘控制贴与自备动化沾仪表642.茶3.沟1时域爽分析减法4．稳宣态误骑差（2）系涌统稳捐态误羊差与半系统核型别颗、系伍统开勉环增管益间锹的关群系2.塞3自动沸控制委系统今的基垒本分图析方标法系统犯的跟邻随稳扑态误定差系统病的扰留动稳除态误妻差过程尖控制阻与自胳动化旁仪表652.振3.禽1时域构分析音法4．稳屈态误羽差（2）系惹统稳旁态误盐差与健系统淹型别哨、系眉统开投环增费益间封的关费系2.耻3自动名控制也系统免的基浪本分颗析方计法结论溪：1）系馋统的员稳态选误差迁与系以统中述所包忍含的包积分狱环节青的个蓝数v（或v1，下允同）千有关桨，因睁此工壤程上剖往往次把系须统中绸所包钢含的兔积分捐环节v的个猴数称台为型牛别，构或无旋静差状度。若v＝0，称递为0型系苹统（冠又称蝇零阶炭无静猴差）若v＝1，称绸为Ⅰ型系所统（缠又称颗一阶佛无静睬差）若v＝2，称侨为Ⅱ型系塘统（件又称打二阶亡无静傅差）2）对向同一压个系要统，才由于概作用辜量和叼作用柿点不厉同，侨一般拿说来炸，其跃跟随娇稳态镰误差生和扰教动稳友态误西差是羞不同廉的。若对随吧动系乐统来出说，酒前者欧是主垒要的朋；对宜恒值阀控制带系统糕，则源后者锡是主昂要的着。过程粪控制德与自忽动化熄仪表66稳态汗误差发计算麦举例已知槐系统饥的结逗构图伶如图众所示遣，已野知输旁入信篮号r(t)=t，扰动卧信号d(t)=腊0.甩5，试计类算系振统的缝稳态碑误差枕。【解】由系痕统的宾结构候图可站知：则总稳趋态误形差为过程资控制热与自姿动化趟仪表672.呈3.催2频率截特性傻法1．频摘率特物性的级基本圈概念2.飘3自动拜控制爆系统娘的基匪本分膊析方麻法频率壁特性娱法是著控制丑理论尽中常典用的浊另一惜种分街析方都法，详它通岸过系犁统开符环频余率特辱性的歼图形创来分激析闭淋环控助制系百统的娇暂态断特性想和稳愚态特诊性。结论静：一屠个稳睡定的杰线性滤系统波，模M和相罩位φ都是兴角频引率ω的函狮数胀。过程袄控制驾与自啦动化惭仪表682.锋3自动肺控制袭系统宴的基劝本分畜析方躁法2.判3.斧2频率风特性羽法1．频溪率特惭性的围基本今概念幅频吧特性相频墓特性幅相捆频率跃特性礼（贪简称帮：频填率特攀性）传递塘函数挠与频棒率特绢性的膀关系过程扎控制州与自接动化臣仪表692.辫3自动败控制疮系统昌的基脸本分墨析方瓜法2.熊3.粥2频率绣特性介法2．频嫂率特竞性的组表示金方式（1）数秤学式驻表示越方式极坐及标式直角凭坐标押式指数腊式幅频农特性相频芽特性过程定控制钢与自喘动化民仪表702.禁3自动期控制绿系统租的基攻本分输析方睁法2.棉3.傲2频率怠特性此法2．频视率特郊性的聚表示竟方式（2）图六形表语示方均式1）极卸坐标彼图（龄奈氏费图）根据党频率馆特性秤的极季坐标踏表示州式，G(jω）=|G(jω)|钳∠G(jω)=计算得当ω从0→差∞变化唱时，馆每一洁个ω值所回对应议的幅丸值M(ω）和袋相位将它匙画在兔极坐庸标平删面上过程蹄控制燥与自巨动化狮仪表712.雕3自动才控制看系统烂的基斜本分演析方对法2.婶3.逐2频率形特性践法2．频狗率特蜻性的惑表示迁方式（2）图六形表霞示方术式2）睛对数盗频率枪特性欠曲线誉（伯伏德图枯）为对匀数幅艰频特俩性，翁单位乎为dB（分蛙贝）溜；为对打数相娘频特族性，剪单位金为度确。10倍频飞程过程花控制飘与自经动化绿仪表722.甚3自动援控制倾系统弹的基本本分养析方援法2.闪3.仁2频率就特性脱法3．典渣型环疲节的送对数贡频率童特性（1）比箱例环衔节传递伪函数频率凡特性对数茎频率独特性过程侧控制币与自宏动化户仪表732.遥3自动织控制兴系统危的基挎本分灰析方辽法2.患3.鼠2频率拾特性刻法3．典晚型环冒节的左对数逐频率易特性（2）积值分环组节传递懂函数频率相特性对数艰频率阅特性过程胆控制揉与自付动化白仪表742.酱3自动糠控制织系统返的基这本分泄析方糟法2.残3.榨2频率纵特性经法3．典想型环稿节的艇对数纪频率阵特性（3）理森想微理分环挨节传递默函数频率绳特性对数知频率划特性过程五控制反与自暗动化左仪表752.茂3自动所控制袜系统徐的基蝴本分秤析方携法2.贼3.疤2频率东特性兴法3．典巴型环快节的写对数岂频率潮特性（4）惯帅性环矛节传递矛函数频率撞特性对数伪频率束特性过程吩控制贺与自映动化暖仪表76惯性冬环节限伯德皮图过程降控制卷与自闻动化蒙仪表772.遇3自动途控制眉系统略的基先本分寄析方区法2.办3.刺2频率茫特性销法3．典惑型环袜节的剑对数岔频率毯特性（5）比采例微堪分环强节传递促函数频率拌特性对数页频率箩特性过程鸽控制股与自竹动化紧仪表782.种3自动增控制倘系统景的基失本分伶析方际法2.聋3.装2频率容特性杆法3．典林型环勉节的强对数略频率哗特性（6）振朋荡环宅节传递赠函数频率谈特性对数怒频率习特性过程近控制锈与自丽动化常仪表79振荡商环节朗伯德俗图过程爬控制酬与自灯动化艳仪表802.贡3自动映控制姨系统捐的基暴本分童析方润法2.雨3.夜2频率殊特性艇法3．典肚型环抗节的棒对数迈频率浮特性（7）延译迟环闸节传递要函数频率栋特性对数集频率玻特性过程扰控制卧与自耻动化锻仪表812.街3自动粘控制漂系统痛的基假本分射析方伞法2.蚕3.逗2频率却特性蔬法4．开曲环对房诚数频革率特竟性曲尺线的拥绘制绘制戒步骤红：1）分柏析系访统是骨由哪愈些典雁型环吹节串爷联组宋成的浪，将保这些蹦典型锅环节多的传附递函氏数都魔化成察标准句形式索（分蚀母常闲数项衬为1）。2）根擦据比少例环获节的K值，叨计算20漂lg亡K。3）在哥半对爱数坐幕标纸疑上，连找到纸横坐绸标为ω=1、纵纱坐标涂为L(ω）=2女0l则gK的点迎，过会该点愧作斜满率为20vdB尚/d智ec的斜盾线，摆其中v为积舰分环伞节的击数目冒。4）计搁算各写典型雅环节夜的交盆接频嫁率，歼将各汗交接尤频率狗按由喘低到驰高的加顺序高进行吩排列冶，并朝按下女列原栏则依帐次改隐变L(ω）的葛斜率遇：若过耻惯性照环节瓣的交酱接频落率，稀斜率田减去20跌dB漂/d丈ec；若过祖比例屈微分节环节厌的交乱接频狮率，俱斜率们增加20华dB缓/d照ec；若过苦振荡括环节盼的交寄接频帐率，恳斜率攻减去40昆dB腊/d共ec。5）如奸果需枣要，两可对隔渐近许线进战行修妨正，蛙即可螺得到医较精悠确的绪对数衡幅频穗特性牌曲线洲。过程剂控制漠与自顺动化钢仪表82实例填：绘着制频猪率特凡性【例2-盼11剃】某自帅动控演制系请统的抢框图很如图2-侄38所示寇，图茄中已孔标明谊系统牺的有龟关参轮数，鱼试画匪出该必系统趋的开随环频迹率特苏性（遗伯德薄图）忽。【解】由图2-址38可得且该系腊统的匪开环勿传递且函数由上雁式可械见，孔它是柱由一冬个比材例环锈节、盏两个池积分火环节盯、一枯个惯是性环评节和抵一个偶比例给微分跌环节患串联背组成邮。过程鼓控制慰与自弦动化臭仪表83实例赞：绘况制频急率特抚性（1）对朴数幅效频特流性1）低遣频段乔的绘脱制：由K=1未50，所有以L(受ω）在ω=1处的工高度围为2）中锄、高摇频段贵的绘丸制：比例鼻微分通环节辛的交恒接频非率：惯性核环节僵的交轻接频匀率：过程埋控制忙与自细动化词仪表84实例铲：绘伞制频灿率特货性（2）对就数相达频特店性比例肯环节音：，水塔平直罪线①，水亭平直挡线②，曲诊线③，曲挑线④两个来积分捉环节资：比例猴微分脂环节境：惯性肉环节隙：过程源控制姜与自近动化寄仪表85实例庙：绘引制频园率特窜性过程证控制义与自制动化笑仪表86在MA冈TL劝AB控制冠系统贼工具邀箱中比，用强于对欲数频昂率特游性曲涌线绘庄制的揪函数催是bo盼de，其应调用盏方式俗为bo瞧de（sy惑s）MA块TL爬AB绘制耽伯德父图【例2-城12斑】假设虏某系薄统的掉开环造传递让函数担为在MA卷TL勇AB命令拼窗口累下输价入以狮下命查令：>>胀s瓶ys夜=z且pk宪([眯-1颈],涛[0槽,-掉4,联-5萝],附[8散0]莫)>>情b铺od远e(绿sy脉s)>>舅g析ri赵d柜on过程崇控制以与自质动化碗仪表872.饮3自动趋控制效系统意的基劣本分息析方洒法2.像3.乓2频率铸特性僚法6．控交制系愈统性荒能的坏频域消分析（1）系筝统稳则定性仅的频悟域分威析1）对伶数频甲率稳牙定判必据若系统开环是稳定的，则闭环系统稳定的充要条件是：当线过0dB线时，对应的在线的上方；或当时，对应的在0dB线的下方。称为沙增益雹穿越霞频率2）稳吗定裕暑量过程某控制捡与自灵动化默仪表88实例拣：MA辛TL怒AB计算愁稳定挨裕量在MA洗TL净AB控制愉系统闲工具柔箱中园，可勉用函嘱数ma夫rg指in来计品算相坑位稳臂定裕悄量，坦调用灶格式帜为ma怠rg建in圆(s蛇ys真)【例2-搬13抛】已知幼系统关的开证环传城递函松数【解】将原夏函数批转变企为在MA便TL虎AB命令肌窗口眉输入交以下刚命令认：>>含s香ys槽=t懒f(资[1罢0]薄,[鹊10付,7果,1煌])>>紫m狼ar络gi烟n(踢sy兴s)系统翁的相楚位稳蠢定裕锤量过程挡控制汪与自泊动化妖仪表892.蹲3自动细控制算系统逐的基态本分狸析方剖法2.竹3.昏2频率肉特性胆法6．控萍制系竟统性漠能的页频域北分析（2）开俩环对隆数频乡丰率特剖性与珍系统然性能高的关穗系1）低冬频段崖。低处频段祖通常帜是指烘开环循对数功幅频别特性航曲线于在第稻一个燥转折疯频率边以前怕的区法段，观反映皂了系龟统的稳态握性能。低频猾段曲招线的沈斜率照越陡查、位启置越声高，对应化于系友统积仙分环馅节v的个哗数越油多、寻开环搏放大俗倍数K越大罚，则趟闭环合系统遭在稳斜定的辣前提度下，其稳嫂态误统差越风小，咐稳态舅精度虾越高恼。2）中理频段尸。中龄频段榆是指友开环嫁对数洒幅频坊特性共曲线办在幅勒值穿所越频源率附盟近的法一段悉区域卡。中番频段行表征犁着系灾统的动态性能妈。在通这一结段区广域的舒特征彻量为妖相位政稳定侄裕量γ和穿澡越频贪率ωc。系统让的相兆位稳忧定裕多量愈穴大，铲则系胡统的妇最大虚超调势量愈引小，系统帅的穿军越频激率愈膝大，古则系划统的冰调整饲时间逼愈短。3）高委频段随。高庄频段忘是指规开环觉对数顾幅频米特性古曲线裕在中挣频段荡以后妙的一帮段区巴域。博反映缺了系昌统对灶输入益端高范频干扯扰信聚号的专抑制箩能力碧。高频听段的供分贝桂值越答低，康表明渴系统歪的抗地干扰棵能力利越强欣。过程兽控制讽与自啊动化伶仪表902.匠4雕MA闲TL关AB的仿碑真软漠件Si暖mu盾li暂nk及其码应用2.卧4.乡丰1晴Si圾mu嫌li私nk仿真走软件凡简介Si洪mu皱li悦nk是MA汇TL牛AB里的甚工具摩箱之闻一，筑主要展功能丙是实欲现动剖态系扯统建债模、康仿真盒与分蹦析。Si腥mu俯li四nk提供哭了一呀种图忠形化紫的交铁互环糟境，粗只需垄用鼠樱标拖寨动的当方法茶，便芦能迅离速地爽建立贤起系突统框载图模饼型，缸并在痕此基怪础上盒对系圣统进病行仿胃真分夫析和昆改进谅设计造。Si却mu裂li作nk提供9类基象本模伏块库赠和许烤多专快业模趴块子鄙集。息这里周仅介预绍与象控制秃系统套相关英的连遥续系缩慧统模塌块库辜（Co委nt钻in攀uo旗us）、区数学好运算信模块沉库（Ma类th哀O冷pe太ra不