《过程控制与集散系统》课件-2.2 过渡过程及其性能指标

过渡过程及其性能指标TransitionProcessandItsPerformanceIndices.项目二：单水箱恒流控制系统课程名称：《过程控制与集散系统》引言如何判断控制系统应对干扰的能力优劣？是看它恢复稳定的速度，还是波动的幅度？衰减比、余差、最大偏差这些指标解答什么问题？目

录01过渡过程的定义02过渡过程的四种基本形式03以阶跃响应曲线形式表示的质量指标04偏差积分指标05自动控制系统的性能基本要求一、过渡过程的定义稳态和动态稳态被控变量不随时间变化的平衡状态称为系统的稳态（静态）。动态控制系统从一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过渡过程。

稳态稳态动态yt过渡过程当干扰破坏了系统的平衡时，被控变量就会发生变化，而控制器、控制阀等自动化装置就要产生控制作用来使系统恢复平衡。二、过渡过程的四种基本形式发散震荡等幅震荡衰减震荡单调过程二、过渡过程的四种基本形式发散震荡等幅震荡波动幅度越来越大，逐渐远离给定值稳态和动态严重时可引发生产事故生产中必须竭力避免在给定值附近波动，幅度保持恒定处于稳定与不稳定的临界状态仅在控制要求极低、被控变量允许在工艺范围内振荡位式控制中偶尔使用二、过渡过程的四种基本形式衰减震荡单调过程被控变量在给定值一侧缓慢变化，无波动，最终平稳到达新平衡优点：过程平稳，无振荡缺点：响应慢，长时间偏离设定值仅用于不允许波动的特殊生产工艺被控变量围绕给定值上下波动，幅度逐渐减小，最终趋于稳定优点：响应速度快、稳定性好工业生产中最常用最理想的过渡过程形式三、以阶跃响应曲线形式表示的质量指标衰减振荡过程受干扰后能重新趋于稳定控制速度快，回复时间短质量评价的必要性控制质量存在差异需统一标准衡量性能优劣性能指标：以阶跃响应曲线形式表示的质量指标设定值稳态值最大值tPtsc(t)过渡过程典型曲线品质指标衰减比B1/B2余差

C最大偏差

A过渡过程时间

ts振荡周期

T三、以阶跃响应曲线形式表示的质量指标衰减比B1/B2余差

C最大偏差

A过渡过程时间

ts振荡周期

T衰减比B1/B2设定值稳态值最大值tPtsc(t)过渡过程典型曲线衰减比定义：过渡过程曲线中前后两个相邻波峰之比。表示：作用：衡量控制过程稳定程度的动态指标。要求：三、以阶跃响应曲线形式表示的质量指标衰减比B1/B2余差

C最大偏差

A过渡过程时间

ts振荡周期

T设定值稳态值最大值tPtsc(t)过渡过程典型曲线余差定义：系统最终稳态偏差。即过渡过程终了时新稳态值与设定值之差。余差

C要求：反映控制精度的稳态指标。越小越好。余差：为设定值。三、以阶跃响应曲线形式表示的质量指标衰减比B1/B2余差

C最大偏差

A过渡过程时间

ts振荡周期

T设定值稳态值最大值tPtsc(t)过渡过程典型曲线最大偏差定义：受控变量第一个波峰值与设定值之差。要求：反映控制精度的动态指标。越小越好。超调量最大偏差A三、以阶跃响应曲线形式表示的质量指标衰减比B1/B2余差

C最大偏差

A过渡过程时间

ts振荡周期

T设定值稳态值最大值tPtsc(t)过渡过程典型曲线最大偏差定义：从过渡过程开始到结束所需的时间。一般认为当被控变量进入新稳态值附近±5%或±2%，则过渡过程结束。要求：反映控制速度的动态指标。越小越好。过渡过程时间

ts三、以阶跃响应曲线形式表示的质量指标衰减比B1/B2余差

C最大偏差

A过渡过程时间

ts振荡周期

T设定值稳态值最大值tPtsc(t)过渡过程典型曲线振荡周期定义：过渡过程第一个波峰与相邻的第二个同向波峰之间的时间间隔。其倒数则为振荡频率。振荡周期T要求：反映控制速度的动态指标。越小越好。四、偏差积分指标偏差积分性能指标该类指标是一种综合性指标，能对整个过度曲线形状进行评价。误差：有余差时：平方误差积分指标（ISE）绝对误差积分指标（ITSE）平方误差积分指标（IAE）时间乘绝对误差积分指标（ITAE）四、偏差积分指标阶跃响应指标（现场常用）直观、易观测、易对应工艺要求工程师通过观察曲线（波峰、稳定时间）快速判断衰减比4:1调节时间≤10秒偏差积分指标（算法与仿真用）基于偏差的积分计算值，现场难以直接观测主要应用场景：软件仿真、控制器参数整定的算法中PID参数自整定，量化目标函数优化参数，通过阶跃响应指标来验证效果。五、自动控制系统的性能基本要求基本任务：根据被控对象和环境的特性，在各种干扰因素作用下，使系统的被控变量能够按照预定的规律变化。性能要求稳定性衰减比准确性余差快速性余差这三个指标常常是互相矛盾、互相制约的。实际应用中应结合具体生产过程及要求来综合考虑，使各个指标都能达到一个较为理想的数值。课程小结衰减比守护系统稳定，恰似坚守底线、行稳致远的责任担当。余差追求零偏差，彰显着追求极致、不容瑕疵的工匠精神。调节时间与积分指标兼顾效率与全局，隐喻着