过程控制原理与工程第2章.ppt

过程控制原理与工程 3.理想微分环节 (1)微分方程(2)传递函数(3)动态响应 过程控制原理与工程 3.理想微分环节 图2-9　理想微分环节的功能框图和阶跃响应曲线 过程控制原理与工程 4.惯性环节 (1)微分方程(2)传递函数(3)动态响应 过程控制原理与工程 4.惯性环节 图2-10　惯性环节的功能框图和阶跃响应曲线 过程控制原理与工程 5.比例微分环节 (1)微分方程c(t)=dr(t)dt+r(t)(2-55)(2)传递函数G(s)=s+1(2-56)(3)动态响应 过程控制原理与工程 5.比例微分环节 图2-11　比例微分环节的功能框图与阶跃响应曲线 过程控制原理与工程 6.振荡环节 (1)微分方程T2d2c(t)dt2+2Tξdc(t)dt+c(t)=r(t)(2-58)(2)传递函数G(s)=1T2s2+2ξTs+1=ω2ns2+2ξωns+ω2n(2-59)(3)动态响应　当0＜ξ＜1时，c(t)为减幅自由振荡(又称阻尼振荡)。 图2-12　振荡环节的功能框图与阶跃响应曲线 过程控制原理与工程 2.4.5　过程控制系统的结构图及其等效变换 1.环节基本组合方式及其简化2.结构图的等效变换规则 过程控制原理与工程 1.环节基本组合方式及其简化 (1)串联　环节串联是最常见的一种组合方式，如图2-13a所示。 图2-13　串联环节 (2)并联　对于并联的各个环节输入都相同，而它们的输出的代数和就是环节总的输出，如图2-14a所示。 过程控制原理与工程 1.环节基本组合方式及其简化 图2-14　并联环节 (3)反馈连接　如图2-15a所示，输出Y(s)经过一个反馈环节H(s)后，反馈信号Z(s)与输入X(s)相加减， 过程控制原理与工程 1.环节基本组合方式及其简化 再作用到传递函数为G(s)的环节。 图2-15　反馈环节 过程控制原理与工程 2.结构图的等效变换规则 (1)比较点的互换　各支路信号相加或相减时，与加减的次序无关，即连续的比较点(相加减点)可以任意交换次序，如图2-16所示。 图2-16　比较点互换 (2)分支点的互换　在总线路上引出分支点时，与引出次序无关，即连续分支点可以任意交换次序，如图2-17所示。 过程控制原理与工程 2.结构图的等效变换规则 图2-17　分支点互换 (3)比较点的后移　需乘以所越过环节的传递函数，如图2-18所示。 过程控制原理与工程 2.结构图的等效变换规则 图2-18　比较点后移 (4)比较点的前移　需乘以所越过环节的传递函数的倒数，如图2-19所示。 过程控制原理与工程 2.结构图的等效变换规则 图2-19　比较点前移 (5)分支点的后移　需乘以所越过环节的传递函数的倒数，如图2-20所示。 过程控制原理与工程 2.结构图的等效变换规则 图2-20　分支点后移 图2-21　分支点前移 过程控制原理与工程 2.结构图的等效变换规则 (6)分支点的前移　需乘以所越过环节的传递函数，如图2-21所示。①　框图等效变换的目的是化简框图，考虑问题时应从如何把一个复杂的框图通过等效变换，化简成基本的串联、并联、反馈三种组合方式。采用的方法一般是移动比较点或分支点来减少内反馈回路。②　在基本变换规则中指出，比较点可互换，分支点可互换。但比较点与分支点不能互换次序。 过程控制原理与工程 2.结构图的等效变换规则 ③　点采用前移还是后移要看移动的方向上是否为同类型点，如果相同可以移动，移动后再将两点互换；不同则不易移动。 过程控制原理与工程 2.结构图的等效变换规则 图2-22　框图等效变换示例 过程控制原理与工程 2.结构图的等效变换规则 图2-23　过程控制系统的典型框图 过程控制原理与工程 2.5　过程控制系统的传递函数 过程控制系统的典型框图如图2-23所示。根据前面的分析，如果知道了组成过程控制系统的各个环节的传递函数，则通过框图的运算与等效变换，便可求出系统的开环传递函数、闭环传递函数和偏差传递函数。 过程控制原理与工程 2.5.1　系统开环传递函数 当反馈回路断开后，系统便处于开环状态，其反馈信号Z(s)与偏差信号E(s)之比，称为系统的开环传递函数。 系统开环传递函数=Z(s)E(s)=Gc(s)Gv(s)Go(s)Gf(s)(2-65) 又有前向通道传递函数=C(s)E(s)=Gc(s)Gv(s)Go(s)(2-66) 可见，系统开环传递函数等于前向通道传递函数与反馈回路传递函数的乘积。 当反馈传递函数Gf(s)=1时，称系统为单位反馈系统，此时，开环传递函数与前向通道传递函数相同。 过程控制原理与工程 2.5.2　系统闭环传递函数 当反馈回路接通时，系统便处于闭环状态，其系统的输出变量与输入变量之间的传递函数，称为闭环传递函数。通常所说的系统