辽宁石油化工大学化工自动化及仪表第2章-自动控制系统的性能指标及要求.pptVIP

1. 稳定性 系统在受到外作用后，若控制装置能操纵被控对象，使其被控变量随时间的增长而最终与给定期望值一致，则称系统是稳定的，如图2-1曲线①所示。如果被控量随时间的增长，越来越偏离给定值，则称系统是不稳定的，如图2-1曲线②所示。 稳定的系统才能完成自动控制的任务，所以，系统稳定是保证控制系统正常工作的必要条件。一个稳定的控制系统，其被控量偏离给定值的初始偏差应随时间的增长逐渐减小并趋于零。 2. 快速性 快速性是指系统的动态过程进行的时间长短。 过程时间越短，说明系统快速性越好，过程时间持续越长，说明系统响应迟钝，难以实现快速变化的指令信号，如图2-2响应曲线①所示。 稳定性和快速性反映了系统在控制过程中的性能。系统在跟踪过程中，被控量偏离给定值越小，偏离的时间越短，说明系统的动态精度偏高，如图2-2中的曲线②所示。 3. 准确性 是指系统在动态过程结束后，其被控变量（或反馈量）对给定值的偏差而言，这一偏差即为稳态误差，它是衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。 由于被控对象的具体情况不同，各系统对稳、快、准的要求应有所侧重。而且同一个系统，稳、快、准的要求是相互制约的。提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡，改善系统的平稳性，控制过程又可能很迟缓，甚至会使系统的稳态精度很差。分析和解决这些矛盾，将是自动控制理论学科讨论的重要内容。 假若一个系统原先处于相对平衡状态即静态，由于干扰的作用而破坏了这种平衡时，被控变量就会发生变化，从而使控制器、控制阀等自动化装置改变原来平衡时所处的状态，产生一定的控制作用来克服干扰的影响，并力图使系统恢复平衡。从干扰发生开始，经过控制，直到系统重新建立平衡，在这段时间中，整个系统的各个环节和信号都处于变化状态之中，所以这种状态叫做动态。 在自动化生产中，了解系统的静态是必要的，但是了解系统的动态更为重要。这是因为在生产过程中，干扰是客观存在的，是不可避免的。这些干扰是破坏系统平衡状态引起被控变量发生变化的外界因素。因此，就需要通过自动化装置不断地施加控制作用去对抗或抵消干扰作用的影响，从而使被控变量保持在工艺生产所要求的技术指标上。 3. 等幅振荡过程 被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变，这种情况称为等幅振荡过程，如图2-4（c）所示。 4. 发散振荡过程 被控变量来回波动，且波动幅度逐渐变大，即偏离给定值越来越远，这种情况称为发散振荡过程，如图2-4（d）所示。 假定自动控制系统在阶跃输入作用下，采用时域内的单项指标来评估控制的好坏。图2-5(a)和(b)分别是给定值阶跃变化和扰动作用阶跃变化时过渡过程的典型曲线。这是属于衰减振荡过程。 1. 衰减比 衰减比表示振荡过程的衰减程度，是衡量过渡过程稳定性的动态指标。它是阶跃响应曲线上前后相邻的两个同向波的幅值之比，用符号n表示，即 (2-1) 式中 B——第一个波的幅值 ——第二个波的幅值 B和 的幅值均以新稳态值为准进行计算。 2. 最大偏差和超调量 最大偏差是指过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大值。在衰减振荡过程中，最大偏差就是第一个波的峰值，如图2-5中以A表示。 对定值控制系统来说，当最终稳态值是零或者很小的数值时，通常用最大偏差A作为指标。最大偏差，又称为动态偏差，是指整个过渡过程中，被控变量偏离给定值的最大值，即图2-5（b）中被控变量第一个波的峰值A。 在随动控制系统中，通常用超调量来描述被控变量偏离给定值最大程度。在图2-5中超调量用B来表示。从图中可以看出，超调量B是第一个峰值A与新稳定值C之差，即B=A－C。 如果系统的新稳定值等于给定值，那么最大偏差A也就与超调量B相等了。一般超调量以百分数表示，即 3. 余差 余差是系统的最终稳态误差，即过渡过程终了时，被 控变量达到的新稳态值与设定值之差。