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水箱水位控制系统包括： 被控对象：水箱 被控量：水箱水位 控制装置：杠杆 检测元件：浮球 控制手段：进水阀 自动控制装置包括： 控制的概念 自动控制: 指在脱离人的直接干预，利用控制装置（简称控制器）使被控对象（如设备生产过程等）的工作状态或简称被控量（如温度、压力、流量、速度、pH值等）按照预定的规律运行. 例 水箱水位控制系统 反馈控制系统的中的常用术语： 给定值（参考输入值） 偏差值 控制量 被控量 扰动量(内扰,外扰) 自动控制装置 = 传感器 + 控制器 + 给定器 + 执行器 受控过程（受控对象） 控制系统 = 受控过程＋控制装置 2 按控制依据信号性质分类 前馈---反馈控制系统 前馈---反馈控制系统 即复合控制系统 复合控制:闭环控制和开环控制结合的一种方式。它是在闭环控制等基础上增加一个干扰信号的补偿控制，以提高控制系统的抗干扰能力。 增加干扰信号的补偿控制作用，可以在干扰对被控量产生不利影响同时及时提供控制作用以抵消此不利影响。纯闭环控制则要等待该不利影响反映到被控信号之后才引起控制作用，对干扰的反应较慢。 恒值控制系统（或称自动调节系统） 特点：输入信号是一个恒定的数值。恒值控制系统主要研究各种干扰对系统输出的影响以及如何克服这些干扰 随动控制系统（或称伺服系统） 特点：输入信号是一个未知函数，要求输出量跟随给定量变化。 程序控制系统 特点：输入信号是一个已知的时间函数，系统的控制过程按预定的程序进行，要求被控量能迅速准确地复现。 4 按系统特性分类 线性控制系统 输入与输出成正比，可用叠加原理 用线性数学模型描述 非线性控制系统 输入与输出不成正比，不可用叠加原理 用非线性数学模型描述 自动控制系统性能要求 典型试验信号 阶跃信号 系统性能分析方法 动态特性分析 稳态特性分析 动态特性分析 动态响应: 系统输出在典型测试信号下随时间变 化的特性 y (t ) --输出 x (t ) --输入 y（t）= f ( x（t）) 自动控制系统被控量变化的动态特性 自动控制系统性能要求 自动控制系统的数学描述 系统的数学模型: 描述系统各变量之间关系的数学表达式 如微分方程、传递函数 控制系统的数学模型关系到对系统性能的分析结果和控制过程。 建模举例 单容水箱 已知: 流入量 Qi, 流出量 Qo, 截面 A; 液位 H 求: 以 Qi 为输入，H 为输出的系统动态方程式. 解: 根据物质守恒定律 中间变量为 Qo 据流量公式 线性化处理: 规范化 建模举例 RLC 电路 求: 以U i为输入，U o为输出的系统动态方程式. 解: 由基尔霍夫定律 消中间变量 建立模型 确定系统的输入、输出变量； 根据系统的物理、化学等机理，依据列出各元件的输入、输出运动规律的动态方程； 消去中间变量，写出输入、输出变量的关系的微分方程。 拉普拉斯(Laplace )变换 定义 1.拉氏变换的定义 其中 x(t)_原函数, X(s)_象函数, 复变量 s = ? + j ? 2.拉氏反变换的定义 传递函数 定义 零初始条件下系统输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 设输入为r(t),输出为 y(t) ,则系统的传递函数为: 单容水箱: 传递函数的性质 1) 传递函数只与系统本身的结构与参数有关，与输入量的大小和性质无关 2）实际系统的传递函数是S的有理分式（n≥m） 3）传递函数与微分方程有相通性，两者可以相互转换 4）传递函数只适用于线性定常系统 控制系统的微分方程与传递函数 控制系统的微分方程：是在时域描述系统动态性能的数学模型，在给定外作用及初始条件下，求解微分方程可以得到系统的输出响应。但系统中某个参数变化或者结构形式改变，便需要重新列写并求解微分方程。 传递函数：对线性常微分方程进行拉氏变换，得到的系统在复数域的数学模型为传递函数。 传递函数不仅可以表征系统的动