北邮过程控制第5节.ppt

方波响应曲线法 第五章 简单控制系统设计 5.1 简单控制系统设计 5.2 控制方案的确定 * Beijing University of Posts and Telecommunications 第4章 被控过程的数学模型 解析法建模 单容过程 纯滞后 多容过程 容量滞后 一阶环节 实验法建模 （2）确定一阶时延环节的参数 如果曲线呈现S形状,则该过程可用一阶惯性+时延环节近似 一阶惯性+时延环节的传递函数 三个参数需要确定 时延时间 的确定方法不变 和 的确定步骤是： 即： 相应的阶跃响应表达式为 选取两个不同时刻 t1，t2，代入 两边取自然对数， 求解化简可得： 这样便求出 和 先将阶跃响应转化为标么值 （3）确定二阶环节的参数 二阶无时延环节阶跃响应曲线 传递函数为： 三个需要确定的参数 的确定与一阶环节确定方法相同 的确定采用两点法。 二阶无时延环节的输入、输出关系为 其中 为阶跃输入的幅值 取曲线上任意两个时刻的坐标 求解可得 0.4y(∞)， 0.8y(∞) 注意：用这种方法确定T1和T2时，应满足 的条件 当 时，应为一阶环节 其中 当 时，应为二阶环节 其中 时，应为二阶以上环节。 当 对于n阶环节传递函数 可以按 近似计算 大小由下表确定 其中n可以根据的 0.75 0.735 0.71 0.685 0.67 0.65 0.62 0.58 0.53 0.46 0.32 t1/t2 14 12 10 8 7 6 5 4 3 2 1 n （4）确定二阶时延环节的参数 二阶时延环节阶跃响应曲线 传递函数为： 需确定参数 在阶跃响应曲线上，通过拐点F 作切线 得纯滞后时间 ，容量滞后时间 以及 、 的确定与前面所讲的相同，而总的纯滞后时间 可以证明： 与 的关系为 其中 在 的约束条件下，可以解得 和 这个方程为超越方程，求解比较复杂，通常采用图解法 简单控制系统是只对一个被控参数进行控制的单回路闭环控制系统。是最基本的过程控制系统,是构成复杂过程控制系统的基础。 广义对象 控制方案的确定、仪表的选型和调节器的参数整定是过程控制系统设计的重要内容。 控制方案的确定主要包括系统被控参数的选择、测量信息的获取及变送、 控制参数的选择、调节规律的选取、调节阀（执行器）的选择和调节器正 、反作用的确定等内容。 5.2.1 被控参数的选取 1）决定性作用的、直接参数作为被控参数 2）与直接参数有单值函数关系的所谓间接参数作为被控参数 3）当采用间接参数时，该参数对产品质量应具有足够高的控制灵敏度 4）考虑工艺上的合理性和所用测量仪表的性能、价格、售后服务等因素 对于一个已经运行的生产过程，被控参数往往是由工艺要求事先确定的。 5.2.2 控制参数的选择 5.2.2.1 过程特性对控制质量的影响 1. 干扰通道特性对控制质量的影响 R(s)= 0 假设 为一单容过程，其传递函数为 若单容过程具有纯时延时间 则： 则： (式2) (式3) 系统输出与干扰之间的传递函数为 (式1) (1)干扰通道 的影响： 越大，由干扰引起的输出也越大，被控参数偏离给定值就越多。 在系统设计时应尽可能选择静态增益 小的干扰通道，以减小干扰对被控参数 的影响。当 (式2) (2) 干扰通道 的影响 为惯性环节，对干扰 具有“滤波”作用， 越大，“滤波” 效果越明显，因此干扰通道的时间常数越大，干扰对被控参数的动态影响就越 小，因而越有利于系统控制质量的提高。 (3) 干扰通道 的影响 的存在，仅仅使干扰引起的输出推迟了一段时间 因此， 的存在并不影响系统的控制质量。 (式3) (4) 干扰进入系统位置的影响 干扰进入系统的位置越远离被控参数，对系统的动态控制质量越有利。 但从静态看，这会使干扰引起被控参数偏离给定值的偏差相对增大，这对系统的控制品质又是不利的。因此需要权衡它们的利弊。 (1) 控制通道 2. 控制通道特性对控制质量的影响 的影响 在调节器增益 一定的条件下，当控制通道静态增益 越大时，则控制作用 越强，克服干扰的能力也越强，系统的稳态误差就越小；与此同时，当 ，被控参数对控制作用的反应就越灵敏，响应越迅速。但是，当调节器静态增 越大 益 一定 越大时，系统的开环增益也越大，这对系统的闭环稳定性是不利 的。因此，在系统设计时，应综合考虑系统的稳定性、快速性和稳态误差三方 面的要求。