自动化概论 教学课件 ppt 作者 夏洪永 编自动化概论12b.pptVIP

二、典型环节 自动控制系统是由不同功能环节构成。物理结构上类型很多，相互之间差别很大，但其特性则由为数不多的典型环节或基本环节组合。 1．比例环节 比例环节的输出变量y(t)与输入变量x(t)之间满足下列关系， 阶跃作用输出 输出具有输入的全部特征(除幅值有差外) （a）阶跃输入； （b）阶跃输出 图7-7 比例环节 2．一阶惯性环节 惯性环节是具有代表性的一类环节。许多实际的被控对象或控制元件，都可以表示成或近似表示成惯性环节。如液位系统、热力系统、热电偶等例子，它们都具有类似的特性，都属惯性环节。 一阶惯性环节的输入变量X(t)与输出变量Y(t)之间的关系用下面的一阶指数函数来描述。其阶跃作用下的输出量 式中，T为惯性环节的时间常数，K为惯性环节的放大系数。 t 热电势 H Q1 Q2 图7-9 液位系统、热电偶系统 阶跃响应 惯性环节的输出一开始并不与输入同步按比例变化，直到过渡过程结束,y(t)才能与x(t)保持比例。 惯性环节的时间常数就是惯性大小的量度。 凡是具有惯性环节特性的实际系统，都具有一个存储元件或称容量元件，进行物质或能量的存储。如电容、热容等。由于系统的阻力，流入或流出存储元件的物质或能量不可能为无穷大，存储量的变化必须经过一段时间才能完成，这就是惯性存在的原因。 图7-10 (a)输入函数；(b)惯性环节的输出 3．积分环节 积分环节的输出变量y(t)是输入变量x(t)的积分，即 式中K为放大系数。 积分环节的输出量是对输入量的不断累积的结果。 如图所示液位系统。由于出水量是经过泵出恒定的，与进水量、液位大小无关，当进水量大于出水量时，其多余量将累积在容器内，其容器液位将随时间不断变化，直至从顶部溢出或抽干。 图7-12 气体贮罐 H Q1 Q2 图7-11 无自衡容器 4.振荡环节 振荡环节的输出变量y(t)与输入变量x(t)的关系由下列二阶微分方程描述。  式中，称为振荡环节的无阻尼自然振荡频率，称为阻尼系数或阻尼比。上式是振荡环节的标准形式，许多用二阶微分方程描述的系统，都可以化为这种标准形式。 振荡环节在阻尼比的值处于 区间时，对单位阶跃输入函数的输出曲线如图。这是一条振幅衰减的振荡过程曲线。 图7-13 振荡环节的单位阶跃响应 振荡环节和惯性环节一样，是一种具有代表性的环节。很多被控对象或控制装置都具有或可近似用这种环节所表示的特性。如直流电机转速与输入电压间的关系、机械运动系统转速或位移与输入作用力（矩）间的关系等。 实际控制系统的大多数环节，都可以分拆为这些典型环节表示，也就说对象或系统是由是这些典型环节按一定的方法组合而成的。 一 过程控制系统基本要求 1.稳定性：所谓稳定，就是系统受到干扰作用时，系统经过一段时间后，过渡过程就会结束，最终恢复到稳定工作状态。稳定是系统能否正常工作的首要条件。不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。 2.快速性：系统的输出对输入作用的响应快慢程度，过渡过程时间要尽可能的短。对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。 3.准确性：系统稳定时被控变量与给定值差别程度，用稳态误差来表示。如果在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。 第二节 过程控制系统过渡过程 一 过程控制系统基本要求 1.稳定性：所谓稳定，就是系统受到干扰作用时，系统经过一段时间后，过渡过程就会结束，最终恢复到稳定工作状态。稳定是系统能否正常工作的首要条件。不稳定的系统不能实现预定任务。稳定性，通常由系统的结构决定与外界因素无关。 2.快速性：系统的输出对输入作用的响应快慢程度，过渡过程时间要尽可能的短。对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。 3.准确性：系统稳定时被控变量与给定值差别程度，用稳态误差来表示。如果在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。 三个指标在具体系统中各有侧重. 第二节 过程控制系统过渡过程 对于图示蒸汽换热器而言，就是通过输入蒸汽热量去加热冷物料，使冷物料的温度达到工艺要求的指标。 衡量换热器生产运行状态的参数是被控变量——被加热后的热物料出口温度。当热物料出口温度处于稳定不变状态时，也就是系统处于静态；若热物料出口温度不稳定，处于变化状态下，就叫系统处于动态。处于静态的前提是：进出物料、能量平衡，也叫系统平衡。 静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态称静态或