动力系统控制原理概论.pptx

动力系统控制原理动力系统模型与分析动力系统控制原理控制系统基本概念控制系统数学表达的方式控制系统时频分析动力系统模型描述控制系统基本概念系统结构和性能指标自动控制系统的基本形式开环控制系统控制系统的输出对系统的控制作用没有影响。按给定值进行控制按扰动补偿进行控制闭环控制系统控制系统的输出对系统的控制作用有影响，即控制器的输出作用于控制对象，控制对象的输出（系统的输出）将送回到控制器，控制器根据偏差进行控制。因此，又称为反馈控制。复合控制在一个控制系统中同时采用开环控制和闭环控制。开环控制——粗调闭环控制——细调 反馈控制系统的组成控制对象：被控制的设备或过程（冷却器）。系统的输出就是指被控对象的输出（或称被控量）。控制器（或称调节器）：根据偏差按一定规律输出控制量，送至执行机构。它有两个输入，即设定值输入和测量值输入。偏差=设定值－测量值执行器（执行机构）：接受控制器送来的控制信号，驱动调节机构，作用于被控对象。测量变送器（测量单元）：将被控对象的物理输出量，即 被控量转换为标准信号输出（也称测量输出），送到调节器，作为反馈信号。柴油机气缸冷却水温度手动控制过程眼脑主机淡水泵手三通阀冷却器海水入口海水出口柴油机气缸冷却水温度自动控制过程温度变送器主机调节器淡水泵手三通阀执行机构冷却器海水入口海水出口反馈控制系统的结构框图特点： 信号传递的单向性；闭合回路（闭环系统）；负反馈：反馈通道的信号与前向通道的信号相减。反之，则为正反馈。控制单元根据偏差进行控制，因此又称偏差驱动。若控制单元、测量单元和执行单元合为一体，则称为基地式控制仪表；若三者分开，则称为组合式控制仪表。f(t)r(t)e(t)y(t)p(t)控制单元执行单元q(t)控制对象+-b(t)测量单元自控系统结构框图e(t)——偏差信号 e(t)=r(t)-b(t)y(t)——被控量p(t)——控制量f(t)——扰动量外部扰动扰动补偿前馈装置被控量控制装置执行机构控制对象+-给定信号反馈装置复合控制方框图反馈控制系统的分类按给定值的形式：定值控制、程序控制、随动控制按动作方式：连续控制、断续控制按控制精度：有差调节、无差调节按变量数：单变量控制、多变量控制按系统性质：线性控制系统、非线性控制系统按应用理论： 基于经典理论的控制 基于现代控制理论的控制（最优控制、自适应控制）智能控制（模糊、神经、专家、自学习控制）扰动变化控制作用动态过程新稳态（平衡） 稳态（平衡）平衡破坏克服扰动影响自动控制系统的状态自动控制系统的稳态和动态稳态——被控量不随时间而变化的平衡状态（静态）动态——被控量随时间而变化的不平衡状态（瞬态）自动控制系统的过渡过程：自动控制系统在动态过程中被控量随时间而变化的过程，或者说是从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。根据过渡过程的特点，控制系统可分为：发散过程等幅振荡过程衰减过程非周期过程(a)(b)(d)(c) 过程曲线基本类型自动控制的性能要求方法：给系统施加阶跃输入，得到系统过渡过程曲线，分析系统过渡过程的各项性能指标。采用阶跃输入的原因：信号的阶跃变化在实际中比较常见（近似阶跃变化）阶跃信号的数学处理比较简单阶跃输入对系统的工作最为不利评定系统过渡过程性能指标的三个方面：稳定性准确性快速性r(t)r(t)r(t)r(t)r(t)r(t)r(t)→∞h→0Rt1/2Rt1/hR0ttt0t0h000tt自动控制系统的典型输入信号自动控制的过渡过程性能指标稳定性：系统受到扰动之后能够恢复到稳定状态的能力。实际控制系统，至少要求是率减过程或非周期过程，以率减为佳。评定指标：衰减率 φ，衰减比N定值控制系统：给定值不变，外部扰动发生阶跃变化；随动控制系统：假定外部扰动不变，给定值阶跃变化。准确性：被控量偏离给定值的程度。评定指标：定值控制系统：最大动态偏差emax；静态偏差Δys随动控制系统：最大动态偏差emax；超调量δ；静态偏差Δys 快速性评定指标：过渡过程时间 ts——从扰动发生到被控量又重新趋于稳定达到新的平衡态所需的时间。此外还有振荡频率、振荡次数等。自动控制的性能指标要求定值控制：动态偏差和静态偏差要小；衰减率最好在0.75~0.9之间；过渡过程时间要短随动控制：超调量要小；过渡过程时间要短；振荡次数要少yt平衡状态平衡状态过渡过程自动控制系统过渡过程曲线yemaxy1y3y0y2y∞tt0t∞自动控制系统过渡过程曲线根据衰减率 φ的大小可以判定过渡过程的性质：φ 0，为发散振荡过程φ =0，为等幅振荡过程0φ1，为率减振荡过程φ =1，为非周期过程最佳衰减率： φ=0.75~0.9Δys发动机-调速器模型动力系统特性分析调速器工作原理调速过程柴油机动态性能指标 1.稳定调速率 2.瞬时调速率 3.不灵敏度 4.转速波动率机械式调速器结