自动控制系统的过渡过程2
能源生产过程自动控制课件 第二节 自动控制系统的过渡过程及品质指标
2) 近代控制理论（状态方程 离散化 状态方程
（连续型）
（离散型）
时域分析，可分析MIMO系统
优化控制、极点配置等。
3）先进控制技术 用来控制那些常规控制无法适应的复杂工业过程控 制问题的控制技术。
核心内容： 数据采集处理和软测量技术 动态过程特性的辨识，数学模型的建立
一）单项控制指标
1.静态偏差e(∞)
e(∞)=c0-c(∞) 2.衰减比n和衰减率ψ
衰减比n：两个相邻同向波峰值之比， n=c1/c3。
衰减率ψ：每经过一个周期以后，波动幅 度衰减的百分数， ψ=(c1-c3)/c1。
3.最大动态偏差emax和超调量Mp
最大动态偏差：被控量第一个波的峰值与 给定值之差， emax=c1-c0。
机理建模方法，多变量系统动态辨识，神经网络， GP
先进控制策略研究 模型预测控制（MPC）、动态矩阵控制（DMC）、 预测函数控制（PFC）、推断控制（IC）、内模控 制（IMC）、模糊控制（FC）、神经元控制（NNC）
先进控制的实施 目标的确定， 实施平台DCS、PLC 完善底层的PID控制回路
这些问题的存在，使得当时的应用满足不了工 业生产的迅速发展。
分层计算机控制系统 监督计算机控制（SCC）+模拟控制器控制系统
SCC+DDC控制系统
3）集散型控制系统的开创期（70年代中期）
1975年Honeywell公司推出的TDC2000集散控制系统 是一个具有许多微处理器的分级控制系统，以分 散的控制系统来适应分散的过程对象，实现控制 系统的功能分散、负荷分散，从而危险也分散。
第三节 过程控制系统的发展概况
1.仪表自动化阶段 40年代前后，采用笨重的基地式仪表，生产
自动控制原理过渡过程知识点总结
自动控制原理过渡过程知识点总结自动控制原理是探讨如何在一个系统中实现自动调节和控制的科学。
过渡过程是控制系统响应被刺激后从一种稳态进入另一种稳态的过程。
在自动控制原理中，了解和掌握过渡过程的知识点是非常重要的。
本文将对自动控制原理过渡过程的知识点进行总结和整理。
一、过渡过程的定义过渡过程是指当控制系统从一种稳态响应到另一种稳态时所经历的过程。
它反映了系统的响应速度、稳定性和准确性等特性。
过渡过程通常可以分为三个阶段，即超调过程、振荡过程和稳定过程。
二、超调过程超调过程是指过渡过程中系统响应超出稳态值的现象。
具体来说，当输入信号发生变化时，系统的输出信号会出现超过预定值的情况。
超调过程的发生主要是由于控制系统的临界增益过大引起，过程中系统的阶跃响应会出现明显的超调量。
三、振荡过程振荡过程是指过渡过程中系统因不断超调而产生的来回振荡的现象。
在振荡过程中，系统的输出信号会不断地在目标值附近波动，形成一种周期性的振荡。
振荡过程的发生主要是由于控制系统的增益过大或者控制过程中存在滞后引起的。
四、稳定过程稳定过程是指过渡过程中系统响应逐渐趋于目标值并保持在一定范围内的过程。
在稳定过程中，系统的输出信号会逐渐趋于平稳状态，并与目标值之间存在一定的偏差。
稳定过程的发生主要是由于控制系统的增益逐渐减小或者控制过程中存在一定的调节机制。
五、过渡过程的影响因素过渡过程的特性受到多种因素的影响，主要包括控制系统的结构、控制对象的特性以及输入信号的变化等。
合理地选择控制系统的结构和参数，调整输入信号的变化方式，都可以对过渡过程的特性进行调节和优化。
六、过渡过程的改进方法针对过渡过程中出现的超调和振荡等问题，可以采取一系列的改进方法进行调节。
例如，可以通过合理选择控制系统的增益和时间常数，适当调整控制器的参数，来减小超调和振荡的发生。
此外，还可以采用自适应控制、模糊控制等先进控制算法来改进过渡过程的特性。
综上所述，过渡过程是自动控制原理中非常重要的一部分，它反映了控制系统的稳定性和响应速度。
生物反应工程 工业过程控制
-
r
-
e
u
m
f
c
z
•被控变量c :被控过程(控制对象)的输出。液位H 是该生产过程需要控制的工艺变量为被控变量。
干扰作用f：非控制系统作用而引起被控变量变 化的外来因素（或干扰量）；是作用于控制对象 的输入信号。 影响被控变量变化的因素来自进料流量Q1 的改变。 操纵变量m：受执行器直控制的工艺变量。在方 框中是执行器的输入信号，也是被控制过程的输 入信号。出料流量Q2的改变是由于执行器的动作 所致。
[例] 某温度控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过 程曲线如图，试问该过渡过程的最大偏差、超调 量、余差、衰减比、过渡时间及振荡周期是什么？
2.8 6 12
解：由题可知： 最大偏差：2.8℃；超调量：2.8℃；余差： 0：衰减比：2.8：1；过渡时间：12s； 振荡周期：6s。
比较机构一般设置在调节器的内部，为了分析控制系统的 特性，常将其单独画出。参比信号（r）可由设定值发生器 给出，或由该系统外部的其他装置输入。
控制系统的工作过程是液位测量变送器将被测液 位转换成测量信号（z），该测量信号送至调节 器，先与设定的参比信号(r)进行比较得出偏差信 号(e)，然后按偏差的大小与方向，以一定的运 算规律进行运算，并发出控制信号(u)给执行器， 从而改变出料阀门的开度,改变出料流量Q2，以 达到控制液位的目的。
定值控制系统： 系统的参比信号是恒定不变的 。 在生产进程中，大多数场合要求被控变量保持恒定， 或在一定的范围内变化。因此，定值控制系统在生产过 程控制中最常见。 随动控制系统： 系统的参比信号是一个不可预定的随机信号，多见 于复杂的自动控制系统中 程序控制系统： 程序控制系统的参比信号是一个己知的时间函数
2024年化工自动化控制仪表理论考试试题及答案
2024年化工自动化控制仪表理论考试试题及答案1、【单选题】()决定了电磁阀的密封结构。
(B)A、工作压力B、介质性质C、工作温度2、【单选题】CENTUMCS3000系统中的回路调整画面中，HH是()。
(8)A、给定值B、高高报警设定值C、输出值3、【单选题】ECS700系统是()公司的DCS产品。
(B)A、H oneywelB、浙江中控C、F0XB0R04、【单选题】“？/h;L/h”这些符号都是表示流量的单位,它们表示的是()流量的单位。
(B)A、质量B、体积C、速度5、【单选题】一般情况下,控制器参数整定不合理会产生周期性的激烈振荡。
其中()引起振荡周期最短。
（八）A、积分时间过小B、比例度过小C、微分时间过大6、【单选题】下列叙述中，正确的是()。
（八）A、阀杆行程与阀门定位器的输入信号大小成正比B、阀门定位器的输出信号大小与输入信号的大小成正比C、阀杆行程与阀门定位器的输出信号大小成正比7、【单选题】下列热电偶中热电势最大,灵敏度最高的是。
型热电偶。
(C)A、KB、SC、E8、【单选题】下面关于分程控制回路的描述中错误的是()。
(D)A、一台控制器的输出可以同时控制两台甚至两台以上的控制阀B、控制器的输出信号被分割成若干个信号范围段C、输出信号的分段一般是由控制阀来实现的D、由每一段信号去控制一台控制阀9、【单选题】下面是关于绝对压力的表达式,其中正确的表达式是()。
(C)A、P绝=P表-P大B、P绝二P大+P负。
C、P绝=P大-P负10、【单选题】串级控制系统中，副控制器的作用方式与以下哪个无关()。
（八）A、主对象特性B、副对象特性C、执行器的气开、气关形式11、【单选题】串级控制系统能克服调节对象的纯滞后,在串级控制系统中,有纯滞后的对象应放在()。
（八）A、主回路B、副回路C、主、副回路12、【单选题】为减小压力损失,节省能源,较合适的S值应为Oo(B)A、S>0.6B、S=O.1C、S=O.3-0.613、【单选题】关小与调节阀串联的切断阀,会使可调比和流量特性变()。
第2章 自动控制系统的性能指标及要求
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。
图2-4 过渡过程的几种基本形式
2.4 自动控制系统的性能指标
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
B 100% C
(2-2)
指标采用偏差积分性能指标的形式。 下列公式中，式中，J为目标函数值；e为动态偏差。
J f (e, t )dt
0
(2-5)
通常采用4种表达形式：
（1）偏差积分（IE）
f (e, t ) e, J edt
0
(2-6) (2-7)
（2）平方偏差积分（ISE）
f (e, t ) e 2 , J e 2 dt
图2-1 控制系统动态过程曲线
图2-2 控制系统动态过程
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。
稳定是控制系统能够运行的首要条件，因此只有当 动态过程收敛时，研究系统的动态性能才有意义。控制 系统的过渡过程是衡量控制性能的依据。由于在多数情 况下，都希望得到衰减振荡过程，所以取衰减振荡的过 渡过程形式来讨论控制系统的性能指标。通常在阶跃函 数作用下，测定或计算系统的动态性能。一般认为，阶 跃输入对系统来说是最严峻的工作状态。如果系统在阶 跃函数作用下的动态性能满足要求，那么系统在其它形 式的函数作用下，其动态性能也是令人满意的。
自动控制系统概述
第一节 自动控制系统的组成
自动控制系统的组成：控制器、执行器、被控对象及 测量变送环节四部分组成。
自动控制系统方块图
第一节 自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备。
在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设
备、机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简 称对象。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之四
（4） 过渡时间
从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平 衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。一般在稳态 值的上下规定一个小范围，当被控变量进入该范围并不再 越出时，就认为被控变量已经达到新的稳态值，或者说过 渡过程已经结束这个范围一般定为稳态值的±５％（也有 的规定为±２％）。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之五
（5）震荡周期或频率
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振 荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同 的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短 一些为好。
第四节 过渡过程和品质指标
举例 某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过 渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、 衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。
阶跃干扰作用
第四节 过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
非周期衰减过程 √
衰减震荡过程
√
对于控制质量要求不 高的场合，如果被控
等幅震荡过程 ？变的量范允围许内在振工荡艺（许主可要
指在位式控制时）， 才可采用。
发散震荡过程
X
自动控制基础知识.详解
例2：“是”函数的真值 表
例3：“与”函数的真值 表
例4：“或”函数的真值 表
三、卡诺图
卡诺图：就是按一定规则画出的方块图。
图中一个方块就代表变量的一种取值情况，和真值表类似， 有n个逻辑变量，在卡诺图中就有2n 个格。
0 a1
aa
图1.19 单变量 卡诺图
3 复合控制
计算
给定值
计算
执行
测量
干扰
受控对象
被控量
测量
图1.7 复合控制框图
§1.2 传递函数与环节特性
一、比例环节
其传递函数为：
特点：当输人信号变化时，输出信号会同时以一定的比例 复现输入信号的变化。
x(t)
y(t)
A A
KA A
图1.8 比例环节动态特性
二、一阶环节
其传递函数为： 特点：当输入信号x(t)作阶跃变化后，输出信号y(t)立刻以
“非”函数可用常闭开关符号代表：
“非”函数的基本性质如下：
(2) 双变量(多变量)运算
设变量“a、b、c、d…”，函数S，有如下运算： a．“与”函数
又称“逻辑乘”，表示“同时”、“共同 ” 等价表于达两式个为常：开开关串联：
基本性质： 置换律： 结合律： 几个特殊关系：
当有n个变量时，“与”函数可表示为： 上述性质均成立
（2）过渡过程的5个品质指标
y
图1.13 定值系统的过渡过程
最大偏差A 过渡时间ts 余差C 衰减比ψ 振荡周期Tp
§1.4 自动控制的基本方式
f 被控对象
uห้องสมุดไป่ตู้
控制器
c
c
e
r0
图1.14 控制系统方框图
石油化工自动化及仪表概论2自动控制系统的性能指标及要求
(2-8)
（4）时间乘以偏差绝对值的积分（ITAE）
f (e,t) e t, J 0 etdt
(2-9)
例2-1 某化学反应器工艺规定操作温度为900±7℃。考虑 安全因素，生产过程中温度偏离给定值最大不得超过 45℃。现在设计的温度控制系统在最大阶跃干扰作用下 的过渡过程曲线如图2-6所示。试求系统的过渡过程品质 指标：最大偏差，余差，衰减比和过渡时间。根据这些 指标确定该控制系统能否满足题中所给的工艺要求，请 说明理由。
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
n B B'
式中 B——第一个波的幅值
(2-1)
B——第二个波的幅值
B和B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。
差系统。没有余差的控制过程称为无差调节，相应的系统
称为无差系统。
4．调节时间 调节时间是从过渡过程开始到结束所需的时间，又称为
过渡时间。 过渡过程要绝对地达到新的稳态，理论上需要无限长的
时间。但一般认为当被控变量进入新稳态值 5%或 2%范内, 并保持在该范围内时，过渡过程结束，此时所需要的时间称 为调节时间。调节时间是反映控制系统快速性的一个指标。
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。
第一课 自动控制系统的组成
第一课自动控制系统的组成陶运道一液位控制系统的组成1 系统的组成如图是一液位控制系统，从图上可以看出控制系统由四个部分组成。
（1）对象：水箱（2）液位测量元件：变送器，将液位大小测量出来。
（3）控制器：将测量值和设定值相减得到偏差，根据偏差大小，输出一个值至执行元件。
（4）调节阀：执行元件，根据控制器输出信号大小，产生一开度，使液位回到给定值。
2 液位是被调节的量出口流量是调节的量，出口流量大小可以调节液位，使液位稳定。
二、控制系统的框图三、自动控制系统的过渡过程和品质指标1 在自动化领域中,把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
2 静态的特点：系统输入x、f不变，系统输出y不变，其他量如z、e、p、q均不变，但生产照常进行。
静态是相对而暂时的。
动态的特点：输入变化引起输出变化，其他量也跟着变化，以求系统建立新平衡。
动态是经常和绝对的。
自动控制系统的过渡过程：自动控制系统在动态过程中，被控变量是不断变化的，它随时间而变化的过程称为自动控制系统的过渡过程，也就是说，系统从一个平衡状态（静态）经过动态过渡到另一个新的平衡状态的过程。
3 干拢的形式系统在过渡过程中，被控变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰形式。
在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属于随机性质。
在分析和设计控制系统时，为了安全和方便，常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。
阶跃干扰（阶跃输入）的特点：比较突然、比较危险、对被控变量的影响最大，如果一个系统，能有效地克服这类干扰，对其他干扰就能很好地克服，同时数学处理和分析简单。
4 过渡过程的基本形式以上过渡过程的四种形式可以归纳为三类。
(1)过渡过程(d)是发散的，称为不稳定过渡过程，应竭力避免。
(2)过渡过程(a)和(b)都是衰减的，稳为稳定过程。
被控变量经过一段时间后，逐渐趋向原来的或新的平衡状态，这是所希望的。
《初级工》第七章 自动调节系统的基本知识及应用
当t=３Ｔ时，
h(3T ) KA(1 e ) 0.95KA 0.95h()
从加入输入作用以后，经过3T时间，h已经变化了全部变 化范围的95%，这时，可近似认为动态过程基本结束。
3
c、时间常数τ对控制系统的影响
对控制通道的影响： 在相同的控制作用下，时间常数大，被控变量的变化 比较缓慢，则过程比较平稳，容易进行控制，但过渡 过程时间较长；若时间常数小，被控变量的变化速度 快，则控制过程比较灵敏，不易控制。时间常数太大 或太小，对控制都不利。
Kp ——比例调节器的放大倍数
只需改变支点o的位置就可以改变放大倍数Kp 的大小。工业中所用的调节器都用比例度来表 示比例调节的强弱。
其中（xmax-xmin）为仪表量程，（ymax-ymin）为调 节器输出量的范围 但比例调节不能使被调量恢 复到给定值而存在余差，因而调 节准确度不高。当调节质量要求 较高时，需要加上积分调节来消 除余差。
mD—扰动作用；μ—执行机构位移；D—软化水流量； W—生水流量；h—软化水箱水位；h0—水位给定值； i1—水位偏差信号；i2—调节信号
三、自动调节系统的特征分类
1、按给定值信号的特征分类
①定值调节系统
②随动调节系统
③程序调节系统
2、按工作原理分类 ①反馈调节系统 ②前馈调节系统
③前馈-反馈调节系统
对上式求导：
当t=0时，
h
dh KA t T e dt T dh KA h() dt T T
当对象受到阶跃输入作用 后，被控变量如果保持初 始速度变化，达到新的稳 态值所需要的时间就是时 间常数。
h(∞)
0.632h(∞)
0
T
自动控制系统的过渡过程及品质指标
B B’
0
t
控制系统的品质指标-3
❖ 余差C ------------“准”
➢ 过渡过程终了时，被控变量所达到的新稳态值与给定值之差 ➢ C=y(∞)-X ➢ 反映了控制的精确程度，希望余差足够小。 ➢ C≠0，有余差，有差调节，有差系统。 ➢ C = 0，无余差，无差调节，无差系统。
y
C
0
t
控制系统的品质指标-4
• （4）等幅振荡过程
• 被控变量在给定值附近上下波动且振幅不变，最终也 不能回到给定值，如图1.27(d)所示。
• （5）发散振荡过程 • 被控变量在给定值附近来回波功，而且振幅逐渐增大，
偏离给定值越来越远，如图所示。
• 以上5种过程可归纳为两类：
• 第一类：稳定的过渡过程，如：单调过程和衰减震荡过程。表明当系统受 到干扰，平衡被破坏，但经过控制器的工作，被控变量能逐渐恢复到给定 值或达到新的平衡状态，是所希望的。
❖ 振荡周期------------“快”
➢ 过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间 ➢ 反映了自动控制系统克服干扰的能力。 ➢ 生产要求：尽量短
y
T
0
t
§1.4.4 影响过渡过程的主要因素
❖ 工艺过程（被控对象）
与自动控制系统相关的工艺部分。
❖ 自动化装置
为实现自动控制所必需的自动化仪表设备。
四种典型单位输入函数间有一定的关系。按单位脉冲函数、单位阶跃函数、单位斜坡函数、单位抛物线函数的顺序排列，前
者是后者的导数；而后者是前者的积分。因此，在分析线性系统时，只需知道一种输入函数的输出时间响应就可以确定另
r(t ) 1 0 t 外—种输入函数的输出响应。
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
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。
第2章 自动控制系统的性能指标及要求
2.1 自动控制系统的基本要求 2.2自动控制系统的静态与动态
2.3 自动控制系统的过渡过程
2.4 自动控制系统的性能指标
2.1 自动控制系统的基本要求
为了实现自动控制的任务，必须要求控制系统的被控 变量（输出量）跟随给定值的变化而变化，希望被控变量 在任何时刻都等于给定值，两者之间没有误差存在。然而 ，由于实际系统中总是包含具有惯性或储能元件，同时由 于能源功率的限制，使控制系统在受到外作用时，其被控 变量不可能立即变化，而有一个跟踪过程。 控制系统的性能，可以用动态过程的特性来衡量，考 虑到动态过程在不同阶段的特点，工程上常常从稳定性（ 稳）、快速性（快）、准确性（准）三个方面来评价自动 控制系统的总体性能。
由图可以看出，所谓阶跃干扰就是某一瞬间t0，干 扰（即输入量）突然地阶跃的加到系统上，并继续保 持在这个幅度。采取阶跃干扰的形式来研究自动控制 系统是因为考虑到这种形式的干扰比较突然，比较危 险，它对被控变量的影响也最大。如果一个控制系统 能够有效地克服这种类型 的干扰，那么对于其它比 较缓和的干扰也一定能很 好地克服，同时，这种干 扰的形式简单，容易实现， 图2-3 阶跃干扰作用 便于分析、实验和计算。
实验2 二阶系统的过渡过程
实验报告要求
六、实验思考题 1、若阶跃输入幅值过大，会产生什么结果？ 2、为什么要多增一个1：1的比例环节？ 3、如何实现负反馈，如何实现单位负反馈？ 4、开环增益Ｋ和惯性环节的时间常数对系统的性 能有何影响？ 七、实验报告要求 1、写明实验线路及推导模拟电路的传递函数。 2、分析ζ、ωn与R1、R2和c2之间的关系。 3、实验记录数据与理论值作比较。 4、对实验中出现的问题及现象进行描述和分析。 5、回答实验思考题，写出本实验的体会及建议。
欠阻尼状态欠阻尼状态临界阻尼状态临界阻尼状态过阻尼状态过阻尼状态无阻尼状态无阻尼状态11学习自动控制系统动态性能指标的测试技学习自动控制系统动态性能指标的测试技术及系统阶跃响应曲线的测试方法
实验2 二阶系统的过渡过程
二阶系统的几种工作状态： 0 无阻尼状态 0 1 欠阻尼状态 1 临界阻尼状态 1 过阻尼状态
一、实验目的
1、学习自动控制系统动态性能指标的测试技 术及系统阶跃响应曲线的测试方法。
2、研究二阶系统的两个重要参数，对系统动 态品质的影响。
3、观察在不同参数下，二阶系统的阶跃响应 曲线，并测出超调量和调整时间。
4、定量分析超调量和调整时间与二阶系统的 两个重要参数的关系。
二、实验内容
1、根据电路图搭建实验电路，使得阻尼比 分别等于0、0.25、0.707和1.2。
一台； 一台；
一块； 一块； 一块； ຫໍສະໝຸດ 干。五、实验步骤与实验记录
1、在自动控制原理模拟仿真机上搭建模拟电 路图。
2、将自动控制原理模拟机的信号线接入虚拟 示波器；检查各自的电源接线。
3、启动并调试好虚拟示波器。加阶跃信号， 用信号幅度电位器旋钮调节阶跃信号的大小，并 用万用表测出给定信号的幅值。
自动控制系统基本概念
7
五、自动控制分类 1. 自动检测系统：P、Q、T、H检测 2. 自动保护系统：对参数的保护控制 3. 定值控制系统：将参数稳定在一定范围,
又称自动调节系统 4. 自动操纵系统：程序控制 5. 随动控制系统：自动跟踪系统
8
六、自动控制系统的方框图 1、方框图：反映系统各组成部分之间的相
4
二、自动控制系统的定义 • 自动控制是在人不直接参与的情况下,利
用外加的设备或装置,使整个生产过程或 工作机械被控对象自动地按预定规律运 行,或使某个参数被控参数按预定要求变 化.
• 自动调节系统是利用自动化装置克服干 扰,把偏离给定值的被调参数调回到给定 值上的系统.
5
三、自动控制系统的组成
31
四微分控制D控制
• 控制器的输出变化量与偏差变化速度成 正比.
P
TD
de dt
• 对变化速度快的偏差,微分调节输出变化 值也大,有超前调节功能.
• 对不变化的偏差,微分控制不起作用,也不 能消除余差.
32
阶跃输入时微分调节器特性
33
微分时间对过渡过程的影响
34
五比例积分微分PID控制系统 1. 控制器的输出为三部分输出之和. 2. 当偏差刚出现时,微分作用立即变化因
•
它根据偏差是否存在来动作.它的输出与偏差对时间的
积分成比例,只有当余差完全消失,积分作用才停止.其实质就是消
除余差.但积分作用缓慢,使最大动偏差增大,延长了控制时间.用
积分时间TI表示其作用的强弱,TI越小,积分作用越强,积分作用太
强时,也易引起振荡.
• 微分控制
.它的输出与输入偏差变化
自动控制系统的过渡过程
温度控制系统
电机控制系统
在温度控制系统中，通过优化过渡过 程，实现快速、稳定地达到设定温度 ，提高温度控制的精度和效率。
在电机控制系统中，通过优化过渡过 程，实现电机快速、平稳地启动和停 止，提高电机的控制性能和可靠性。
液压控制系统
在液压控制系统中，优化过渡过程可 以减小系统的超调和震荡，提高系统 的响应速度和稳定性。
时域分析法
通过分析系统的输入输出关系，直接求解 系统状态随时间的变化规律。
频域分析法
通过分析系统的频率特性，研究系统在不 同频率下的响应特性。
状态空间分析法
通过建立系统的状态方程和输出方程，全 面描述系统的动态行为。
04
自动控制系统过渡过程的优化
过渡过程的优化目标
提高系统性能
通过优化过渡过程，提高系统 的动态性能和稳态性能，使系 统更快地达到设定值，减小超
交叉学科研究
将自动控制系统过渡过程与其他 领域进行交叉研究，如计算机科 学、数学、物理学等，拓展研究 领域和应用范围。
跨领域应用
将自动控制系统过渡过程应用到 其他领域中，如机器人、航空航 天、生物医学等，推动相关领域 的技术进步。
学术交流与合作
加强学术交流与合作，促进不同 领域之间的知识共享和成果转化 ，推动自动控制系统过渡过程的 深入研究和发展。
通过设计合适的控制器，实现对系统过渡 过程的优化。常见的控制器设计方法包括 PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
模型预测控制
强化学习
利用模型预测控制算法，对系统的未来行 为进行预测和控制，实现过渡过程的优化 。
通过强化学习算法，让系统在不断试错中 学习如何优化过渡过程，提高系统性能。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
浅谈自动控制系统的过渡过程及品质指标
浅谈⾃动控制系统的过渡过程及品质指标⽬录⼀、系统的静态和动态 (1)⼆、⾃动控制系统的过渡过程 (1)三、⾃动控制系统的品质指标 (2)四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素 (4)五、提交控制系统过渡过程及品质指标的措施 (4)六、结论 (5)浅谈⾃动控制系统的过渡过程及品质指标[内容摘要] ⾃动控制⼀般是指对系统的⼯业⽣产过程或是对具体的某⼀⼯艺⽣产流程，设备的⾃动控制，就是⽤⼀些⾃动装置与仪表等技术⼯具来代替⼈的操作，⾃动完成某些有规律的⽣产活动，这种⽤⾃动装置与仪表控制⽣产过程的⼯艺也称⽣产过程⾃动化。
[关键词]静态动态⾃运控制系统被控变量⼀、系统的静态和动态世间⼀切物质都处于相对的，⽭盾的运动状态，静是相对的，动是绝对的。
在定值控制系统中，把被控变量不随时间⽽变化的平衡状态称为静态（或稳态），⽽把被控变量随时间⽽变化的⾮平衡状态称为动态。
⼆、⾃动控制系统的过渡过程在⾃动控制系统的动态过程中，被控变量不断变化，它随时间⽽变化的过程称为⾃动控制系统的过渡过程，也是系统从⼀个平衡状态过渡到另⼀个平衡状态的过程。
⾃动控制系统的过渡过程是控制作⽤不断克服⼲扰作⽤的过程。
这种运动过程是控制作⽤与⼲扰作⽤这时⽭盾在系统内⽃争的过程，当这⼀对⽭盾达到统⼀时，过渡过程也就完成。
在⽣产中，出现的⼲扰是没有固定形式的，⼜将过渡过程分为以下四种：1、⾮振荡的单调过渡过程：被控变量在给定值的某⼀侧作缓慢变化，没有来回波动，最后稳定在某⼀数值上。
2、衰减振荡过程：被控变量上下波动，但幅度逐渐减⼩，最后稳定在某⼀数值上。
3、等幅振荡过程：被控变量上下波动，幅度逐渐变⼤。
4、发散振荡过程：被控变量始终在某⼀幅值的上下波动。
上述四种过渡过程的基本形成可以归纳为三类：（1）稳定的过渡过程；（2）不稳定的过渡过程；（3）过渡过程介于稳定和不稳定之间；三、⾃动控制系统的品质指标如图7-6：现在假定讨论的是定值控制系统，在t=0时，出现⼀个幅度为E=1的单位阶跃⼲扰。
常见的自动控制系统的工作流程
常见的自动控制系统的工作流程1.自动控制系统首先接收输入信号，这些信号可以是来自传感器或其他设备的信息。
The automatic control system first receives input signals, which can be information from sensors or other devices.2.然后系统对输入信号进行处理，比如放大、滤波、数字化等。
The system then processes the input signals, such as amplifying, filtering, digitizing, etc.3.处理后的信号被送入控制器，根据预设的逻辑或算法进行判断和计算。
The processed signals are sent to the controller, which makes judgments and calculations based on preset logic or algorithms.4.控制器产生输出信号，控制执行器或执行装置去执行动作或调节参数。
The controller generates output signals to control actuators or execution devices to perform actions or adjust parameters.5.执行器根据输出信号执行相应的动作，比如启动电机、开关阀门等。
The actuator performs corresponding actions according to the output signals, such as starting a motor, opening a valve, etc.6.执行动作会影响系统的实际运行状态，从而产生反馈信号。
The actions taken will affect the actual operating stateof the system, thereby generating feedback signals.7.反馈信号被送回到控制器，用来修正和调整控制器的输出信号。
自动控制原理1-9题答案
╳ -
伺服 电动机
齿轮系
记录笔
笔位移 L
测速 发电机
测量电 路
图1.3-4 函数记录仪系统方块图
二、定值调节系统
1、何谓定值调节系统？ 何谓定值调节系统？ 控制信号r 为定值的反馈控制系统，即为定值调节系统。 控制信号r（t）为定值的反馈控制系统，即为定值调节系统。 2、举例说明 1）电炉炉温控制系统 定值调节系统
图1.４-3单位阶跃信号作用下控制系统的过渡过程
基本概念： 基本概念： 1)过渡过程时间 过渡过程时间t 1)过渡过程时间ts：t≥ts时，│C（t）-C（∞） │≤Δ，则ts就称为过渡过程时间。Δ为稳态值 t 的百分数，通常取Δ=2%或Δ=5%。
超调量σ 2） 超调量σp： σp=│Cmax-C（∞）│/│C（∞）│╳100% 其中，Cmax为过渡过程曲线C（t）第一次达到极值 时的数值，即Cmax= C（tp） 振荡次数N 3） 振荡次数N：在0<t<tS时间内，C（t）穿越C （∞）水平线的次数的一半。 峰值时间t 4) 峰值时间tp：C（t）达到第一个极值所需的 时间 上升时间t 5) 上升时间tr：过渡过程曲线从零上升到稳态值 的时间
图1.3-13 压力控制系统方块图
二、 程序控制系统 程序控制系统的特征： 控制信号r 程序控制系统的特征 ： 控制信号 r（t） 的变化 规律 为已知的时间函数。 为已知的时间函数。 例 数字程序控制系统 数字控制：用数字量来控制机器部件运动的控 制。 图1.3-14 数字程序控制机床开环控制系统原理 图
图1.3-11为电动机转速自动控制系统方块图
图1.3-11 电动机转速自动控制系统方块图
3） 压力控制系统 图1.3-12 压力控制系统示意图
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动态过程曲线
当对象受到阶跃干扰时，受控参数的动态变化过程：
（a）非震荡单调过程；（b）收敛过程
一个控制系统在外界干扰作用下，从原有稳定状态过渡到新的
稳定状态的整个过程，称为控制系统的过渡过程。控制系统的过渡过
程是衡量控制系统品质优劣的重要依据。
de C TD dt
从该表达式看出：其输出信号的大小，只与偏差变化 的速度有关，而与偏差的大小无关。当偏差很大而无变化 时，该调节器的输出也为零。
调节器及基本调节规律
1.4 几种基本控制规律的组合PID 根据实际情况，把三种基本控制规律进行适当组合，可 以得到更好的控制效果。
1 de C K P (e edt TD ) TI dt
这种组合控制规律称为比例积分微分控制（PID)。这 里有三个可以调整的参数：放大倍数KP、积分时间TI、微 分时间TD 。
调节器及基本调节规律
各种控制作用过渡过程的比较
第二节 调节器及基本调节规律
1.5 PID调节器的应用 PID调节器综合了各种控制规律的优点，具有较好的控制 性能，应用范围广。
C K I
1 edt 或 C edt TI
从该表达式看出：其输出信号的大小，不仅与偏差 的大小有关，还与偏差存在的时间长短有关。所以，积 分控制是一种没有偏差的控制（理想情况下）。
调节器及基本调节规律
1.3 微分控制（D） 它的控制规律是：调节器的输出变化量与输入偏差随时 间的微分成正比，数学表达式为：
1.1 比例控制（P） 它的控制规律是：调节器的输出变化量与输入变化量成 比例。起数学表达式为：
C K P e
从该表达式看出：比例控制克服偏差及时、有力。要 使调节器有输出就必须要有偏差存在，因此比例控制始 终是有偏差存在的。
调节器及基本调节规律
1.2 积分控制（I） 它的控制规律是：调节器的输出变化量与输入偏差随 时间的积分成正比，数学表达式为：
过渡过程的指标
过渡过程的质量指标包括衰减比（B/B′)、余差(C)、 最大偏差(A)、过渡过程时间和振荡周期
过渡过程的指标
①衰减比（n）：它是衡量系统稳定程度的指标。 有n>1;n=1和n<1三种情况。一般希望n在4-10范围 内较为理想。 ②最大偏差A：它是描述被控变量偏离设定值最大 程度的指标。 ③余差C:它是控制系统过渡过程结束时，被控变 量的新稳态值与设定值之间的偏差。 ④过渡时间：指被控变量从原有稳态值到新稳态 值的±5%或±3%所需时间。 ⑤振荡周期：过渡过程同向两波峰之间的时间间 隔。在衰减比相同时，周期与过渡时间成正比。
调节器及基本调节规律
调节器是自动控制系统的重要组成部分。它将生产过程 被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差，根据偏 差的正负、大小和变化趋势，按照一定的运算规律输出控 制信号，送往执行器，实现对生产过程的自动控制。
1、常用的基本调节规律有： 比例（P)、积分（I）、微分（D）。
调节器及基本调节规律
自动控制系统的过渡过程
热工测量与自动控制
静态与动态
一、静态：受控参数（控制信号）相对稳定在允许的范围
内，整个系统处于稳定平衡的状态。受控过程没有因受到 干扰的影响而改变原来的状态。 二、受控过程在干扰的作用下，受控参数发生变化，偏离 了原来的静态值，控制系统进入控制调整状态，经过一段
时间，受控过程形成新的平衡。
各种化工过程常用的控制规律如下：
液位：一般控制要求不高，用P或PI控制作用。 流量：一般用PI控制作用。 压力：用P或PI控制作用。 温度：用PID控制作用。
对控制系统性能的要求概括为三方面：稳，准，快
稳定性（稳）：控制系统运行的必要条件，不稳定的系统是不能工作的
动态性能（快）： 系统动态响应的快速性，系统的过渡过程越短越好
稳态性能（准）： 过渡过程结束，到达稳态后系统的控制精度的度量
稳定性
系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力。如果系统受到扰动作用（系 统内或系统外）后，能自动返回到原来的平衡状态，则该系统是稳定的。稳定系统的 数学特征是其输出量具有非发散性；反之，系统是不稳定系统。
动态性能
当系统受到外部扰动的影响或者参考输入发生变化时，被控量
会随之发生变化，经过一段时间，被控量恢复到原来的平衡状态或到 达一个新的给定状态，称这一过程为过渡过程
稳态误差
指稳定系统在完成过渡过程后的稳态输出偏离希望值的程度。 开环控制系统的稳态误差通常与系统的增益或放大倍数有关，而反 馈控制系统（闭环系统）的控制精度主要取决于它的反馈深度。稳 态误差越小，系统的精度越高，它由系统的稳态响应反映出来。