第一篇第一章生产过程动态特性

被调量 广义对象 (或最大动态偏差:y1)
y
稳态误差: ess=y∞-r
调节时间: ts(进入稳态值5%范围内）
振荡频率：ω
r
y1
y3
ts
ess y∞
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
单项性能指标
衰减率ψ : 反映了系统稳定性
超调量σ(或最大动态偏差:y1 ) :
反映了动态准确性
稳态误差ess: 反映了静态准确性 调节时间ts : 反映了快速性 振荡频率ω：反映了快速性 一般 对定值系统衰减率要求为0.75-0.90 对随动系统衰减率要求为0.90
, 其中 为迟延时间
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
μ
k
Qi
h
F
Q2
无自平衡单容对象
G(s) = H(s) = kμ = 1 μ(s) Fs Ts
F T=
kμ
第一篇 简单控制
2. 归纳：
第一章 生产过程动态特性
K
（1）典型自衡对象传递函数表达式
G(s) = K e-τs Ts + 1
τ
T
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
第一章 生产过程动态特性
§1-1 过程控制系统的性能指标 §1-2 被控对象的动态特性 §1-3 过程数学模型及其建立方法
第一篇 简单控制
给定值
第一章 生产过程动态特性
控制器
广义被控对象
被调量
过程控制的研究内容：
（1）制定控制系统的控制目标（即设计指标参数）； （2）认识生产过程的动态特性（一般为广义对象的动态性）； （3）设计控制器的控制规律及控制结构，使控制系统达到控制 系统的控制指标要求。
1 阶跃响应获取应注意的问题 2 确定自衡对象传递函数 3 确定非自衡对象传递函数
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
1 建模的目的：分析、设计、调试控制系统
12º28¹ 20º6¹
4 衰减
10 衰减
1 ≥1 ∞ 90º ∞ 不振荡
第一篇 简单控制
给定值
第一章 生产过程动态特性
控制器
广义被控对象
被调量
jω ω
β -α
σ
一般地，通过对控制器调节规律和参数选择，可以使 使得控制系统的闭环极点发生改变。在相同的衰减率下，振 荡频率越高则调节时间越短；而在相同的振荡频率下，衰减 率越大则调节时间越短。因此振荡频率也在一定程度上可作 为衡量控制快速性的一个指标。
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
§1-1 过程控制系统的性能指标
一、单项性能指标 衰减率、超调量（或最大动态偏差）、稳态误差、调节时间 二、时间——积分指标 IE、IAE、ISE、ITAE 小结： 1 单项指标用若干特征参数评价系统优劣； 2 积分指标用误差积分综合评价系统优劣； 3 根据具体生产过程的实际选用不同的指标； 4 通常将衰减率和积分指标结合，首先满足衰减率。
积分指标：因计 算复杂，一般用 于理论研究，但 很少现场应用。
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
§1-2 被控对象的动态特性
一、基本概念 被控对象的动态特性是指被控对象的输入发生变化时，
其输出（被调量）随时间变化的规律 。 对于线性系统，其动态特性可用传递函数来描述。
二、典型对象动态特性 1. 典型实例分析
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
（1）单容水箱
k
Qi
物质平衡方程：
dH 1 dt F (Qi Q o )
其中Qi k ， Q o k H
H
在工作点线性化处理：
F
阶跃响应：
R
Q0
有自平衡单容对象
d H dt
1 F
(k
2
k H0
H )
传递函数：
G(s) = H(s) = K μ(s) Ts 1
第一篇 简单控制
给定值
第一章 生产过程动态特性
控制器
广义被控对象
被调量
稳态
稳态
动态
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
控制要求 安全性 经济性 稳定性
评价指标 稳定性 准确性 快速性
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
单项性能指标
衰给减定率+: 超调量:
ψ=
σ-=
控制器 y1 - y3 y1 y1 100%
水容
CF
水阻
T CR K k R
2 R
H0
k
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
（2）双容水箱（自学） 对物质平衡方程在工作点处进行
线性化处理后达到传递函数为：
Qi
H1 F1
R1 Q1
H2
F2
G(s) = H2(s) =
rk R1
μ(s) T1T2s2 (T1 T2 )s (1- r)
、
有自平衡能力对象：特征参数?典型传递函数，典型
阶跃响应曲线？
无自平衡能力对象：特征参数?典型传递函数，典型
阶跃响应曲线？
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
§1-3 过程数学模型及其建立方法
一、过程数学模型的表达形式与对模型的要求 二、建立数学模型的两个基本方法
机理建模法 测试建模法
三、阶跃响应确定传递函数
其中：T1 F1R1 ,T2 F2R2 ,
R2
Q2
r R2 R1 R2
阶跃响应：
有自平衡双容对象
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
（3）带延长管的单容水箱
阶跃响应：
Q0 e-τs Q1
Q0
Q1
μ Kμ Q0
Q1 _
1 FS
Q2
1
纯迟延
H H
有迟延自衡单容对象 Q2
Rs
传递函数为：
G(s) = H(s) = K e s μ(s) Ts 1
自衡率ρ = 1 K
响应速度ε = Κ Τ
（2）典型非自衡对象传递函数表达式
G(s) = 1 e-τs Ts
响应速度ε = 1 T
T τ
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
三、工业过程动态特性的特点
无振荡
稳定或中性稳定
有惯性或迟延
非线性，但在工作点附近可线性化 热工对象分为两大类：
K、T、
有自平衡能力对象和无自平衡能力对象
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
讨论： （对二阶系统）
r(t)
G0 (s)
s(s
2 n
2 n )
y(t)
jω ω
β -α
σwenku.baidu.com
衰减率 阻尼系数
1 y3
y1
衰减指数
衰减比 系统振荡
m tg
n y1 y3
0 0 0
0 1 等幅
0.75 0.9
0.216 0.344
0.221 0.366
单项性能指标选择 一般原则
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
单项性能指标选择一般原则：
1.应兼顾稳定性、快速性、准确性。
2.根据实际需要，可以有所偏重。
3.衰减率不能作为唯一性能指标（原因：同一 对象，不同调节器参数，可以有相同的衰减率， 但两者的动态特性可能差异巨大）。
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性