1.1 简单控制系统.过程控制系统的性能指标
过程控制—概述(ppt文档)
被控参数的设定值为一个定值，减小或消除外界干扰，
使被控量尽量保持接近或等于设定值。
如蒸汽锅炉中的液位控制
第一章 概述--过程控制
5．过程控制多种分类方法 按被控参数分类：
温度、压力、流量、液位或物位控制系统、物性 控制系统、成分控制系统 按被控量数分类： 单变量过程控制系统、多变量过程控制系统 按设定值分类： 定值控制系统、随动（伺服）控制系统
y() t
第一章 概述--过程控制
1．衰减比和衰减率
衰减比等于两个相邻 y 同向波峰值之比。
第一章 概述--过程控制
1.2 过程控制系统的组成与特点
1.2.1 系统组成 1.2.2 过程控制系统特点
电加热锅炉控制方案
人工液位调节
电加热器加热水 产生一定压力的 热水或蒸汽，并 通过输汽管供给 用户或下一个工 序，为了及时补 充因蒸发而不断 减少的锅炉水量， 用水泵连续地加
入冷水。
电加热锅炉的简易流程图
始终保持一定高度 冶炼好的铁水和炉渣定期或连续排出
其间涉及多种参数的控制
流量、压力、温度、物位（液位）等
什么是过程控制
过程控制(Process Control)
是指石油、化工、电力、冶金、轻工等工业部 门以连续性物流为主要特征的生产过程的自动 控制。
主要解决
各种生产过程中的温度、压力、流量、液位(或 物位)、以及成分等参数的自动监测和控制问题。
1.3 过程控制系统的性能指标
稳定性、准确性和快速性
定值控制系统在于恒定，要求克服干扰，使系 统的被控参数能稳、准、快地保持接近或等于 设定值。
随动（伺服）控制系统的主要目标是跟踪，即 稳、准、快地跟踪设定值。
控制系统的动态和静态性能指标
04
动态与静态性能指标的关系
相互影响
动态性能指标
描述系统在外部扰动或输入变化时的响应特性，如超调量、 调节时间、振荡频率等。
静态性能指标
描述系统在稳态下的输出响应特性，如稳态误差、静态精 度等。
相互影响
动态性能和静态性能之间存在相互影响，良好的动态性能 可以减小稳态误差，提高系统的静态性能；反之，良好的 静态性能也可以改善系统的动态性能。
参数调整
通过调整系统参数，如增益、时间常数等，可以优化系统的动态和 静态性能。
鲁棒性
考虑系统在不同工况下的鲁棒性，以确保在各种条件下都能保持良 好的性能。
05
性能指标的测试与评估
测试方法
实验法
通过在真实环境中对控制系统进行实验，收集数据并 分析其性能表现。
பைடு நூலகம்仿真法
利用计算机仿真技术模拟控制系统的运行，以便在实 验室条件下测试性能指标。
稳定性分析方法
稳定性分析方法包括频域分析和时域分析两种方法。频域分析方法通过分析系统的极点和 零点来评估系统的稳定性，而时域分析方法则通过解微分方程来计算系统的状态响应。
快速性
01
快速性的定义
快速性是指控制系统在达到稳定状态时所需的时间长短。如果一个系统
具有较快的响应速度，那么系统在受到扰动后能够迅速恢复到平衡状态。
控制系统的组成
控制器
控制系统的核心部分，负责接收 输入信号并根据控制算法产生输 出信号，以控制受控对象的输出。
受控对象
被控制的物理系统或设备，其输出 被反馈回控制器以进行比较和调整。
反馈回路
将受控对象的输出信号反馈回控制 器，以便控制器能够根据偏差进行 调整。
控制系统的分类
过程控制系统及仪表智慧树知到答案章节测试2023年青岛大学
第一章测试1.过程控制针对生产过程的主要参数包括：A:压力B:流量C:物位D:温度答案:ABCD2.过程控制技术的发展中，控制策略与算法也经历了由简单控制到复杂控制、先进控制的发展历程。
A:对B:错答案:A3.过程控制系统按照设定值的形式不同划分为：A:随动控制系统B:定值控制系统C:随机控制系统D:程序控制系统答案:ABD4.过程控制系统按照系统结构特点分为：A:前馈控制系统B:反馈控制系统C:复合控制系统D:微分控制系统答案:ABC5.稳定系统的过渡过程包括：A:单调衰减过程B:振荡衰减过程C:等幅振荡过程D:振荡发散过程答案:AB6.衰减比和衰减率是衡量过渡过程稳定程度的动态指标。
A:对B:错答案:A7.最大动态偏差和超调量是衡量过渡过程稳定程度的动态指标。
A:错B:对答案:B8.偏差积分性能指标是系统阶跃响应的综合性能指标。
A:错B:对答案:B9.采用不同的偏差积分性能指标意味着对过渡过程评价的侧重点不同。
A:错B:对答案:B10.过程控制系统中性能指标要求越高越好。
A:对B:错答案:B第二章测试1.数字仪表的分辨率用来表征仪表的灵敏程度。
A:对B:错答案:A2.温度不能直接测量，只能间接测量，其测量方法可以归结为两类：A:接触式测量方法B:红外感应式测量方法C:膨胀式测量方法D:非接触式测量方法答案:AD3.热电偶使用时需要进行冷端温度补偿。
A:对B:错答案:A4.金属热电阻测温精度高，测温范围宽，在工业温度测量中得到了广泛应用。
A:对B:错答案:A5.弹性式压力计的测压敏感元件是：A:记录机构B:电气变换装置C:控制元件D:弹性元件答案:D6.差压式流量计是基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压力差而实现流量测量的。
A:错B:对答案:B7.电气式物位测量是利用敏感元件将物位的变化转换为电量参数的变化，通过测出电量的变化而得知物位的。
A:错B:对答案:B8.超声波液位计的测量精度不高，要提高其测量精度，必须采取措施消除声速变化的影响。
控制系统的品质指标参数
精度：指控制系统输出的实际值与给定值之间的偏差，通常用控制系统的误差表示。
稳定性：指控制系统在输入信号变化后，能够快速、稳定地达到稳定状态的能力。
动态性能：指控制系统对外部扰动的响应速度和控制系统的稳态特性。
静态性能：指控制系统在输入信号不变时，输出信号与期望值的偏差的大小。
可控性：指控制系统能够对被控变量进行控制的能力。
可靠性：指控制系统在长期运行中的可靠性，即控制系统不会出现严重的故障。
安全性：指控制系统能够保证安全运行的能力，即控制系统不会对人类或环境造成严重的危害。
经济性：指控制系统能够节省能源、降低成本的能力。
抗干扰能力：指系统对外部干扰的抵抗能力，通常用信噪比和抗扰度来衡量。
控制系统的性能指标：介绍控制系统的性能指标,包括精度、响应时间和稳定性
介绍控制系统的性能指标控制系统的性能指标是用来评价控制系统的表现和效果的重要指标。
在设计和开发控制系统时，了解和掌握这些性能指标对于提高系统的效率和性能非常重要。
本文将介绍控制系统的三个主要性能指标：精度、响应时间和稳定性。
精度精度是控制系统的一个重要指标，用来评估系统的输出与期望值之间的差异。
在控制系统中，我们希望系统的输出能够尽可能接近期望值，而精度就是衡量这种接近程度的度量。
通常，精度是通过计算系统的误差来衡量的。
误差是系统输出与期望值之间的差异，可以表示为一个数值或一个百分比。
较小的误差意味着系统的输出与期望值之间的差异较小，即精度较高。
响应时间响应时间是指控制系统从接收到输入信号到产生相应输出信号的时间间隔。
它反映了系统对于输入变化的灵敏度和快速反应的能力。
在控制系统中，响应时间的短暂与否对于控制效果和性能非常重要。
一个具有较短响应时间的控制系统可以更快地对输入变化做出反应，从而使系统更加稳定和可靠。
稳定性稳定性是指控制系统在面对外部扰动时能够保持输出的稳定性和可控性。
在控制系统中，我们希望系统的输出能够保持在期望范围内，而不会出现过大的波动或不稳定的情况。
稳定性可以通过控制系统的传递函数和频率响应来进行评估。
一个稳定的控制系统将产生平稳且可控的输出，而不会受到外部扰动的影响。
性能指标的关系精度、响应时间和稳定性在控制系统中密切相关，彼此影响。
精度和稳定性是控制系统的基本要求，而响应时间则是在满足精度和稳定性的前提下，对控制系统性能进行优化的重要考虑因素。
在设计和开发控制系统时，需要综合考虑这三个性能指标。
如果一个控制系统的精度较高但响应时间较长，那么系统的实时性和灵敏度可能会受到影响；如果一个控制系统的响应时间很短但稳定性较差，那么系统的输出可能会不稳定或发生超调。
因此，为了实现优秀的控制系统性能，需要在精度、响应时间和稳定性之间找到一个平衡点。
这就需要设计者在控制系统开发过程中合理选择和调整控制器参数、采用合适的控制策略以及优化系统的结构和组件。
控制系统的性能指标
自动化仪表技术的发展
20世纪70年代
20世纪80年代 20世纪90年代
•集成电路技术 •微处理器 •能源危机 •工业现代化 •微机广泛应用
•办公自动化 •数字化技术 •通讯，网络技术 •对环境的重视
•智能控制 •工业控制高要求
《过程控制工程》课程组
过程控制系统的分类
按被控参数分类：温度、压力、流量过程控制系统等 按被控变量数分类：单变量和多变量过程控制系统 按设定值分类：定值过程控制系统、随动（伺服）过程控制系统、程序过
程控制系统 按参数性质分类：集中参数和分布参数过程控制系统 按控制算法分类：简单、复杂、先进（高级）过程控制系统 按控制器形式分类：常规仪表和计算机控制系统 按系统结构特点分类：反馈控制、前馈控制和复合控制
•电动仪表(III) •CAD •自动机械工具 •机器人 •DCS，PLC
•数字化仪表，各种通信协议， 如RS-232 •智能化仪表，危机化仪表 •先进控制软件 •DCS功能扩展
•现场总线 •分析仪器的在线作用 •优化控制
自动化仪表技术的发展
我国首创的无纸 无笔记录仪
《过程控制工程》课程组
微机化的记录、控制仪 表（智能化仪表）
《过程控制工程》课程组
什么叫工业生产过程？
通常把原材料转变成产品并具有一定生产规模的过程叫工业
生产过程。
能源
原料 公用工程
生产过程 （连续或间歇）
《过程控制工程》课程组
付产品
产品
市场
废物
（气、液、固）
《过程控制工程》课程组
过程控制的认识
过程控制
——一般是指工业生产中连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自 动控制。
简单控制系统.过程控制系统的性能指标
2019年12月1日星期日 03:58
No. 18
信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标
性能指标之间的关系
Fall 2010
问题与注意事项
有些是相互矛盾的（如超调量与过渡过程时间）
对于不同的控制系统，这些性能指标各有其重要性
应根据工艺生产的具体要求，分清主次，统筹兼顾，保证优 先满足主要的品质指标要求,
过程控制：简单控制系统. 性能指标
过程控制系统的组成及术语
Fall 2010
简单控制系统：指SISO, Linear systems 是控制系统的基本形式 也称单回路系统,单回路调节系统,指一个被调量、 一个调节量、一个调节器和调节阀组成的系统,只 有一个调节回路,这类系统在过程控制中占大部分 (约80%以上) 复杂控制系统在简单系统的基础上发展起来的
性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用或给 定值发生变化后，应平稳、准确、迅速地回复（或趋 近）到给定值上
通过阶跃响应来评价系统的性能指标(performance)
2019年12月1日星期日 03:58
No. 3
信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
阶跃信号作用下，五种典型的响应过程 (扰动特性)
ess y∞
信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
回复时间Ts和振荡频率ω的关系
振荡频率ω与振荡周期T的关系是
2
T N一定，ω越高，Ts越短；即：在相同衰减比n
下，振荡频率越高，回复时间越短；
ω一定，n越大，Ts越短;即：在相同振荡频率
下，衰减比越大，回复时间越短。
过程控制复习重点
过控复习重点第一章1.过控的定义：过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织、建材、原子能等工业部门生产过程的自动化。
2.过程控制的特点：①连续生产过程的自动化②过程控制系统由过程检测、控制仪表组成③被控过程是多种多样的、非电量的④过程控制的控制工程多属慢过程、而且多半为参量控制⑤过程控制方案十分丰富⑥定值控制是过程控制的一种常用形式3.过程控制系统的组成：测量元件、变送器、调节器、调节阀（过程检测控制仪表）和被控对象4.过程控制的分类：按过程控制系统的结构特点分①反馈控制系统②前馈控制系统③前馈—反馈控制系统按给定值信号的特点分①定值控制系统②程序控制系统③随动控制系统5.过程控制的任务在了解、熟悉、掌握生产工艺流程与生产过程静态和动态特性的基础上，根据工艺要求，应用控制理论、现代控制技术，分析、设计、整定过程控制系统。
第二章1.过程的数学建模:是设计过程控制系统，确定方控制案、分析质量指标、整定调节器参数等等的重要依据。
2.建模的目的：①设计过程控制系统和整定调节器参数②指导设计生产工艺设备③进行仿真实验研究④培训运行操作人员3.被控过程输入量与输出量之间的信号联系称为过程通道4.控制作用与被控量之间的信号联系称为控制通道5.建模的方法：①机理分析法建模②实验法建模③最小二乘法建模6.自衡建模（1）单容过程：单容过程是指只有一个贮蓄容量的又具有自平衡能力的过程。
传递函数：1)(000+=s T K s W（2）多容过程：在工业生产过程中，被控过程往往由多个容积和阻力构成的过程称为多容过程传递函数：)1)(1()(2100++=s T s T K s W 7.非自衡过程建模（1）单容过程：传递函数：s T s W a 1)(0=(2) 多容过程：传递函数：)1(1)(0+=Ts S T S W a 8.最小二乘法的基本原理：出发点是在获得过程或系统的输入、输出数据后，希望求得最佳的参数值，以使系统方程在最小方差意义上与输入、输出数据相拟合，采用实际观察值替代模型的输出从上式所示的一类模型中找出过程参数向量的估计值，能使模型误差尽可能小的模型。
过程控制系统课程设计
过程控制系统 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解过程控制系统的基本概念、原理及分类；2. 掌握过程控制系统中各组成部分的作用及其相互关系；3. 学会分析简单过程控制系统的工作原理和性能指标；4. 了解过程控制系统在实际工程中的应用。
技能目标：1. 能够运用所学知识设计简单的过程控制系统；2. 能够分析过程控制系统存在的问题，并提出相应的优化方案；3. 能够熟练运用相关软件工具对过程控制系统进行模拟与仿真；4. 能够撰写过程控制系统相关报告，并进行展示和交流。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制系统相关领域的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 培养学生具备良好的团队合作精神和沟通能力，提高其解决实际问题的能力；3. 培养学生关注过程控制系统在工程实践中的应用，认识到其在社会发展中的重要性；4. 培养学生遵循工程伦理，具备良好的社会责任感和职业道德。
课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，旨在帮助学生掌握过程控制系统的基本知识和技能，提高解决实际问题的能力。
学生特点：学生具备一定的物理、数学和工程基础，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：结合学生特点和课程性质，通过案例分析、实验操作、小组讨论等形式，引导学生主动参与教学过程，提高其理论联系实际的能力。
在教学过程中，注重培养学生的创新意识和团队协作精神，使学生在掌握基本知识的同时，提升自身综合素质。
最终实现课程目标的分解和落实，为后续教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 过程控制系统的基本概念与原理- 控制系统的定义、分类及特点- 控制系统的数学模型- 控制系统的性能指标2. 过程控制系统的组成与设计- 控制器的设计与选择- 执行器的类型与特性- 测量变送器的原理与应用- 控制系统的工程设计与实现3. 过程控制系统的分析方法- 稳态分析及稳态误差- 动态分析及系统稳定性- 频率响应分析及应用4. 过程控制系统的先进控制策略- 模糊控制原理及应用- 神经网络控制原理及应用- 预测控制原理及应用5. 过程控制系统的实际应用案例分析- 工业生产过程中的控制系统案例分析- 环境监测过程中的控制系统案例分析- 机器人控制系统案例分析6. 过程控制系统实验与仿真- 控制系统的模拟实验- 控制系统的仿真软件应用- 实验数据分析和报告撰写教学内容安排与进度：第1-2周：过程控制系统的基本概念与原理第3-4周：过程控制系统的组成与设计第5-6周：过程控制系统的分析方法第7-8周：过程控制系统的先进控制策略第9-10周：过程控制系统的实际应用案例分析第11-12周：过程控制系统实验与仿真教学内容与教材关联性：本教学内容紧密结合教材，涵盖过程控制系统的基础知识、设计方法、先进控制策略及实际应用等方面，确保学生能够系统地掌握过程控制系统的相关理论和技术。
《过程控制技术》课程教学大纲(本科)
《过程控制技术》课程教学大纲课程编号：04225课程名称：过程控制技术英文名称：Process Control System课程类型：专业课课程要求：选修学时/学分：32/2 （讲课学时：28 实验学时：4）适用专业：智能科学与技术一、课程性质与任务过程控制工程作为研究工业过程控制系统组成，基本控制规律，以及工业过程控制系统的设计，投运的课程，是智能科学与技术专业开设的专业课之一。
课程的任务是使学生通过本课程的学习，获得工业过程控制系统的基本理论、基本知识和基本技能，掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及工业生产过程中的一些具体设备等自动化装置的原理与使用方法，使学生掌握简单控制系统、复杂控制系统和先进控制系统的结构、原理、特点、适用场合、系统设计及应用等问题。
本课程将为从事复杂生产过程智能控制以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础, 对培养学生综合分析问题、解决问题能力，提高学生处理实际问题能力具有重要的作用。
（支撑毕业要求 1.2, 2.2, 2.3, 3.1, 3.2, 4.1, 4.2, 4.3, 9.1, 9.3, 10.2, 10.1）二、课程与其他课程的联系本课程的先修课是自动控制原理和控制工程，在掌握自动控制原理、控制工程的基本理论基础上学习本课程，本课程将为后续的智能控制综合实践、智能优化及调度课程设计和毕业设计打下基础。
三、课程教学目标1.了解过程控制发展概况、特点和过程控制系统的组成及分类，能够通过文献检索等途径了解过程控制系统的最新进展与发展动态，具有跟踪学科发展前沿的意识和基本技能；（支撑毕业要求10.1）2.掌握阶跃响应曲线法和脉冲响应曲线实验建模方法，了解最小二乘建模方法。
理解自平衡能力和无自平衡能力对象的有关概念；（支撑毕业要求1.2）3.掌握单回路控制系统、串级控制系统、前馈控制系统、大时滞过程控制系统及其它特定要求的控制系统的分析与设计方法，包括控制方案设计、性能分析、参数检测与变送的传感器选型的基本方法和调节器参数整定；（支撑毕业要求2.2, 2.3）4.通过过程控制系统工程设计，培养学生的工程实践学习能力，使学生掌握复杂工程控制系统的控制方案设计方法，设计中考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素；（支撑毕业要求3.1, 3.2）5.通过实验，培养学生基于过程控制的基础理论对复杂工程问题进行研究，设计实验和实施实验，并将理论分析结果同实验结果进行比较，总结实验结果、解释结果、形成结论和提出建议，最后撰写报告；（支撑毕业要求4.1, 4.2, 4.3）6.通过大作业和实验，培养学生的团队合作和沟通能力，能够撰写研究报告或学术报告，表达对复杂工程问题的认识或研究结果。
过程控制动态特性解析
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
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
简单控制系统
占工业控制系统的80％； 复杂过程控制系统的基础。
重要性
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
目录
第一章 生产过程的动态特性 第二章 比例积分微分控制及其调节过程 第三章 简单控制系统的整定
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
第一章 生产过程动态特性
给定值
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。
第一篇 简单控制
第一章 生产过程动态特性
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
Qi
H1 F1
R1 Q1
H2
F2
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：
G(s) = H2(s) =
过程控制复习
过程控制题型：选择，判断，填空，简答，计算（以下为复习课提及考点）1.控制系统的性能指标：工业过程对控制的要求，可以概括为准确性、稳定性和快速性2.求调节时间ts，余差，稳定值即y（∞）ts:（反映快速性）被控变量进入新稳态值的±5%（也有的规定为±2%）；余差：（反映准确性）稳态值(实际)与设定值（目标）之差；衰减比：n=B1/B2.衰减率：nBBBBB/11121121-=-=-=ψ；动态偏差：为被控量偏离设定值的最大偏差值（图中A）超调为A/y(∞)*100%.【例】某化学反应器工艺规定操作温度为(900±10)℃。
考虑安全因素，控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃。
现设计的温度控制系统在最大阶跃扰动作用下的过渡过程曲线如下图所示。
则该系统的过渡过程的最大偏差、衰减比、余差和过渡时间各为多少？并回答该控制系统能否满足题中所给的工艺要求？最大偏差A = 950-900 = 50℃衰减比n = (950-908)：(918-908) = 4.2：1余差C = 908-900 =8℃过渡时间t = 47min题中要求该系统控制过程中温度偏离设定值最大不得超过80℃，而实际该系统过渡过程中偏离设定值的最大幅值仅为50℃，因此能够满足题中所给的工艺要求。
3. 判断自衡与非自衡1）自衡的定义：对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏 ，无须外加任何控制作用，依靠对象本身自动平衡的倾向，逐渐地达到新的平衡状态的性质，称为平衡能力；2）非自衡的定义：对象受到干扰作用后，平衡状态被破坏 ，被调量以固定的速度一直变化下去而不会自动地平衡在新的平衡点，称为无平衡能力。
*注：积分1/s 具有积累存储功能(越来越大、发散)，能分解出1/s 因子的为非自衡；如：1/（s^2+s+5）为自衡，1/(s^2+s)=1/s(s+1)为非自衡。
4. 切线法进行对象拟合题型1求参数题型2画图s e TS K S G τ-+=1)(，u y y K ∆-∞=)0()(（u 为阶跃输入幅值，一般为单位阶跃u=1），τ为纯延迟。
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No. 14
信息科学与工程学院
No. 10
信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标
过程控制系统的性能指标
Fall 2010
❖ 衰减率 每经过一个周期，波动幅值衰减的百分数
B1B2 1B2 11
B1
B1 n
❖ 是衡量过渡过程稳定性的一个动态指标(与衰减比含义
相同).一般取=0.75～0.9，对应n=4:1～10:1
2020年4月24日星期五 *
新稳态
稳态
2020年4月24日星期五 *
动态
时间(t)
典型阶跃响应特性
No. 5
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过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
过程控制系统的性能指标
❖ 因此，过程控制系统的评价指标可概括为： 系统必须是稳定的； （稳定性） ❖要求：闭环极点位于s左半平面 ❖评价指标：衰减比、衰减率、超调量和最大动态偏差 系统应能提供尽可能好的稳态调节；（准确性） ❖要求：被调量与给定值之间的偏差小 ❖评价指标：静差(余差、残差、稳态偏差) 系统应能提供尽可能快的过渡过程。（快速性） ❖要求：系统存在偏差的时间尽量短 ❖评价指标：恢复时间(调节时间)、振荡周期、振荡频率、 上升时间、峰值时间
广义对象
-
y1
超调量: σ= y1 1 0 0 %
y
稳态误差: ess= r -y∞
被调量
调节时间: ts(进入稳态值5%范围内）
r
y1
y3
2020年4月24日星期五 *
ts
No. 9
ess y∞
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过程控制：简单控制系统. 性能指标
阶跃响应
阶跃响应性能指标
Fall 2010
衰减比 ❖
过程控制：简单控制系统. 性能指标
过程控制系统的组成及术语
Fall 2010
❖ 简单控制系统：指SISO, Linear systems 是控制系统的基本形式 也称单回路系统,单回路调节系统,指一个被调量、 一个调节量、一个调节器和调节阀组成的系统,只 有一个调节回路,这类系统在过程控制中占大部分 (约80%以上) 复杂控制系统在简单系统的基础上发展起来的
❖ 通过阶跃响应来评价系统的性能指标(performance)
2020年4月24日星期五 *
No. 3
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过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
阶跃信号作用下，五种典型的响应过程 (扰动特性)
y(t)
y(t)
0 t0
tቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1. 非周期衰减过程
y(t)
0 t0
t
2. 衰减振荡y 过程
y()
2020年4月24日星期五 *
No. 13
信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
关于超调量和最大动态偏差：
❖ 随动控制系统中，超调量（Overshoot）σ定义
为：
σ y1 100% y
❖ 定值控制系统采用最大动态偏差A表示超调程度。
即：
A y1
2020年4月24日星期五 *
(Subsidence Ratio/Decay ratio )
指相邻的同向波峰值之比，图中
即n=B1/B2 衰减比越大，系统越稳定
一般认为，随动系统n=10:1时稳 定性好，定值系统4:1为好，应 根据实际情况灵活处理
n<1发散振荡不稳定；
n=1等幅振荡；
n>1衰减振荡；
n无穷大为非周期过程
2020年4月24日星期五 *
No. 11
信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
过程控制系统的性能指标
❖ 余差(静态偏差/残余偏差)C Steady-state error
描述系统稳态特性的唯一指标 指系统过渡过程终了时，给定值与被控参数稳态值之差 一般要求余差不超过预定值或为零。
e( )ry( )r C
y(t)
非振⑤荡发散过程
t
0
t0
t
0
t0
t
3. 等幅振荡过程
2020年4月24日星期五 *
No. 4
4. 发散振荡过程 信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
动态特性： 被控参数随 给定值变化 过程的特性
被调量 y(t) （系统输出）
静态特性： 被控参数处 于稳定范围 时的特性。
❖ 特点
结构简单，容易掌握
具有广泛的适应性
经济实用,可靠性高
2020年4月24日星期五 *
No. 1
信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
过程控制系统的组成及术语
❖ 系统组成例 以液体储槽的水位控制为例，来说明其控制原理
液位变送器 液位控制器
半成品
一个被调量(水位)、 一个调节量、 一个调节器和 一个调节阀组成的 系统,只有 一个调节回路
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No. 6
信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
过程控制系统的性能指标
❖ 偏离度：被调量偏离设定(参比变量)的离散程 度，是被控量统计特性之描述，这是一个综合 性能指标；
❖ 控制性能指标应根据生产工艺过程的实际需要 来确定；
❖ 通常采用系统阶跃响应曲线的性能指标(单项) 和偏差积分性能指标(综合)两种。
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H
典型单回路控制系统
执行器
No. 2
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过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
过程控制系统的性能指标
❖ 决定过程控制系统品质的环节 控制系统结构 被控过程特性 过程检测、控制仪表
❖ 性能良好的过程控制系统，在受到外来扰动作用或给 定值发生变化后，应平稳、准确、迅速地回复（或趋 近）到给定值上
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No. 7
信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
1-６过程控制系统性能指标
——时域控制性能指标(单项性能指标)
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No. 8
信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标 Fall 2010
给定单 衰+项 减性 率能: ψ指控=标制y 器1 - y 3
定值控制系统中，r=0， 因此有：e(∞)= -C
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No. 12
信息科学与工程学院
过程控制：简单控制系统. 性能指标
过程控制系统的性能指标
Fall 2010
❖ 动态偏差（亦即超调量）
最大偏差A（或超调量σ）：最大偏差A是指被控参数第 一个波的峰值与给定值的差
超调量：y(tp)y()10% 0