自动化概论课件
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对于定值控制系统，控制过程时间是指阶跃响应曲线 由开始起到最后一次进入偏离稳态值为±△范围，并且以 后不再越出此范围的时间即 t≥ts 时 ｜ y（t）－ y（∞）｜≤ △ ， △= 5%或2% （5%y1或2%y1）
对于随动控制系统，控制过程时间是指被调量与其稳 态值之差不超过稳态值的±5%或±2%所需要的时间，就认 为控制过程已经结束。即 t≥ts 时 y（t）－ y（∞）≤ ±5%y（∞）或±2%y（∞）
0＜＜1，则调节过程是衰减振荡，这种系统是稳定的。可 以应用。 若＝1，则调节过程是不振荡的衰减过程(非周期过程)，这 种系统稳定。 在0＜≤1的范围内，的数值还可表明系统稳定裕量(富裕量 或贮备量)的大小 ，一般取＝0.75～0.90。
衰减比n是指振荡过程的第一个波的振幅y1与第三个 波的振幅y3之比，
y1 y3 1 y3
y1
y1
式中 y1— y3—偏离稳态值的第三个波峰幅值。
它常被工程上用来描述过渡过程为衰减振荡时 的衰减速度。
SUCCESS
THANK YOU
2019/9/18
若＜0，则调节过程是发散振荡，这种系统是不稳定的。 若＝0，则调节过程是等幅振荡，这种系统处于边界稳定。
哈尔滨电力职业技术学院
2.2 调节器的控制规律
调节器的控制规律中最基本的作用是:
比例(P)、积分(I)和微分(D)作用
常用的调节器按其控制规律可 分为：
比例调节器（P）、 比例积分调节器（PI）、 比例微分调节（PD）、 比例积分微分调节器（PID）
哈尔滨电力职业技术学院
2.2.1基本调节作用
1. 比例作用 (P作用)
◆ 常把对阶跃干扰的反映作为判别系统抗干 扰能力好坏的标准。
◆ 一个控制系统的调节品质，可用控制系统 在受到单位阶跃输入作用后，被调量在控制过程 中的变化曲线来分析。
2.3.1控制过程的基本形式
2.3.2控制系统的性能品质指标
单项性能指标 时域指标
综合性能指标 频域指标
静态偏差y()或e() 最大动态偏差ym或 超调量 衰减率衰减比n
差压变送器
调节器
气动调节 阀
显示操作器
2.1.3 自动调节中的一些常用术语
1．被调量（被控制量） 表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的物理量。
2．给定值 按生产要求被调量必须维持的希望值。
3．控制对象（被控对象） 被调节的生产过程或设备称为控制对象。
4．调节机构 可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置称为调节机构。
即
n＝y1/y3
它也是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指 标，反映了振荡的衰减程度。
n<1表示系统不稳定的，振幅愈来愈大；
n＝1表示为等幅振荡；
n>1表示系统稳定；
n=4表示系统为4:1的衰减振荡。
在定值控制系统中，突出的要求是克服 扰动的性能。
在随动控制系统中突出的要求是跟踪性 能。
衡量控制系统调节品质的优劣可以归纳 为三个方面即稳定性，准确性、快速性。
2、自动控制系统 及典型控制方法
2.1自动控制系统的组成
2.1.1 人工调节
W 给水
给水调节阀 省煤器
h 水 位 计
过热器 D
蒸汽
汽包
水 冷 壁
人工/自动
汽包锅炉给水人工调节示意图
2.1.2 自动调节
给水 w
h
蒸汽 D
测量单元
人工/自动
执行单元
wk.baidu.com
调节单元
给定单元
汽包锅炉给水自动调节示意图
例：典型的自动化元件
5．控制量（调节量） 由调节机构(阀门、挡板等)改变的流量(或能量)，用以控制
被调量的变化。
6．扰动 引起被调量偏离其给定值的各种原因称为扰动。 如果扰动不包括在控制回路内部(例外界负荷)，称为外扰。 如果扰动发生在控制回路内部，称为内扰。 由于调节机构开度变化造成的扰动，称为基本扰动。 变更控制器的给定值的扰动称为给定值扰动,也称控制作用扰动。
哈尔滨电力职业技术学院
3．最大动态偏差ym或超调量
在定值控制系统中，常用最大动态偏差ym这个指标来 衡量被调量偏离给定值的程度。
ym＝y1＋y(∞) 随动控制系统常用超调量这个指标来衡量被控制量偏 离给定值的程度。超调量σ可定义为：
yy1 100%
4.衰减率衰减比n
衰减率是指每经过一个波动周期，被调量波 动幅值减少的百分数。
7．控制过程（调节过程） 原来处于平衡状态的控制对象，一旦受到扰动作用，被调量就会
偏离给定值。要通过自动控制仪表或运行人员的调节作用使被调量 重新恢复到新的平衡状态的过程，称为调节过程。 8．自动控制系统
自动控制仪表和控制对象通过信号的传递互相联系起来就构成一 个自动控制系统。
2.2 自动控制系统分类
前馈控制系统/反馈控制系统/复合控制系统
λ
扰动通道
y
调节机构
调节通道
• “按偏差调节” • 闭环控制系统 • 优点 • 缺点
调节器
测量变送 -r
前馈控制系统/反馈控制系统/复合控制系统
λ
调节通道
前馈调节器
扰动通道
r
y
- 调节器
调节机构
调节通道
测量变送
2.3 控制系统的性能指标
◆ 自动控制系统调节品质的优劣，表示了控 制系统克服外来干扰能力的大小。
一、按工作原理分类
1．前馈控制系统 2．反馈控制系统 3．前馈 ─ 反馈控制系统（复合控制系统）
二、按给定值特点分类
1. 定值控制系统 2. 随动控制系统 3．程序控制系统
前馈控制系统/反馈控制系统/复合控制系统
λ 扰动通道
y
前馈调节器
调节通道
• “扰动调节”或“扰动补 偿” • 开环控制系统 • 优点 • 缺点
动态方程式： K pe
传递函数为：
Wp (s)
s Es
Kp
特点为：
比例作用的比例系数
（1）无惯性、无迟延、动作快,而且调节动作的方向正确, 在控 制系统中是促使控制过程稳定的因素；
（2）有差作用
哈尔滨电力职业技术学院
2. 积分作用(I作用)
t
动态方程式： KI
其它指标
控制过程时间ts
调节时间 tS
最大动态偏差ym或超调量 衰减率衰减比n
静态偏差 y()或e()
1．静态偏差y()或e()
静态偏差是指被调量的稳态值与给定值 的长期偏差。e()= r()—y()
静态偏差是衡量控制系统准确性的重要 指标之一，它反映了控制系统的调节精度 。
2．控制过程时间（调节时间）ts
对于随动控制系统，控制过程时间是指被调量与其稳 态值之差不超过稳态值的±5%或±2%所需要的时间，就认 为控制过程已经结束。即 t≥ts 时 y（t）－ y（∞）≤ ±5%y（∞）或±2%y（∞）
0＜＜1，则调节过程是衰减振荡，这种系统是稳定的。可 以应用。 若＝1，则调节过程是不振荡的衰减过程(非周期过程)，这 种系统稳定。 在0＜≤1的范围内，的数值还可表明系统稳定裕量(富裕量 或贮备量)的大小 ，一般取＝0.75～0.90。
衰减比n是指振荡过程的第一个波的振幅y1与第三个 波的振幅y3之比，
y1 y3 1 y3
y1
y1
式中 y1— y3—偏离稳态值的第三个波峰幅值。
它常被工程上用来描述过渡过程为衰减振荡时 的衰减速度。
SUCCESS
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2019/9/18
若＜0，则调节过程是发散振荡，这种系统是不稳定的。 若＝0，则调节过程是等幅振荡，这种系统处于边界稳定。
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2.2 调节器的控制规律
调节器的控制规律中最基本的作用是:
比例(P)、积分(I)和微分(D)作用
常用的调节器按其控制规律可 分为：
比例调节器（P）、 比例积分调节器（PI）、 比例微分调节（PD）、 比例积分微分调节器（PID）
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2.2.1基本调节作用
1. 比例作用 (P作用)
◆ 常把对阶跃干扰的反映作为判别系统抗干 扰能力好坏的标准。
◆ 一个控制系统的调节品质，可用控制系统 在受到单位阶跃输入作用后，被调量在控制过程 中的变化曲线来分析。
2.3.1控制过程的基本形式
2.3.2控制系统的性能品质指标
单项性能指标 时域指标
综合性能指标 频域指标
静态偏差y()或e() 最大动态偏差ym或 超调量 衰减率衰减比n
差压变送器
调节器
气动调节 阀
显示操作器
2.1.3 自动调节中的一些常用术语
1．被调量（被控制量） 表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的物理量。
2．给定值 按生产要求被调量必须维持的希望值。
3．控制对象（被控对象） 被调节的生产过程或设备称为控制对象。
4．调节机构 可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置称为调节机构。
即
n＝y1/y3
它也是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指 标，反映了振荡的衰减程度。
n<1表示系统不稳定的，振幅愈来愈大；
n＝1表示为等幅振荡；
n>1表示系统稳定；
n=4表示系统为4:1的衰减振荡。
在定值控制系统中，突出的要求是克服 扰动的性能。
在随动控制系统中突出的要求是跟踪性 能。
衡量控制系统调节品质的优劣可以归纳 为三个方面即稳定性，准确性、快速性。
2、自动控制系统 及典型控制方法
2.1自动控制系统的组成
2.1.1 人工调节
W 给水
给水调节阀 省煤器
h 水 位 计
过热器 D
蒸汽
汽包
水 冷 壁
人工/自动
汽包锅炉给水人工调节示意图
2.1.2 自动调节
给水 w
h
蒸汽 D
测量单元
人工/自动
执行单元
wk.baidu.com
调节单元
给定单元
汽包锅炉给水自动调节示意图
例：典型的自动化元件
5．控制量（调节量） 由调节机构(阀门、挡板等)改变的流量(或能量)，用以控制
被调量的变化。
6．扰动 引起被调量偏离其给定值的各种原因称为扰动。 如果扰动不包括在控制回路内部(例外界负荷)，称为外扰。 如果扰动发生在控制回路内部，称为内扰。 由于调节机构开度变化造成的扰动，称为基本扰动。 变更控制器的给定值的扰动称为给定值扰动,也称控制作用扰动。
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3．最大动态偏差ym或超调量
在定值控制系统中，常用最大动态偏差ym这个指标来 衡量被调量偏离给定值的程度。
ym＝y1＋y(∞) 随动控制系统常用超调量这个指标来衡量被控制量偏 离给定值的程度。超调量σ可定义为：
yy1 100%
4.衰减率衰减比n
衰减率是指每经过一个波动周期，被调量波 动幅值减少的百分数。
7．控制过程（调节过程） 原来处于平衡状态的控制对象，一旦受到扰动作用，被调量就会
偏离给定值。要通过自动控制仪表或运行人员的调节作用使被调量 重新恢复到新的平衡状态的过程，称为调节过程。 8．自动控制系统
自动控制仪表和控制对象通过信号的传递互相联系起来就构成一 个自动控制系统。
2.2 自动控制系统分类
前馈控制系统/反馈控制系统/复合控制系统
λ
扰动通道
y
调节机构
调节通道
• “按偏差调节” • 闭环控制系统 • 优点 • 缺点
调节器
测量变送 -r
前馈控制系统/反馈控制系统/复合控制系统
λ
调节通道
前馈调节器
扰动通道
r
y
- 调节器
调节机构
调节通道
测量变送
2.3 控制系统的性能指标
◆ 自动控制系统调节品质的优劣，表示了控 制系统克服外来干扰能力的大小。
一、按工作原理分类
1．前馈控制系统 2．反馈控制系统 3．前馈 ─ 反馈控制系统（复合控制系统）
二、按给定值特点分类
1. 定值控制系统 2. 随动控制系统 3．程序控制系统
前馈控制系统/反馈控制系统/复合控制系统
λ 扰动通道
y
前馈调节器
调节通道
• “扰动调节”或“扰动补 偿” • 开环控制系统 • 优点 • 缺点
动态方程式： K pe
传递函数为：
Wp (s)
s Es
Kp
特点为：
比例作用的比例系数
（1）无惯性、无迟延、动作快,而且调节动作的方向正确, 在控 制系统中是促使控制过程稳定的因素；
（2）有差作用
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2. 积分作用(I作用)
t
动态方程式： KI
其它指标
控制过程时间ts
调节时间 tS
最大动态偏差ym或超调量 衰减率衰减比n
静态偏差 y()或e()
1．静态偏差y()或e()
静态偏差是指被调量的稳态值与给定值 的长期偏差。e()= r()—y()
静态偏差是衡量控制系统准确性的重要 指标之一，它反映了控制系统的调节精度 。
2．控制过程时间（调节时间）ts