第01章 自控系统概述.ppt

第1章 自控系统概述 自控系统的组成 系统运行的基本要求 自控系统的分类 自动控制系统的过渡过程和品质指标 传递函数和方块图 管道及仪表流程图 1.1自控系统的组成 自动控制系统的特点 单向性： 每一个环节的输入信号影响输出信号，但输出信号不会反过来影响输入信号；在系统中，只要有一个环节是单向的，整个系统便具有单向性，所以自动控制系统是不可能逆向动作的。 相互矛盾的两个通道： 干扰作用是破坏系统平衡引起被控变量变化的外界因素。控制作用是克服干扰影响，使被控变量恢复到设定值的校正因素，这是被控对象中相互矛盾的两个通道 扰动 操纵变量 被控变量 自动控制系统的特点 有差调节： 控制器的输入信号是测量值与设定值之差（偏差），所以系统是按偏差进行控制的，控制结果减少或消除偏差，因此，动态偏差是必然的，故称有差调节。 具有负反馈的闭合回路 1.2系统运行的基本要求 闭环与开环 正作用与反作用(如何保证系统是负反馈的？） 1.3控制系统的分类 1.4 过渡过程和品质指标 1.5 方块图、拉普拉斯变换和传递函数 1.6 管道、仪表流程图（PID） 解： 根据定义 于是 例3 求指数函数的 的拉氏变换。 部分常用的拉氏变换公式表 象函数 F(s) 原函数 f(t)，t≥0 象函数 F(s) 原函数 f(t)，t≥0 拉氏变换的性质★ 线性性质 平移性质（时移） 平移性质（频移） 微分性质 积分性质 极限性质 拉氏变换的作用 设有两个串联环节： 已知： 求： 解： 同样 所以 拉氏变换的作用 已知，设定值发生单位阶跃变化，请问：该闭环系统的输出是什么？ 即使上述四个环节的时域特性均知道，要直接求取闭环输出也是有困难的 如果把上述四个环节的时域特性转化为拉氏变换（传递函数）的形式， 并分别记为：Gc(s)、Gv(s)、Go(s)和Hm(s)，则方块图可以转化为： Gc(s) Gv(s) Go(s) Hm(s) + － SP x z e u q y f 因此，只要根据左边的方块图，求取出Y(s)，就可以利用拉氏反变换求出y(t)。 调节器 执行器 对象 传感器、变送器 + － SP x z e u q y f 传递函数 对于上图所示的线性系统，其输入输出关系一般来说可用如下微分方程来描述： 若将其进行拉普拉斯变换，并令初始条件为零，可得： G(s)称为传递函数，它为零初始条件下,输出与输入的拉普拉斯变换式之比，即系统在复数s域的输出与输入之比。 由此可见，传递函数表征了系统本身的特性，仅与系统本身的结构有关，而与系统的输入无关。 方块图及运算 Gc(s) Gv(s) Go(s) Hm(s) + － SP x z e u q y f 汇合点（加法器） 分支点 环节 方块图的基本运算法则 方块图的基本环节 串联环节 并联环节 反馈环节 例： 如图所示的控制系统的方块图，求：Y(s)/X(s),Y(s)/F(s) Gc(s) Gv(s) Go(s) Hm(s) + － X(s) Z(s) E(s) Y(s) F(s) Gf(s) ＋ ＋ 解： 先求Y(s)/X(s)，此时F(s)=0 Gc(s) Gv(s) Go(s) Hm(s) + － X(s) Z(s) E(s) Y(s) 于是方块图可以变为： 例： 如图所示的控制系统的方块图，求：Y(s)/X(s),Y(s)/F(s) Gc(s) Gv(s) Go(s) Hm(s) + － X(s) Z(s) E(s) Y(s) F(s) Gf(s) ＋ ＋ 解： 再求Y(s)/F(s)，此时X(s)=0 作业：某原油加热控制系统。图中TT为温度测量变送环节，TC为温度控制器。若被控对象控制通道的传递函数为 3/(5s+4)；控制器TC的传递函数为1；调节阀的传递函数为1；TT的传递函数为1；当设定值发生单位阶跃变化时，①求原油出口温度的稳态变化量ΔT（∞）；②系统的余差为多少。 某原油加热控制系统。图中TT为温度测量变送环节，TC为温度控制器。若被控对象控制通道的传递函数为 3/(5s+4)；调节阀的传递函数为1；TT的传递函数为1；当设定值发生单位阶跃变化时，求原油出口温度的稳态变化量ΔT（∞）。 作业 当控制器TC的传递函数分别为 2 3 1＋1/10s 时，分别求原油出口温度的稳态变化量ΔT（∞）。 比较控制器特性