课 堂 教 学 实 施 方 案

第 9 次课 授课时间：2008-10-01 教学时间分配： 复习旧课 2 分钟；讲授新课85 分钟； 讨论/答疑/小结 5/5/3 分钟； 授课类型（请打√）：理论课√□ 讨论课□ 实验课 □习题课 □ 课□ 教学方式（请打√）：讲授√□ 讨论□ 示教□ 指导□ 教学手段（请打√）：多媒体□ 模型□ 实物□ 挂图□ 音像□ 课 题：第三节 对象特性对控制质量的影响 控制质量是用衰减比n，最大偏差A，余差e，控制时间tc等参数来表示的。我们来讨论对象的特性参数：放大系数K，时间常数T，滞后时间?等因数来控制质量的影响。 一、放大系数的影响 D(s) Wd(s) R(s) E(s) y(s) (s(s) Z(s) W c W 0 设 W(s)=Kc Wd(s)?则 y(s)?D(s)Wd(s) 1?Wc(s)W0(s)Kd W0(s)?K0 Ts?1(T1s?1)(T2?1)假定干扰D(t)为单位阶跃干扰即P(s)?定理， 1 ，将各环节传递函数代入上式并利用终值s Kd1(Ts?1)(T2s?1)Kdy(?)?lims?y(s)?lims??1?Ks1?KcK0s?0s?01?Kc(0)Ts?1对于定值系统而言，y(?)即系统的余差，从上式可以看出，对象干扰通道的放大系数Kd越大，控制过程的余差也越大，而控制通道的放大系数Kc的大小从上式来说，没有影响，因为控制通道总的放大系数是KoKc，由于调节器的放大系数Kc是可调的，对较小的对象放大系数Ko可以通过较大的调节器放大系数Kc来得到补偿，反之较大的Ko可以用较小的Kc来匹配。总之，可以使KoKc满足我们希望的要求。 结论：干扰通道的对象放大系数Kd希望越小越好，这样可以使干扰影响被控参数的余差减少，而控制通道的对象极大系数kc总得适当大一些，可以使控制通道灵敏些。 二、时间常数T和滞后?对控制质量的影响。 ㈠、干扰通道Td和?的影响 1、Td的影响 1y(s)Wo(s)111ToS?1?????D(s)1?Wc(s)Wo(s)1?Wc(s)Wo(s)(ToS?1)(1?Wo(s)Wc(s))To(s?1)(1?Wc(s)Wo(s)To 特征方程， (S?1)(1?Wc(s0Wo(s)?0 To由上两式可知，在对象干扰通道中增加了一个一阶惯性环节，系统特征方程的解发生了变化，在根平面上增加了一个?1To的极点。随着Td的增加，附加的这个极点?1To也沿着实轴向虚轴靠拢，与附加极点对应的过渡过程分量的衰减系数就随之减少，但是，附加极点在实轴上，因此，在一般情况下影响不大，而重要的影响倒是过渡过程非恒定分量的系数缩小了Td倍，使控制过程最大偏差A随着To的增加而减少，从而改善了控制质量。同理，干扰通道惯性环节的阶数的增加，同样会改善控制质量，所以To越大A越小。 2、?的影响 Wo(s)ey(s) y(s)?D(s)(Wo(s)e ?D(s)1?Wc(s)Wo(s)1?Wc(s)Wo(s)??s??s在单位阶跃干扰作用下，被控量的时间响应，Y(t)=Y(t-?) 由此可知，干扰通道存在纯滞后，它不影响控制质量，仅使控制过程沿着时间轴平移了一个?的值，所以，干扰通道对象存在纯滞后?对控制质量没有影响。 ㈡、控制通道时间常数Tc及?c的影响 1、T对控制质量的影响 对控制通道的时间常数T希望越小越好。因为控制就是使对象重新恢复平衡。当对象受到干扰后，对象内部平衡被破坏，在控制过程中，如果控制通道时间常数T比较小，表示被控参数对控制作用反应比较快，即较快地反应了控制效果，缩短了控制过程的时间，也就是提高了控制质量，但是，T太小了，反应过于灵敏，容易引起过渡振荡，T太大，反映缓慢，使控制时间拉长，降低了控制质量。所以，控制通道对象的时间常数越小越好，但不要太小。 2、?对控制质量的影响 曲线C是没有控制作用的系统在干扰作用下的反应曲线。 Y C 当控制通道没有纯滞后是控制作用从t1时刻开始就对干 E 扰起抑制作用，控制曲线为D。如果控制通道存在纯滞后 D 时间?，那么，控制作用要等到t1+?0时刻才开始对干 扰起抑制作用，而在此时间之前，系统由于的不到及时 t 的控制，因而被控变量只能任由干扰作用影响而不断上 t1 升（或下降），其控制曲线为E。显然与控制通道没有纯 t1+?0 滞后的情况相比，此时的动态偏差将增大，系统的质量将变差。 由此可见，控制通道的纯滞后的存在不仅会使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还会使系统的稳定性降低，这是因为纯滞后的存在，使得控制器不能及时获得控制作用效果的反馈信息，会使控制器出现失控。当需要增加或减少控制作用时会使控制作用增加的太多或减少的太过分，因此控制通道的纯滞后对控制质量是有害的。纯滞后越大，控制质量越坏。 教 学 内 容：第四节 控制规律对控制质量的影响及调节器的选型 一、比例控制规律 由于比例控制作用是和被控参数的偏差成正比例，所以控制结果是有余差的，偏差越大，余差也越大，同时，随着调节器比例作用Kc的增大，控制作用也增强，使控制过程的最大偏差减少，振荡周期缩短，余差减少。不过振荡加剧，衰减比减少。当Kc进一步增大时，会导致控制过程的不稳定，各种不同Kc的控制过程曲线： Kc偏大 Kc太小 Kc片小 Kc适当 Kc为临界 Kc大于临界后 二、积分控制规律 由于积分作用是和偏差对时间的积分成比例，只要偏差存在，如调节器积分增益足够大则积分作用总是随着时间增强的，因而积分控制作用最大特点是能消除余差，使被控参数被控制到给定值上。在使用中，通常没有纯的积分作用，而是在比例作用再引入积分。 由如图所示曲线看出随着积分作用的加强（积分时间Ti减少）控制系统稳定性就进一步降低。增加积分作用后，除能消除余差外，其它控制质量指标将全面降低。 Ti太小 Ti适当 Ti太大 三、微分控制规律 与积分一样，微分也不单独使用。比例控制作用加入了微分作用后，控制过程中的最大偏差减少了，衰减比增大了，也就是稳定性跳高了。微分作用是能提高控制质量的。但微分不能消除余差。 各种控制律作用所得的相应控制曲线： 四、控制规律选择 1、对于负荷变化不大，工艺要求不高，但平衡能力强的控制系统，可以选用比例调节器，如压缩机、储气缸的压力控制，流液槽的液面控制串级系统的副回路等。 2、负荷变化不大，对象滞后较少，但不允许余差的控制系统，可以选用比例积分调节器。如蒸汽管道压力控制系统，流量控制系统，液面控制系统。 3、负荷变化较大，对象滞后也较大，尤其是存在较大的容量滞后的控制系统，控制质量又要求较高的，则可采用比例积分微分调节器。如过热蒸汽温度控制系统，PH控制系统等。

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第 10 次课 授课时间：2008-10-03 教学时间分配： 复习旧课 2 分钟；讲授新课 85 分钟； 讨论/答疑/小结 5/5/3 分钟； 授课类型（请打√）：理论课√□ 讨论课□ 实验课□ 习题课□ 课□ 教学方式（请打√）：讲授√□ 讨论□ 示教□ 指导□ 教学手段（请打√）：多媒体□ 模型□ 实物□ 挂图□ 音像□ 课 题： 第五节 单回路控制系统的整定原则 一、整定的意义 当一个自动控制系统组成以后，控制过程的质量就取决于调节器的各个参数了。整定的目的就在于没法使调节器的各参数和控制对象等配合好，使得到最好的控制参数，即使调节系统很先进。如果整定的不好，控制质量也不会好的，故在自动化中，整定是很重要的，但整定也不是万能的，如果设计的不好怎么整定也不可能达到高质量。因此，只有控制系统设计得很合理，仪表调教安装正确以后，调节器参数整定才有重要意义。 各种不同的调节器，不管是气动的、电动的、液动的，尽管它们的结构有所不同，但对同样控制规律的调节器来说，都有相应的整定参数（如δ、Ti、Td）和相应的改变这些参数的机构（旋、钮、开关等）。 二、单回路控制系统的整定 单回路控制系统的整定，在所有控制系统中是最简单的，也是最基本的、最重要的。它是其它复杂系统整定的基础。必须掌握。整定的方法很多，我们只介绍实际工程中常用的几种，其余的参考书。 1、经验法 它是由技术人员和工人在现场工作总结出来的、行之有效整定方法。它是根据经验，先将调节器参数放在某些数值，直接在闭环调节系统中通过改变给定值，作定值干扰，观察控制过程曲线的形状。以各种控制规律对控制过程影响的基本知识为理论指导调整相应的调节参数δ，Ti和Td，反复进行凑试直到控制过程满足质量要求为止。 根据经验各类控制系数的整定参数范围如下表。尽管有些特殊系统会超出此范围，但它毕竟为经验法提供基本的凑试范围。 参数 δ% Ti（分） Td（分） 系统 液位 20---80 压力 30---70 0.4--3 流量 40---100 0.1--1 温度 20---60 3---10 0.5---3 具体整定时可用工人同志在实践中总结的一首参数整定顺口溜：整定参数寻最佳，从大到小顺