阶跃响应性能指标课件

Process Control&Instrumentation Technology主要内容主要内容主要内容主要内容 t过程控制的主要特点过程控制的主要特点t过程控制的品质指标过程控制的品质指标t阶跃响应性能指标：静差、衰减率、超阶跃响应性能指标：静差、衰减率、超调量、过渡过程时间调量、过渡过程时间t偏差积分指标偏差积分指标t过程控制的发展状况和趋势过程控制的发展状况和趋势t我国过程控制技术的发展我国过程控制技术的发展 主要内容 过程控制的主要特点1Process Control&Instrumentation Technology过程控制的主要特点过程控制的主要特点过程控制的主要特点过程控制的主要特点 t被控过程的多样性 t控制方案的多样性 t有单回路、串级、前馈-反馈、比值、均匀、分程、选择性、时滞、数字和计算机过程控制系统等。t控制过程属慢过程、多半属参量控制 t定值控制是主要控制形式 过程控制的主要特点 被控过程的多样性 2Process Control&Instrumentation Technology过程控制的品质指标过程控制的品质指标过程控制的品质指标过程控制的品质指标 t决定过程控制系统品质的环节：t控制系统结构t被控过程特性t过程检测、控制仪表t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t平稳、t准确、t迅速地回复（或趋近）到给定值上。过程控制的品质指标 决定过程控制系统品质的环节：3Process Control&Instrumentation Technology过程控制的品质指标过程控制的品质指标过程控制的品质指标过程控制的品质指标t过程控制系统的评价指标可概括为：t系统必须是稳定的；（平稳）t系统应能提供尽可能好的稳态调节；（准确）t系统应能提供尽可能好的过渡过程。（迅速）t控制性能指标应根据生产工艺过程的实际需要确定，通常采用系统阶跃响应曲线的性能指标和偏差积分性能指标。过程控制的品质指标过程控制系统的评价指标可概括为：4Process Control&Instrumentation Technology阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标 t余差（静态偏差）余差（静态偏差）C t描述系统稳态特性的唯一指标t指系统过渡过程终了时给定值与被控参数稳态值之差。t一般要求余差不超过预定值或为零。阶跃响应性能指标 余差（静态偏差）C 5Process Control&Instrumentation Technology阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标t衰减率衰减率t衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。t t一般取衰减率=0.750.9。其中1/4衰减率（=0.75）作为评价过渡过程的一个重要指标。阶跃响应性能指标衰减率6Process Control&Instrumentation Technology阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标7Process Control&Instrumentation Technology阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标8Process Control&Instrumentation Technology阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标t最大偏差最大偏差A（或超调量（或超调量）t最大偏差A是指被控参数第一个波的峰值与给定值的差 t 超调量：阶跃响应性能指标最大偏差A（或超调量）9Process Control&Instrumentation Technology阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标阶跃响应性能指标t过渡过程时间过渡过程时间ts t指系统从受扰动作用时起，直到被控参数进入新的稳态值5%（或2%）的范围内所经历的时间。t一般要求ts愈短愈好。阶跃响应性能指标过渡过程时间ts 10Process Control&Instrumentation Technology性能指标之间的关系性能指标之间的关系t有些是相互矛盾的（如超调量与过渡过程时间）t对于不同的控制系统，这些性能指标各有其重要性。t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。性能指标之间的关系有些是相互矛盾的（如超调量与过渡过程时间）11Process Control&Instrumentation Technology偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标 t偏差绝对值积分（Integral of Absolute Error:IAE）t适用于衰减和无静差系统偏差积分性能指标 偏差绝对值积分（Integral of A12Process Control&Instrumentation Technology偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标t偏差绝对值与时间乘积的积分（ITAE）t用以降低初始大误差对性能指标的影响；t同时强调了过渡过程后期的误差对指标的影响。偏差积分性能指标偏差绝对值与时间乘积的积分（ITAE）13Process Control&Instrumentation Technology偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标t偏差平方值积分（Integral of Squared Error:ISE）t同IAE 偏差积分性能指标偏差平方值积分（Integral of S14Process Control&Instrumentation Technology偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标偏差积分性能指标t时间乘偏差平方积分（ITSE）t同ITAE 偏差积分性能指标时间乘偏差平方积分（ITSE）15Process Control&Instrumentation Technology过程控制的发展简况过程控制的发展简况过程控制的发展简况过程控制的发展简况 t手工操作状态（20世纪40年代前后）t仪表化与局部自动化阶段（5060年代）t综合自动化（60-70年代中期）阶段 t全盘自动化阶段（70年代中期至今）过程控制的发展简况 手工操作状态（20世纪40年代前后）16Process Control&Instrumentation Technology仪表化与局部自动化阶段（仪表化与局部自动化阶段（50506060年代）年代）t系统结构大多为单输入-单输出的单回路定值控制系统。t过程检测控制仪表为基地式仪表和部分单元组合式仪表。仪表化与局部自动化阶段（5060年代）系统结构大多为单17Process Control&Instrumentation Technology基地式仪表基地式仪表 t一般与检测装置、显示装置一起组装在一个整体之内t同时具有检测、控制与显示的功能t结构简单、价格低廉、使用方便t通用性差，信号不易传递t一般应用于简单控制系统中。基地式仪表 一般与检测装置、显示装置一起组装在一个整体之内18Process Control&Instrumentation Technology单元组合式仪表单元组合式仪表t将仪表按其功能分成若干单元t各个单元之间以统一的标准信号相互联系t具有高度的灵活性和通用性，各个单元可以适当组合，也可与计算机等设备配合，组合各种复杂的、新型的控制系统。t有气动组合仪表和电动单元组合仪表（QDZ和DDZ仪表）两类。单元组合式仪表将仪表按其功能分成若干单元19Process Control&Instrumentation Technology气动单元组合仪表（气动单元组合仪表（QDZQDZ）t采用140kPa压缩空气为能源，以20100kPa标准统一信号输出t结构简单、价格便宜、性能稳定、工作可靠、安全防火防爆t特别适用于石油、化工等易燃易爆场合气动单元组合仪表（QDZ）采用140kPa压缩空气为能源，以20Process Control&Instrumentation Technology电动单元组合仪表（电动单元组合仪表（DDZDDZ）t采用0-10mA 或4-20mA标准统一信号t体积小、重量轻、安装维护方便、便于计算机接口t部分仪表（如DDZ-型）采取了先进的安全防爆措施，能构成本质安全防爆系统，同样能应用于易燃易爆场合。电动单元组合仪表（DDZ）采用0-10mA 或4-20mA标21Process Control&Instrumentation Technology综合自动化阶段（综合自动化阶段（60-7060-70年代中期）年代中期）t工业生产过程出现了一个车间甚至于一个工厂的综合自动化t过程检测控制仪表是单元组合仪表和组装式仪表t逐步采用数字计算机以及以微处理器为基础的集散控制系统。综合自动化阶段（60-70年代中期）工业生产过程出现了一个22Process Control&Instrumentation Technology数字控制仪表数字控制仪表t积木式结构t部分单元采用微电脑技术，可进行数字运算t可编程数字调节器（如KMM仪表）是其中最具代表性的单元仪表，特点有：t内部结构微机化；t运算数字化；t编程方法简单；t自整定、自诊断的功能；t通讯功能。数字控制仪表积木式结构23Process Control&Instrumentation Technology全盘自动化阶段（全盘自动化阶段（7070年代中期至今）年代中期至今）t实现了全车间、全厂、甚至全企业无人或很少人参与操作管理t实现了过程控制最优化与现代化的集中调度管理相结合 全盘自动化阶段（70年代中期至今）实现了全车间、全厂、甚至24Process Control&Instrumentation Technology我国过程控制技术的发展我国过程控制技术的发展我国过程控制技术的发展我国过程控制技术的发展 t50年代末期，主要采用机械式和气动仪表 t60年代广泛采用型电动单元组合仪表 t70年代中期，型电动单元组合仪表成为过程检测和控制的主流产品 t80年代初，开始采用型电动单元组合仪表，相继引进了分布式控制系统（DCS）、可编程序控制器（PLC）和工业PC机（IPC）我国过程控制技术的发展 50年代末期，主要采用机械式和气动仪25