暖通空调之自动控制

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,注册公用设备工程师 （暖通空调）,自动控制,1,考试基本情况,共,9,道题，,18,分。,2,大纲要求,自动控制与自动控制系统的一般概念,控制系统数学模型,线性系统的分析与设计,控制系统的稳定性与对象的调节性能,掌握控制系统的误差分析,控制系统的综合和校正,3,一、,自动控制与自动控制系统的一般概念,“,控制工程,”,基本含义,信息的传递,反馈及反馈控制,开环及闭环控制系统构成,控制系统的分类及基本要求,4,1,、,“,控制工程,”,基本含义,（,1,）控制工程：是一门研究,“,控制论,”,在工程中应用的科学,。,（,2,）,自动控制：在没有人的直接参与的条件下，利用控制器使被控对象（如机器、设备或生产过程）的某些物理量（或工作状态）能自动地按照预定的规律变化（或运行）。,5,例,1,6,工作原理：,温度传感器,不断测量交换器出口处的实际水温，并在温度控制器中与给定温度相比较，若低于给定温度，其偏差值使蒸汽阀门开大，进入热交换器的蒸汽量加大，热水温度升高，直至偏差为零。如果由于某种原因，冷水流量加大，则流量值由流量计测得，通过温度控制器，开大阀门，使蒸汽量增加，提前进行控制，实现按冷水流量进行顺馈补偿，保证热交换器出口的水温不发生大的波动。,7,被控对象，传感器，调节器，执行器，被控量，给定值，主反馈，偏差，扰动,自动控制，控制系统，反馈，反馈控制,开环控制，前馈控制，闭环控制，优缺点,自动控制系统的组成,信息的传递,8,控制系统的分类及基本要求,（,1,）分类,从,系统结构特点上,，分为,开环控制系统,和,闭环控制系统,按照分析和设计的方法,，通常可分为线性和非线性，时变和非时变系统,按照系统参考输入信号变化规律,，分为恒值控制系统和随动控制系统。,按照系统内部传输信号的性质,，分为连续控制系统和离散控制系统。,9,（,2,）空调自动调节系统的分类,按被调参数的给定值不同可以分为：,恒值（定值）调节系统：,恒值控制系统的参考输入为常量，要求它的被控制量在任何扰动的作用下能尽快地恢复（或接近）到原有的稳态值。由于这类系统能自动的消除或削弱各种扰动对被控制量的影响，又称为自镇定系统。,随动调节系统,：随动控制系统得参考输入是一个变化的量，一般是随机的。要求系统的被控量能快速、准确地跟随参考输入信号的变化而变化。,10,（,2,）空调自动调节系统的分类,程序调节系统,：,系统中的给定值是按一定的规律变化的，给定值是时间的函数。系统是输出信号按照一定的精度随输入而变化。如空调中的人工气候室。,计算机最佳控制系统,：利用计算机控制使系统达到最佳控制。最佳是指空调系统实现给定的评价函数（性能指标）为最佳，既能好最小的控制。,11,（,3,）,基本要求,稳定性,：稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件。如稳定的恒值控制系统，被控量偏离期望的初始偏差应随时间的增长逐渐减小并趋于零。,平稳性：,如果控制过程中出现被控量围绕给定值的摆动或称振荡，振荡的幅值和频率都不能过大。,12,（,3,）,基本要求,快速性,：控制过程的总体调节时间应有所限制，应尽快进入稳定状态。,准确性（精确性）,：控制系统进入稳定状态后，系统的期望输出与实际输出之间的差值，差值越小准确性越好。是系统的稳态性能。,13,例,1,反馈的概念、反馈控制,反馈,将输出量直接或间接送回到系统的输入端，并与输入信号比较的过程称为反馈。,反馈控制的实质：按偏差控制。,14,例,2,选择题,1,）开环控制系统的输出（,B D,）。,A,参与系统的反馈调节,C,到输入有反馈通道,B,不参与系统的反馈调节,D,到输入无反馈通道,2),闭环控制系统的输出（,A C,）。,A,参与系统的反馈调节,C,到输入有反馈通道,B,不参与系统的反馈调节,D,到输入无反馈通道,3),前馈控制系统是（,B C,）。,A,闭环控制系统,C,按干扰信号进行补偿的系统,B,开环控制系统,D,能抑制不可测量的扰动的系统,15,例,2,选择题,4),控制系统基本性能的要求（,A B C D,）。,A,稳定性,B,快速性,C,平稳性,D,准确性,5),按给定信号的特点控制系统可分为（ ）。,A,恒值系统,C,程序控制系统,B,随动系统,D,计算机控制系统,6,）按控制信号的形式控制系统可分为（,CD,）。,A,线性控制系统,C,连续控制系统,B,非线性控制系统,D,离散控制系统,16,例,2,选择题,7),闭环控制系统的组成（,ABCD,）。,A,被控对象,B,调节器,C,执行器,D,测量变送器,17,下列各式是描述系统的微分方程，其中，,r(t),为输入变量，,c,（,t,）为输出量,18,二、,控制系统数学模型,控制系统各环节的特性,控制系统微分方程的拟定与求解,拉普拉斯变换与反变换,传递函数及其方块图,19,被控对象的特性,对象的,自平衡是指当干扰不大或负荷变化不大时，即使没有调节作用，被调节参数变化到某个新的稳定值，从而恢复平衡状态。,对象达到自平衡所经历的过程叫做自平衡过程。有自平衡能力的被控对象输出重新稳定，无自平衡能力的被控对象输出一直增加，无法稳定。,20,下图所示为室温自动调节系统，,不考虑室温控制对象的滞后。,21,被控对象：,干扰通道的增量微分方程式为,调节通道的增量微分方程式为,22,温度对象的增量微分方程,假定送风温度稳定，即,为阶跃信号,，则,由于实际的房间对象存在着传递滞后,23,被控对象的特性参数,放大系数,K,：,被控对象输出量的增量的稳态值与输入量的增量的比值,。,是被控对象的静态特性参数，决定输入信号对稳定值的影响。,放大系数越大，被控量对输入量的变化越灵敏，稳定性差；放大系数越小，对象控制灵敏度差，但稳定性好。,24,被控对象的特性参数,时间常数,T,：,为对象在阶跃扰动作用下，被控量以初始最大速度变化到稳态之所需的时间。,如（,2,）中的,T,1,。,因此时间常数反映了被控对象在阶跃扰动作用下到达新稳定值的快慢，,表示被控对象惯性大小的常数，,时间常数大，惯性大,。,时间常数大，被控对象惯性大，被控量变化速度慢，控制较平稳；时间常数小，惯性小，被控量变化速度快，不易控制。,25,被控对象的特性参数,滞后时间,被控对象的被控量的变化落后于干扰的现象为滞后。滞后分纯滞后和过渡滞后。,纯滞后：又称传递滞后，由于物料量或能量的传送过程需要一定的时间而造成的。如（,3,）中的,过渡滞后：又称容量滞后。对象的容量系数和阻力越大，容量的个数越多，则过渡滞后时间越长，过渡过程就越慢,实际对象中，纯滞后和过渡滞后很难严格区别，故统称为滞后时间。,滞后的存在不利于控制，因此在设计和安装控制系统时，应尽量把滞后调到最小。,26,调节器的特性,线性控制规律的微分方程,：,比例规律,：,比例积分规律,：,比例积分微分规律,：,P,调节器的输出信号；,e,调节器的输入信号，即被控量的测量值与给定值之差，偏差；,积分时间，分（,min,）；,微分时间，分（,min,）；,调节器的放大系数。,27,非线性控制规律的微分方程：,双位调节规律,28,系统各环节微分方程式的形式为：,被控对象：,温度传感器：,调节器（包括比较元件）：,执行器,=,K,3,P,29,以室温作为系统输出的微分方程式,在恒值调节系统中，,给定值是不变的,，被控量的变化来源于外界干扰，选干扰作用为输入量。,30,系统在给定作用下的微分方程式：,系统在干扰作用下的微分方程式：,31,系统微分方程的求解,系统的微分方程为二阶线性常系数微分方程，其解为齐次方程的通解和非齐次方程的特解之和。,当系统中各个参数确定后，微分方程中的各个系数就可确定，这时可根据系统方程来具体求解。,需回忆高等数学中二阶常系数微分方程的求取方法。特征根不同时，解的形式不同。,32,拉普拉斯变换与反变换,1,、拉普拉斯变换,（,1,）定义,：函数,f(t),，,t,为实变量。如线性积分,（,s,为复变量,+j,）存在，则称其为函数,f(t),的拉普拉斯变换，简称拉氏变换。变换后得到的新函数应是复变量,s,的函数，记作,F(s),或,L,f(t),即,称,F(s),为,f(t),的变换函数或象函数，而,f(t),为,F(s),的原函数。,33,（,2,）常用拉氏变换定理,1,）线性定理,2,）微分定理,3,）积分定理,4,）时滞定理,5,）初值定理,6,）终值定理,7,）实域中的位移定理或滞后定理,8),复域中的位移定理,34,2,、拉普拉斯反变换,（,1,）定义,35,（,2,）计算,1,）,A,(s)=0,无重根,36,2,）,A,(s)=0,有重根,37,重根部分的各项系数,38,求反变换即得,f(t),39,3,、常用函数的拉氏变换表,见,p175,表,4-1,。,40,例 的原函数为,41,传递函数及其方块图,1,、传递函数,（,1,）定义：零初始条件下，线性定常系统输出量拉氏变换与输入量拉氏变换之比。,设线性定常系统的微分方程为,42,1,、传递函数,设初始值为零，对上式两端进行拉氏变换，得,则系统传递函数,43,2,、方块图,（,1,）概念：方块图即系统方块图，也称为系统动态结构图，是系统中每个环节的功能和信号流向的图解表示。方块图表明了系统中各种环节间的相互关系。其组成如下所示,：,1,）,信号线：表示信号输入、输出通道，箭头代表信号传递方向；,44,2,）综合点（比较点）,也称相加点，表示几个信号相加减，叉圈符号的输出量为诸信号的代数和；,3,）引出点：表示同一信号传递到几个地方,45,4,）传递方框,方框两侧应为输入信号和输出信号线，方框内写入该输入、输出之间的传递函数,G(s),。,G(s),46,（,2,）方块图的连接和等效变换,1,）,串联连接,若干个环节串联连接的总传递函数等于各环节传递函数之积。,G,1,(s),G,3,(s),G,2,(s),X,1,X,2,R,C,G(s),R,C,G(s) = G,1,(s)G,2,(s)G,3,(s),G(s)=,47,（,2,）方块图的连接和等效变换,2,）并联连接,G,3,(s),G,1,(s),G,2,(s),R(s),C(s),+,+,G(s),R(s),C(s),G(s) = G,1,(s) + G,2,(s) + G,3,(s),若干个环节串联连接的总传递函数等于各环节,传递函数之和。,G(s)=,48,（,2,）方块图的连接和等效变换,3,）反馈连接,G(s),H(s),R(s),B(s),C(s),+,-,+,E(s),H(s)=1,时，单位反馈,E(s)=R(s)-B(s) -,偏差信号,前向通道,+,反馈通道,=,闭环回路,开环传递函数,G(s)H(s) =,前向通道传递函数,G(s) =,H(s)=1,时,G(s)H(s)=G(s),闭环传递函数,=,49,3,）反馈连接,负反馈：,正反馈：,=,=,50,4),引出点和比较点和方块之间的移动,51,例,G1,G2,G3,G4,G5,G6,R(S),C(S),_,_,+,+,+,52,计算,（,1,）结构如等效变换,（,2,）梅逊公式,从输入节点到输出节点的前向通路（自身不能有重复的路径）的总条数。,从输入节点到输出节点的第 条前向通路的传递函数。,为特征式，由系统结构图中各回路传递函数确定：,53,式中,所有单独回路传递函数之和；,所有存在的两个互不接触的单独,回路传递函数乘积之和；,所有存在的三个互不接触的单独,回路传递函数乘积之和。,为第 条前向通路特征式的余因子式，,即在结构图中，除去与第 条前向通路接触的,回路后的 值的剩余部分。,回路传递函数是指反馈回路的前向通路（道）,和反馈通路（道）函数的乘积，并且包含表示,反馈极性的正、负号。,54,3,、典型环节的传递函数 及其方块图,1,）放大（比例）环节,K,R(s),C(s),K,常数，称放大系数或增益。,55,2),积分环节,3),理想微分环节,s,积分环节具有记忆特性，可用来改善系统的静态特性,微分环节反映变化趋势，可用来改善系统的动态特性,56,实际微分环节,实际上可以实现的微分环节都具有一定的惯性，它的微分方程和传递函数分别是,57,4,）,惯性环节,T,惯性环节时间常数,5,）二阶振荡环节,58,6),纯滞后环节,59,例,3,选择题,1,）系统的传递函数取决于（,AB,）。,A,系统结构,B,固有参数,C,输入量的形式,D,输出量的形式,2),系统的传递函数,(ABC ).,A,是复变量,s,的有利真分式,B,只有自身结构和参数有关,C,是单位脉冲响应的拉氏变换,D,可以反映零输入下的动态特性,60,ABC,61,三、,线性系统的分析与设计,基本调节规律及实现方法,控制系统的一阶瞬态响应,二阶瞬态响应,频率特性的基本概念,频率特性的表示方法,调节器的特性对调节质量的影响,二阶系统的设计方法,62,（一）,基本调节规律及实现方法,调节器本身是一个带反馈的小系统，各种调节规律使通过改变反馈环节的特性来实现的。,为了将调节器内部的反馈环节与室温调节系统的反馈环节区分开来，将调节器内部的反馈环节称为调节器内反馈。,63,1,、基本调节规律,设调节器的输入为 ，输出为,y,。室温线性调节器的各种基本规律见表,3-1,。,64,2,、调节器的内反馈,实现调节器的各种调节规律的主要方法是在调节器内部采用反馈。内反馈回路中采用各种不同的环节，就可得到各种不同的调节规律。,K,W,R,(s),+,-,图,3-1,调节器的内反馈,65,调节器的内反馈的基本原理,K,放大器是一个比例环节，其传递函数,调节器的传递函数,放大器的放大倍数越大，则 越小。,66,调节器的内反馈的基本原理,67,3,、比例积分（,PI,）调节器,为实际的微分环节,68,（二）,控制系统的一阶瞬态响应,1,、数学模型,描述一阶系统动态特性的微分方程式的一般标准形式是,c(t),输出量,;,r(t),输入量,;,T,时间常数,表示系统的惯性。,69,一阶系统的闭环传递函数为,2,、一阶系统的单位阶跃响应,70,2,、一阶系统的单位阶跃响应,由,r(t)=1(t),，,R(s)=1/s,则系统过渡过程（即系统输出）的拉氏变换式为,=1,代表稳态分量， 代表瞬态分量,71,2,、一阶系统的单位阶跃响应,显然，一阶系统的单位阶跃响应曲线是一条由零开始，按指数规律单调上升的，最终趋于,1,的曲线。响应曲线也是具有非振荡特征，故也称为非周期响应,。,过渡过程时间,=,（,34,）,T,72,例,由纯积分环节经单位反馈而形成的闭环系统超调量为（ ）,（,A,）,0,（,B,）,16.3%,（,C,）无超量 （,D,）以上都对,73,（三）,二阶瞬态响应,凡可用二阶微分方程描述的系统，称为二阶系统。,1,、二阶系统的数学模型（以室温自动调节系统在给定作用下为例）,74,当给定作用为阶跃输入时，系统的微分方程为：,75,两边进行拉氏变换，得传递函数为（零初始条件）,76,2,、二阶系统的单位阶跃响应,求,(3-1),的拉氏反变换，分三种情况讨论。,图,3-2,二阶系统的单位阶跃响应通用曲线,77,（,1,）过阻尼二阶系统的阶跃响应,78,(2),临界阻尼情况,二阶系统的特征根为两个相等的负实根，,单位阶跃响应表达式为：,79,(3),欠阻尼（,0, ,1,）情况,二阶系统的特征根为两个不相等的负实根,单位阶跃响应表达式为,80,超调量，衰减比，峰值时间，过渡过程时间，静差，振荡周期,81,值变化,(,增大,),对动态性能（ ）,的影响,减小，,减小,例,82,（四）,频率特性基本概念,频率特性法是一种图解分析法，,通过系统的频率特性来分析系统性能的。不仅适用于线性定常系统，还适用于纯滞后环节和部分非线性环节的分析。,1,、,频率特性的定义,：在正弦输入下，线性定常系统输出的稳态分量与输入的复数比。,2,、,幅频特性,：稳态时，线性定常系统输出与输入的幅值比。,3,、,相频特性：,稳态时，线性定常系统输出信号与输入信号的相位差。,83,典型环节的频率特性,比例,积分,理想微分,惯性,一阶微分,二阶振荡,纯滞后,84,(,五,),频率特性表示方法,频率特性可用图形表示，有对数坐标图、极坐标图,1,、极坐标图,：又称幅相频率特性曲线或幅相曲线。,当输入信号的频率由变化时，相量的幅值和相位也随之作相应的变化，其端点在复平面上移动的轨迹。,图,3-3,为惯性环节的极坐标图。,85,1,、极坐标图,(,图,3-3,),图,3-3,惯性环节的极坐标图,86,典型环节,比例,积分,理想微分,惯性,一阶微分,二阶振荡,纯滞后,87,2,、对数坐标图,又称对数频率特性曲线或伯德图，由对数幅频曲线和对数相频曲线组成,。,对数幅频曲线横坐标频率 按 分度，单位为,rad/s,。纵坐标按 分度，单位为分贝,dB,。对数相频曲线的纵坐标按线性分度，单位为度（,）。,图,3-4,为伯德图的横坐标 和 的对应关系。频率 每变化一倍，称为一个倍频程；频率每变化十倍，称为一个十倍频程。,88,图,3-4,轴的对数分度,89,典型环节,比例,积分,理想微分,惯性,一阶微分,二阶振荡,纯滞后,90,例,91,(,六,),调节器的特性对调节质量的影响,调节系统的调节规律是通过调节器来实现的，当调节对象、测量变送元件和执行器确定后，调节系统的调节质量主要取决于调节器的特性,调节器的特性取决于它的特性参数，即放大系数,Kc,、,积分时间,T,I,、微分时间,T,D,。,为了分析这些参数对系统调节质量的影响，只需将不同的调节规律带入系统的框图中，给出过渡过程曲线，从过渡过程曲线来分析,Kc,、,T,I,、,T,D,对调节质量的影响。,92,图,3-5,室温调节系统的动态结构图,93,(,六,),调节器的特性对调节质量的影响,1,、比例作用对调节质量的影响,（,1,）稳定程度：放大系数,Kc,越大，系统振荡的越剧烈，可能不稳定。阻尼比变小，系统也就越不稳定。,调节器放大系数,Kc,对调节质量的影响见下表,94,2,、积分作用对调节质量的影响,见表,3-4,表,3-4,积分时间对调节过程的影响,95,积分时间调节的过小，积分作用过强，可能引起系统的等幅振荡，系统的稳定程度降低。积分时间选择的合适时，可以减小直至消除偏差。为了保持系统的稳定程度，可以减弱调节器的比例作用。,增加积分作用以后要使系统稳定程度基本不变，即衰减比基本相同，则要减小调节器的放大系数，则最大偏差增大，上升时间延长，振荡周期加长，静差消除。,96,3,、微分作用对调节质量的影响,微分时间大微分输出部分衰减得慢，微分作用强。,微分作用具有抑制振荡的效果，适当的增加微分作用，可以提高系统的稳定性，又可减小被控量的波动幅度，并降低稳态误差。,如果微分作用加的过大，调节器输出剧烈变化，不仅不能提高系统的稳定性，反而会引起被控量大幅度的振荡。,97,（七）,二阶系统的设计方法,系统的质量指标与调节器的特性和调节对象特性之间的数量关系，根据一定的调节质量指标选用与调节对象相匹配的调节器并给出调节器参数的整定范围，即调节系统的工程设计方法。,以典型的二阶系统为例。,98,1,、,室温二阶系统的品质指标和设计方法,当采用比例调节器并且只考虑感温元件的惯性（只考虑加热器的惯性）时，室温调节系统为一个二阶系统，如上图所示。,99,当,01,时,，,分析系统质量指标与各环节参数的关系,100,（,1,）最大偏差,当,n,=0,时， 时有第一个极值，即最大偏差,101,（,1,）最大偏差,根据的 值得,102,对于,0,1,，,103,对于,0 1,，当 和,K,增大时均使,减小，因此，无论 增大 还是,K,增大，均可使,增大。,104,（,2,）衰减比,n,在从,0,1,时，随着 ，,，且,K,也使,，而,，使,n,。,105,（,3,）过渡时间,随着 ， ，且,K,也使 。,106,（,4,）静差（被控量室温在阶跃干扰作用下的静差）,显然，随着,K,，,减小。,107,参数,只影响系统的稳定性,，随着,的,上升，各项动态性能指标均下降。,开环放大系数,K,既影响动态有影响静态性能指标，随着,K,的增大，使动态性能指标下降，静态性能指标上升。,合理的,K,的取值,：在保证系统有一定稳定程度的前提下，尽可能增大,K,，以减小比例调节系统的静差。,调节系统的稳定程度主要由衰减比,n,来决定，,通常要求衰减比为,410,，对应的要求,衰减系数,为,0.216,0.343,。,108,2,、二阶设计的推广使用,当调节对象和测量感温元件均为一阶惯性环节且感温元件的惯性比较大时，如采用比例积分调节器，系统的动态结构图如下。,109,恒值调节系统 ，输出量室温对输入量干扰 的传递函数,110,0 0),将其代入系统特征方程，可得关于,z,的多项式，以判断系统的相对稳定性。,123,（四）,对象的调节性能指标,a),阶跃干扰作用下的过渡过程,b,）阶跃给定作用下的过渡过程,124,（,1,）衰减比,n,用,n,可以判断振荡是否衰减和衰减程度。,n,1,时，系统稳定,；,n,=1,时，等幅振荡,；,n,1,时，增幅振荡,。通常取,n,=410,。表明调节作用能够很快克服干扰，将被调参数的波动回复到允许的范围之内,。,125,（,2,）静差,C,(,余差,),过渡过程终了时，被调参数稳定在给定值附近，稳定值与给定值之差为静差。,=0,时，为无静差； ,0,时，为有静差。,（,3,）超调量（动差）,M,过渡过程中，被调参数相对于新稳态值的最大波动量,（,4,）最大偏差,A=M+C,被调参数相对于给定值的最大偏差。若,A,过大，且偏离时间过长，系统离开指定的工艺状态越远，调节品质越差。,126,（,5,）振荡周期 和振荡频率,f,相邻两个波峰所经历的时间为振荡 周期，其倒数为振荡频率。,（,6,）调节过程时间,调节系统受干扰后，从被调参数开始波动至达到新稳态之所经历的时间间隔。 越小越好，一般希望,127,五、,掌握控制系统的误差分析,误差及稳态误差,系统类型及误差度,静态误差系数,128,（一）,误差及稳态误差,1.,误差,:,被控量的希望值和实际值之差,.,即,2,、稳态误差：,129,（二）系统类型及误差度,1,系统类型,设系统开环传递函数为,式中,K,系统的开环增益；,系统中积分环节的个数。,对应于,=0,，,1,，,2,的系统，分别称之为,0,型、,型和,型系统。,130,2,、误差度,被控量稳态值的附近,（或 ）称为系统的误差度（带）。,131,（三）静态（稳态）误差系数,p209,表,4-2,1.,静态位置误差系数,2.,静态速度误差系数,3.,静态加速度误差系数,132,例题：求稳态误差,温度计的传递函数为,，用其测量容器内的水温，,1min,才能显示出该温度的,98%,的数值。若加热容器使水温按,10,C/min,的速度匀速上升，温度计的稳态指示误差为（,）。,133,六、,控制系统的综合和校正,校正的概念,串联校正装置的形式及其特性,继电器调节系统（非线性系统）及校正,位式恒速调节系统,带校正装置的双位调节系统,带校正装置的位式恒速调节系统,134,（一）校正的概念,1,、校正：,在系统中加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，使系统整个特性发生变化，从而满足给定 的各项性能指标。,2,、校正装置：,加入一些其参数可以根据需要而改变的机构或装置，这种附加装置为校正装置，也称为,补偿器。,3,、性能指标：,时域性能指标：,稳态误差，上升时间、峰值时间、超调量,频域性能指标：,相位裕量，剪切频率、谐振频率,135,（二）,串联校正装置 的形式及其特性,1,、超前校正装置,136,零、极点分布,Bode,图,137,频率特性为：,138,PD,控制器的传递函数为：,是一种超前校正装置。,139,2,、滞后校正装置,滞后校正装置的作用,:,低通滤波,.,能抑制噪声,.,改善稳态性能,. ,抗噪声能力一般,=10.,为不使滞后相角影响,一般取,140,PI,控制器的传递函数为：,是一种滞后校正装置。,141,PID,控制器的传递函数为：,兼有,PI,控制器和,PD,控制器的优点，是一种滞后,-,超前校正装置。,142,（三）继电器调节系统（非线性系统）及校正,在自动调节系统中有一个或一个以上元件具有继电型特性这称为继电器调节系统。,继电器调节系统是一种根本非线性自动调节系统。,许多继电器调节系统，调节过程会出现自振荡。如果自振荡是正常工作情况，被调量的振幅要受到调节精度要求的限制。,由于继电器调节系统的线性部分具有低通滤波特性，所以提高自振荡的频率，使振幅较小。,为了限制自振荡的振幅（或提高其频率），可以利用校正装置，如果系统中具有不灵敏取得元件的话，应用校正装置可以完全抑制自振荡。,143,双位控制规律,双位控制规律,实际的双位控制特性,144,1,、位式恒速调节系统,恒速调节不象双位调节那样调节过猛，在加、减热量中是恒速地变化的所以当室温回到上、下限之间时，可能不会超出这个区间，而能稳定下来这就是所谓非周期的,调节过程，但也可能经过,23,个周期即稳定下来,这是衰减振荡，系统的静差是由上、下限间的区域来决定的,145,影响等速调节品质的因素有以下三点,:,1,）与调节器上、下限之间的区域有关当上、下限之间的区域越宽。系统的静态误差越大；但室温不易起出这个区域，因而易于稳定。当上、下限间的区域较窄，静差减小；过窄时系统不易稳定,。,146,2,）与执行机构全程时间有关。,是指执行机构的位置从零移至全行程所需时间，即调节阀从全闭到全开的时间执行机构的全行程时间,越小，其调节的补偿速 度就越大，抗干扰能力就强，过渡过程的时间可缩短,但当补偿速度过快时，恒速调节系统可能产生像双位调节那样的不停地振荡即电动阀一会全开，一会全关，形成振荡这在恒速调节中是不允许的。,147,3,）对象的动态特性也是影响调节品质的重要因素实践证明，当对象特征比、传送系数以及敏感元件时间常数大时，易使系统产生振荡。动态偏差也会增大。,148,2,、带校正装置的双位调节系统,当采用双位调节时影响室温调节品质的几个因素如下,：,149,l,）室温对象一空调房间的特性参数,、,T,、,K,对调节品质有影响。,因存在着对象的滞后时间,，所以会使室温调节品质恶化。当,愈大时，调节振幅即动态偏差增大。只有在理想状态下，对象滞后等于零时，室温波动的振幅才等于调节器的不灵敏区，但这在实际上是不可能的而当,增大时，调节周期可加大，这样就减少了振动次数，延长了使用寿命。,对象的时间常数,T,越大时，因室温上升速度小，所以振幅可减小这对调节有利且,T,大时可使调节周期加大，对减少磨损也有利,当对象的传递系数大时，调节过程的动差和静差均增大，调节周期将缩短，振动次数会增加，寿命也会缩短,.,150,2,）调节器不灵敏区对调节品质的影响。,调节器不灵敏区增加时动态偏差增大，这是不利的；但不灵敏区增加时，振动周期可加大，对减少磨损有利。,3,）加热器的容量和室内热干扰对室温的影响。,在一般设计中，还有所谓调整用电加热器。此种加热器是手动控制的，是用来外偿由于季节不同而引起的建筑物热损失的波动的为了提高调节精度，把这部分加热量不计算在控制用加热量中，是非常必要的同时，间歇运行为空调系统，在每次启动初期为了尽快上升到所需温度，也有必要设置这部分加热器。,151,4,）敏感元件的时间常数及其安装位置对室温调节品质的影响,。,敏感元件存在着一定的热惯性，对调节品质也有直接的影响；同时敏感元件的安放位置也直接影响着调节品质。,敏感元件的时间常数越小对调节品质越有利,。由于敏感元件的热惯性，而不能及时的反映由于外界干扰所引起的室温变化，因此其热惯性将使调节系统的抗干扰性变坏，调节时间加长，动态偏差增加。因此，在选择敏感元件时，应按一般热惯性、微惯性等区别选用。,152,敏感元件的安放位置，对调节品质也有影响一方面从调节原理出发，敏感元件的安装位置应放在恒温区，另一方面从减少敏感元件的时间常数来考虑、则应安装在气流速度较大地点，但两者往往不能兼备。,为了克服双位调节固有的缺点，在实际工作中可以采用加校正装置的双位调节系统。,153,反馈环节的参量与总是应该选得能使自振荡的频率提高许多倍，当线性部分输出量的振荡频率很高时，他的幅值就非常小了,。,室温双位比例微分调节系统图,154,自振荡的半周期,减小 与 ，均可使 减小，使自振荡频率提高，使室温波动范围减小。,155,当自振频率增高时， 趋近于零，因此在极限情况下，可得平均值的方程组为：,当 ,0,（,0,）时，自振荡回路的传递函数趋近于理想的比例,+,微分环节的传递函数：,156,调节器的放大系数；,=,微分时间。,对应于一定的干扰，就有一定的 ，相应的就有一定的静差 ，增大了 ，也即增大了静差。,157,3,、带校正装置的位式恒速调节系统,产生衰减振荡是恒速调节系统的工作特点，如果不灵敏区整定的太小（精度要求较高）时又可能造成等幅振荡，使系统不稳定。为了克服系统固有的缺点，实际工作中可以采用加校正装置的恒速调节系统。,158,以三位比例微分调节系统（见上图）为例,由于三位元件具有不灵敏区，所以当,=0,时回路中不会产生自振荡。只有当,时回路中才会产生自振荡。,三位元件加上非周期反馈环节，在缓慢变化的输入量 作用下，其特性变成了又不灵敏区,的线性特性 。,如下图所示。,159,三位元件加非周期反馈环节的特性,160,在极限情况下的特性是没有不灵敏区的，放大系数等于,同理自激振荡回路的传递函数在,0,的极限情况下，趋近于理想的比例微分回路的传递函数：,161,当室温的波动范围要求限制在,1,以内的精度时，或干扰强烈、被调对象特性不利于调节时，需要采用抗干扰性强、调节精度高的,PID,调节仪表组成自动调节系统。,所有,PID,调节系统中的,PID,参数，对调节质量都有很大影响所以，根据不同调节对象，整定好各自的参数。,162,例,当调节器上、下限之间的区域越宽，系统的静态误差越（）；当上、下限间的区域较（），静差减小；过窄时系统不易稳定。,A,大；,B,小；,C,窄；,D,宽,解题思路：影响等速调节品质的因素与调节器上、下限之间的区域有关当上、下限之间的区域越宽。系统的静态误差越大；但室温不易起出这个区域，因而易于稳定。当上、下限间的区域较窄，静差减小；过窄时系统不易稳定。,163,