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化工与环境学院过程装备与控制工程专业陈祥光2012年4月,过程控制原理复习(经典部分),1.1简述自动控制理论的发展1.2控制系统工作原理1.3自动控制系统的类型1.4基本术语与概念,过程控制原理复习(第1章),第1章自动控制的基本概念,图1自动控制系统的组成,过程控制原理复习(第1章),（1）系统组成：控制器、执行机构、被控对象、检测元件四大部分。,实际值,过程控制原理复习(第2章),第2章控制系统数学基础及数学模型,2.2Laplace变换及其应用2.3传递函数2.3方块图2.4信号流图2.5自动控制系统的数学模型2.6典型环节的数学模型,过程控制原理复习(第3章),3.2典型输入信号3.3控制系统的瞬态响应3.4劳斯稳定判据3.5控制系统的稳态误差3.6控制系统瞬态响应性能指标3.7常规调节规律及其对控制系统性能的影响,第3章控制系统的时域分析法,过程控制原理复习(第3章),时域分析法：控制系统的时间响应一般分为两部分，即瞬态响应和稳态响应。时间响应可表示为,式中:,(3-1),令，即二阶系统数学模型的标准形式为,（3-17),称为自然频率或无阻尼振荡频率；称为阻尼系数或阻尼比。,过程控制原理复习(第3章),过程控制原理复习(第3章),3.4.1稳态误差和误差传递函数,X(s)E(s),Z(s),Y(s),F(s),图3-14控制系统方块图,过程控制原理复习(第3章),定值调节系统的误差传递函数为:,(3-37),式中,为系统的开环传递函数。,过程控制原理复习(第3章),3.4.2控制系统的结构类型,(3-46),设系统的开环传递函数具有以下形式：,过程控制原理复习(第3章),3.5.1瞬态响应性能指标,图3-15(a)单位阶跃扰动作用下的定值系统响应曲线,过程控制原理复习(第3章),图3-15(b)单位阶跃给定作用下的随动系统响应曲线,过程控制原理复习(第3章小结),(1)系统的稳定性及响应性能都由描述系统的微分方程所决定；(2)系统传递函数分子和分母多项式的各项系数决定了传递函数极点与零点在S平面上的位置；系统的传递函数零、极点的分布决定了系统的时间响应，并表达了系统的动态性能。(3)对于线性定常一、二阶系统，能够得出系统结构及参数与系统性能之间的明确的解析表达式，这些解析式不但能用来分析系统的性能，而且也能用来设计系统。,(4)远离虚轴的极点对高阶系统的响应影响很小，由此导出高阶系统主导极点的概念，于是可以不求解高阶系统的响应，而且借用二阶系统的理论去分析甚至设计高阶系统。(5)线性定常系统稳定的充分必要条件是：其特征方程的根全部位于S平面的左半部。(6)采用劳斯判据不须求解出特征方程的根，就可判断系统的稳定性。(7)P.I.D调节器规律及其对系统调节品质的影响。,过程控制原理复习(第3章小结),过程控制原理复习(第3章小结),表3-1归纳列出了0型、1型和2型系统在3种输入作用下的稳态误差。,表31以开环放大系数K表示的稳态误差,过程控制原理复习(第4章),4.1根轨迹法的基本概念4.2绘制根轨迹图的基本条件和基本规则4.3根轨迹绘制方法举例4.4系统具有纯滞后环节的根轨迹4.5根轨迹法在控制系统分析和设计中的应用,第4章控制系统根轨迹分析法,过程控制原理复习(第4章),系统开环传递函数表达式为：,图4-8根轨迹的渐近线,在已知系统开环传递函数的零、极点情况下，可确定闭环的极点，并依此分析系统参量发生变化时对闭环极点位置的影响。本章的主要内容可归纳以下几点：系统参量（增益）变化时，闭环极点在S平面上运动的轨迹称为根轨迹。当以系统开环增益为变量的轨迹，称为常规根轨迹，而以其他系统参量作为变量绘制的根轨迹称为参量根轨迹（广义根轨迹）。,过程控制原理复习(第4章小结),当系统开环传递增函数零点、极点已知，根据闭环特征方程得到的幅值条件和相角条件，可以推导出绘制常规根轨迹的基本规则。滞后环节的存在使系统的特征方程成为超越方程，相应的根轨迹有无限多条，绘制常规根轨迹所依据的幅值条件和相角条件应作一定的修改。用根轨迹法可确定闭环系统的零、极点在S平面上的位置。如系统存在一对主导极点，则可根据主导极点近似估算出系统暂态响应。,过程控制原理复习(第4章小结),超前校正环节的加入，可使系统的根轨迹左移，改善系统的瞬态响应特性；而滞后校正环节的加入，可改善系统的稳态特性，即提高系统的稳态精度。,过程控制原理复习(第4章小结),过程控制原理复习(第5章),5.2频率特性及其与传递函数的关系5.3频率特性的图示方法5.4奈魁斯特稳定判据5.5控制系统的稳定裕量5.6闭环频率特性5.7频率法在校正装置设计中的应用,第5章控制系统频率特性分析法,过程控制原理复习(第5章),研究系统对正弦输入信号的稳态响应。当输入是正弦信号时,线性定常系统的输出也是正弦信号。它们的频率相同,而幅值与相角则有所不同。但输出信号的幅值和相角还是输入信号频率的函数。,首先介绍系统的频率特性函数,即S=j时的系统传递函数G(s),然后又研究如何用图解方法来表示频率特性函数G(j)随的变化情况。Bode图方法就是这样一种图解方法,它非常适合控制系统的分析和设计。也讨论了极坐标图和对数幅相图两种图解方法。,介绍增益裕度、相角裕度、带宽等概念,研究了频率域内的稳定性判别方法Nyquist稳定性判据,是并通过例子说明Nyquist判据的应用。,过程控制原理复习(第5章),带宽(Bandwidth):从低频开始到频率响应的对数幅值下降-3dB所对应的频率范围。Bode图(Bodeplot):传递函数的对数幅值与对数频率之间的关系图以及传递函数的相角与对数频率之间的关系图。转折频率(Cornerfrequency):由于零点或极点的影响,幅频响应渐近线的斜率发生变化时的对应频率。,最小相位(Minimumphase):传递函数的所有零极点都在s左半平面。非最小相位(Non-minimumphase):传递函数有零极点在S右半平面。极坐标图(Polarplot):G(j)的实部与虚部的关系图。频率特性函数(Transferfunctioninthefrequencydomain):当输入为正弦信号时,输出与输入的Fourier变换之比,常记为G(j)。,过程控制原理典型试题分析,过程控制原理典型试题分析,过程控制原理典型试题分析,过程控制原理典型试题分析,
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