反馈控制的基本原理.docx

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反馈控制的基本原理

第1篇

反馈控制的基本原理

第1章控制回路中的动态环节

1.1负反馈

图1.1调节器改变m以抵消负荷扰动q,使偏差e回到零

闭环中的振荡

图1.2最小的蒸汽阀位在半个周期以后才会使温度达到最低

振荡周期

衰减

1.2难以控制的环节——迟延

图1.3重量传感器对物料流量变化的响应，由于须借助于传送带的移动而被推迟

图1.4纯迟延环节在传送输入信号时把它推迟了τd

迟延环节的相移

图1.5调节量以幅度A和周期τo作周期性变化迟延环节的比例调节

图1.6回路增益为0.5时，该过程将出现1/4幅度衰减；这里Kp>1.0

比例残差

图1.7从时间为零开始负荷以等速下降20%将产生一个锯齿波响应，它的衰减度和残差是相关的

迟延环节的积分（重定）调节

图1.8经过时间I后，积分器输出的变化量等于其输入偏差量

图1.9积分时间改变了衰减度和振荡周期，这里Kp仍大于1

图1.10与图1.7中同样等速下降20%的负荷，在采用积分调节时产生一个较大、较长的波动

衰减的波动

图1.11迟延过程采用积分调节时，振荡周期将随衰减度的增大而加长，而对于给定的衰减

度，回路增益将大于采用比例调节时的数值

比例积分调节

图1.12比例积分调节器的动态增益是比例矢量与积分矢量之和

图1.13比例积分调节器消除了残差，而在振荡周期方面没有多大损失

1.3容易控制的环节——容积

特点

图1.14贮槽液位的变化速度与流入量和流出量之差成正比

图1.15经过V/F时间后，相对液位的变化等于相对流量的变化

自平衡

图1.16响应曲线上各点的斜率等于该点至稳态的距离除以τ1

图1.17过程动态增益矢量g1与分矢量的连接线相交成直角

图1.18多数情况下，振荡周期小于时间常数，因而静态增益和动态增益模的乘积就与非自衡过程一样

1.4单容加迟延

比例调节

图1.19单容加迟延可以代表许多工业过程的动态特性

图1.20自衡过程的动态增益和自然周期均随迟延时间与时间常数的比值而变化

比例积分调节

图1.21上部曲线表示非自衡过程采用PI调节时的最佳负荷响应，下部表示

自衡过程时的情况；两者的时间常数均与迟延时间相等

习题

1.1在图1.3所示过程中，传送带的速度为12ft/min，重量传感器安装在距离阀门4ft处。

阀杆每移动10%可使传送带上的物料重量变化14%。

试计算采用积分调节器时达到最小IAE所需的积分时间，以及这时的衰减振荡周期。

1.2上题若采用比例积分调节，试重复计算之。

1.3一个非自衡过程，当用积分调节器构成闭环时产生等幅振荡。

试问：

若回路中还有迟延环节，则会发生什么情况？

1.4一非自衡过程在比例调节下被迫进入轻微的衰减振荡状态。

这时衰减比为0.75，振荡周期为3.2min，比例带为12%。

试计算该过程采用PI调节器时的最佳整定参数。

1.5一个由迟延加自衡容积组成的过程的自然周期为3.0τd，试计算其动态增益，比值τd/τ1又是多大？

并用图1.2核对答案。

1.6在上题中，若产生等幅振荡的比例带为30%，试计算采用PI调节时的最佳整定参数。

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