第1章 单回路反馈控制系统 6

（3）λij<1，其它回路闭合对本通道有影响，即，
该通道的控制回路与其它系统有关联，这种关联使得本回路增益变大， 正关联。（λij越小关联越大）
（4）λij=0，其它回路开环时，ui对yi没有影响，j – i 通道的控制回路
不能构成
（5）λij<0，其它回路闭合时，本回路将变成不稳定（条析系统关联的方法
（6） λij =∞，只有在其它回路开环时，才能用ui控制yi，即此通道
的控制回路才能成立。
可见，可根据λij对1的偏离程度大小判断关联程度
λij偏离1越大，系统间相互关联越厉害
相对增益矩阵A – 布里斯托尔阵列
● 每行（列）相对增益之和为1。
● 已知各通道的开环增益K
R1(s) Rn(s)
Gc1(s) Gcn(s)
u1(s) j
un(s)
Y1(s)
i
nn
Yn(s)
教学进程
1.7.2 分析系统关联的方法
相对增益定义： 相对增益的计算：
yi u
u j
yi y u j
j – i 通道
第一次计算只有第j个操纵变量变化，其它各操纵变量均维持不变 的增益：
第二次计算其它各操纵变量都变化（处于闭环控制）的增益：
控制器引入积分作用，可消除余差；
微分作用对余差没有影响。
教学进程
1.6.2 对系统动态误差的影响
（3）微分时间Td ：
PD控制器：
u
Kc
e
TD
de dt
u0
也是和比例作用配合，P、PI、PD、PID 微分输出与偏差变化速度成正比， —— “超前”调节作用 Td大，微分作用大，控制系统灵敏，
实验：单回路控制系统连接、投运和整定、质量研究

（2）测量单元 测量单元的作用：检测被控量的实际值，并 把它转换成标准的统一信号，该信号叫被控量的 测量值。 在气动控制系统中，其统一的标准气压信号 是0.02～0.lMPa；在电动控制系统中，其统一的 标准电流信号是0～10 mA或4～20mA。 在温度自动控制系统中，测量单元采用温度 传感器和温度变送器；在压力自动控制系统中， 测量单元采用压力传感器和压力变送器；在锅炉 水位自动控制系统中，测量单元采用水位发讯器 （参考水位罐）和差压变送器。




给比例微分调节器施加一个阶跃的偏差输入信号 后，它首先有一个阶跃的比例加微分的输出，然 后微分输出逐渐消失，最后消失在比例输出上。 微分时间Td表示微分输出消失的快慢，或微分输 出保留得时间长短。若Td大，说明微分作用消失 慢，或微分作用保留时间长，则微分作用强。若 Td小，说明微分作用消失得快，或微分作用保留 时间短，则微分作用弱。因此，微分时间Td的大 小，是衡量微分作用强弱的参数。 如果把微分时间旋钮调整到Td=0，相当于切除微 分作用，这时调节器就成为纯比例调节器。 在比例微分调节器中，加进微分作用后，其比例 带PB可比纯比例控制的比例带PB小一点。
三、反馈控制系统的分类 按给定值的变化规律分类方法： 1、定值控制系统 系统的给定值是恒定不变的，为某个确 定值，则该系统称为定值控制系统。 例如锅炉水位与蒸汽压力控制系统，柴 油机气缸冷却水温度控制系统，燃油粘度控 制系统，发电机的原动机转速控制系统等都 属于定值控制系统。
2、程序控制系统 系统的给定值是变化的，而且是按人们事 先安排好的规律进行变化，则该系统称为程序 控制系统。 例如船舶主机遥控系统中的转速控制，其 给定值就是按车钟设定转速的预定发送速率规 律而变化的。
3、随动控制系统 系统的给定值是任意变化的，且变化规律 是事先无法确定的系统，则该系统称为随动控 制系统。 例如自动舵的随动操舵系统，其舵角给定 值完全取决于当时的航行情况。

④干扰（扰动） 除操纵变量外，作用于对象并使被控变量发生变化旳原因称为
干扰（扰动）。
（2）工作原理
假定控制阀为气关式（气闭式）， 控制器为反作用 。
①F1旳变化造成 L 变化 （ F1 > F2 ）→ L ↑ → u ↓ → F2 ↑→ L ↓ （ F1 < F2 ）→ L ↓ → u ↑ → F2 ↓→ L ↑
(3)所选旳间接指标参数必须具有足够大旳变化敏捷度。 (4) 在被控变量选择时还需考虑到工艺旳合理性和国内、 外仪表生产旳现状。
1.3 操纵变量旳选择 操纵变量选择原则： 1. 选择操纵变量必须满足工艺上旳可实现性与合理性 可实现性——工艺上是可控旳。
如加热燃料旳流量与成份，流量是可控旳，成份是不 可控旳。
各环节特征： 检测元件：
Km 1 5s
干燥筒8.5S 1)(8.5S 1
K2 (100S 1)(100S 1)
混合过程： K3
1 10S
e 风管： 3s
选择： 1）乳液流量动态特征最佳，但工艺不合理，故不取。 2）空气量通道动态特征优于蒸汽流量，故空气流量选为
被控变量旳选择措施： （1）首选直接参数； （2）其次选择间接参数。
1.首选直接参数做被控变量 直接参数——能直接反应生产过程产品产量和质量、
稳定性以及安全运营旳参数。一般对于以温度、压力、流 量、液位为操作指标旳生产过程，就选择温度、压力、流 量、液位作为被控变量。 例：蒸汽锅炉锅水位控制系统，水位就是直接参数；
①被控对象 需要实现控制旳、与被控参数有关联旳设备或生产
过程称为被控对象，简称对象。
②被控变量 对象中需要进行控制（保持数值在某一范围内或按预
定规律变化）旳物理量称为被控变量。如本例中旳贮槽液 位。

一、单回路控制系统1. 画出图示系统的方框图：2. 一个简单控制系统总的开环增益（放大系数）应是正值还是负值？仪表行业定义的控制器增益与控制系统中定义的控制器的增益在符号上有什么关系？为什么？3. 试确定习题1中控制器的正反作用。

若加热变成冷却，且控制阀由气开变为气关，控制器的正反作用是否需要4. 什么是对象的控制通道和扰动通道？若它们可用一阶加时滞环节来近似，试述K P 、K f 、τp 、τf 对控制系统质量的影响。

5. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-，若P P T τ的比值一定时，T P 大小对控制质量有什么影响？为什么？6. 一个简单控制系统的变送器量程变化后，对控制质量有什么影响？举例说明。

7. 试述控制阀流量特性的选择原则，并举例加以说明。

8. 对图示控制系统采用线性控制阀。

当负荷G 增加后，系统的响应趋于非周期函数，而G 减少时，系统响应震9. 一个简单控制系统中，控制阀口径变化后，对系统质量有何影响？10. 已知蒸汽加热器如图所示，该系统热量平衡式为：G 1C 1(θ0-θi )=G 2λ(λ为蒸汽的冷凝潜热)。

（1）主要扰动为θi 时，选择控制阀的流量特性。

（2）主要扰动为G 1时，量特性。

（3特性。

11.作用后，对系统质量有什么影响？为了保持同样的衰减比，比例度δ要增加，为什么？12. 试写出正微分和反微分单元的传递函数和微分方程；画出它们的阶跃响应，并简述它们的应用场合。

13. 什么叫积分饱和？产生积分饱和的条件是什么？14. 采用响应曲线法整定控制器参数，选用单比例控制时，δ=K P τP /T P ×100%,即δ∝K P ，δ∝τP /T P ,为什么？而选择比例积分控制时，δ=1.44K P τP /T P ×100%，即比例度增加，为什么？15. 采用临界比例度法整定控制器参数，在单比例控制时，δ=2δK (临界比例度)，为什么？16. 在一个简单控制系统中，若对象的传递函数为)1T )(1S 1)(T S (T K W P V P +-+S ，进行控制器参数整定时，应注意什么？ 17. 已知广义对象的传递函数为1)S (T e K P SτP P +-，采用比例控制，当系统达到稳定边缘时，K C =K CK ，临界周期为T K 。