(整理)7 章 自动调节的基础知识.
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自动调节的基础知识
第一章自动调节的基础知识第一节引言第二节调节对象的基本特性第三节自动调节规律第四节调节系统的整定第五节调节系统的试验第六节调节系统的质量指标第一节引言生产过程是否正常进行，通常是用一些物理量来表征的,当这些物理量偏离所希望维持的数值时，就表示生产过程离开了规定工况，必须加以调节。
调节的任务就是表征生产过程是否正常进行的这些物理量保持在所希望的数值上。
水冷壁位计汽包锅炉给水人工调节示意图人工/自动调节单元给定单元执行单元汽包锅炉给水自动调节示意图人工/自动简单控制系统简单控制系统是由一个被调量、一个控制量而且只用一个调节器、一个调节阀所组成的一个闭合回路。
在热工过程控制中简单控制系统是最基本的，也是应用最多的。
¾1．被调量（被控制量） 表征生产过程是否正常运行并需要加以调节的物理量。
¾2．给定值 按生产要求被调量必须维持的希望值。
¾3．控制对象（被控对象） 被调节的生产过程或设备称为控制对象。
¾4．调节机构 可用来改变进入控制对象的物质或能量的装置称为调节机构。
¾5．控制量（调节量） 由调节机构(阀门、挡板等)改变的流量(或能量)，用以控制被调量的变化。
¾6．扰动 引起被调量偏离其给定值的各种原因称为扰动。
如果扰动不包括在控制回路内部(例外界负荷)，称为外扰。
如果扰动发生在控制回路内部，称为内扰。
其中，由于调节机构开度变化造成的扰动，称为基本扰动。
变更控制器的给定值的扰动称为给定值扰动,有时也称控制作用扰动。
¾7．控制过程（调节过程） 原来处于平衡状态的控制对象，一旦受到扰动作用，被调量就会偏离给定值。
要通过自动控制仪表或运行人员的调节作用使被调量重新恢复到新的平衡状态的过程，称为调节过程。
¾8．自动控制系统 自动控制仪表和控制对象通过信号的传递互相联系起来就构成一个自动控制系统。
稳态动态第二节自动调节对象的基本特性¾调节对象基本特性的数学模型——传递函数¾热工对象动态特性的特点¾有自平衡能力的对象¾无自平衡能力的对象¾调节对象的特征参数¾对象动态特性的求取¾汽包炉机组的动态特性¾超临界机组的动态特性被控对象x r (t)x c (t)X c (s)X r (s) W(s) =被控对象控制通道控制通道通道:对象的输入量至输出量的信号联系。
自动调节讲座
第一讲自动调节名词解释1.调节——为使表征生产设备正常运行的物理量保持在规定值而进行的操作。
2.自动调节——在生产过程中，为了保证被调量恒定或在某一规定范围内变动，采用自动装置来代替运行人员的操作，这个由自动装置进行的操作过程叫做自动调节。
3.调节过程——指自动调节系统中，被调量随时间变化的过程。
4.调节规律——指在调节过程中调节器的输入信号与调节器输出信号之间的运算关系。
5.调节对象——任何一个调节系统，总有一个或几个被调量，被调量所在的生产设备的局部或全部叫做调节对象。
6.被调量——指表征生产工艺设备运行情况是否正常而需要加以调节维持的物理量。
7.比例带——调节器输出量和输入量的相对变化量之比的百分数。
8.过度过程时间——从扰动发生起到被调参数又重新趋于稳定并建立新的平衡状态为止的这段时间。
9.积分时间——指积分作用形成的输出变化值等于引起该变化的输入的阶跃值时所需的时间。
10.飞升时间——指在阶跃信号作用下，被调量以最大飞升速度达到稳态值所需的时间。
11.过渡过程——自动调节系统被调量随时间变化的动态过程。
12.过度过程的振荡周期——指过渡过程曲线从第一个波峰至第三个波峰之间的时间。
13.过渡过程曲线——在过度过程中，被调量随时间变化的曲线，叫过度过程曲线。
14.调节机构——用来改变进入调节对象的物质或能量的装置。
15.调节阀特性——当调节阀门前后差压一定时，介质的相对流量(实际流量和额定流量之比)和阀门开度之间的关系。
16.给定值——根据生产过程的要求，规定被调量应达到并保持的数值。
17.反馈——将输出量的全部或一部分信号返回到输入端。
18.扰动——指引起被调量变化的各种因素。
19.调节品质指标——是指衡量调节系统在动态和静态时工作质量的一些标准。
20.衰减率——是指被调量两相邻周期幅值衰减的百分数。
21.稳态——也称静态，是指在自动调节系统中，被调量不随时间变化的平衡状态。
22.稳态偏差——调节过程结束后，被调量与给定值的长期偏差。
热工过程与自动调节复习重点
第一章自动调节的基本概念1、基本概念：被调对象：被调节的生产设备和生产过程被调量：通过调节需要维持的物理量给定值：根据生产要求，被调量的规定数值扰动：引起被调量变化的各种原因调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量调节机关：在调节作用下，用来改变调节作用量的装置系统方框图：将实际的生产设备以及它们相互间的连接关系用抽象的形式表示，是一种对调节系统进行描述或分析的有力工具和非常直观的表达方式，主要由环节方框和信号线组成。
环节：每一个方框代表一个能完成一定职能的元件同类环节：物理系统不同，数学模型的形式完全相同，两个环节的因果关系类同注：不能说一个元件只能用一个方框表示，同一个元件在反映两个或多个不同特性时，应该用两个或多个方框来表示它们不同的因果关系信号线：连接各个环节且带有方向箭头的线，信号线只表示信号的传递关系和方向，而不是代表物料是从水槽中向外流出的，信号的流向不能逆行。
2、自动调节系统的分类：（1）按给定值信号的特点分类：1、恒值调节系统2、程序调节系统3、随机调节系统（2 ）按调节系统的结构分类：2.1、反馈调节系统（也称闭环调节系统）：把被调量信号经过反馈回路送到调节器的输入端和给定信号进行比较，比较后的偏差信号作为调节器的调节依据。
特点：①在调节结束时，可以使被调量等于或接近于给定值；②当调节系统收到扰动作用时，必须等到被调量出现偏差后才开始调节，调节的速度相对比较缓慢2.2、前馈调节系统（也称开环调节系统）：调节器接受了被调对象受到的扰动信号，按预定的调节规律立即对被调对象产生一个调节作用，以抵消扰动信号对被调量的影响。
不存在反馈回路。
特点：①由于扰动影响被调量的同时，调节器的调节作用已产生，所以调节速度相对比较快；②由于没有被调量的反馈，所以调节结束时不能保证被调量等于给定值2.3、复合调节系统：前馈+反馈（3）按调节系统闭环回路的数目分类：1、单回路调节系统2、多回路调节系统（4）按调节作用的形式分类：连续调节系统2、离散调节系统（采样调节系统）（5）按系统的特性分类：1、线性调节系统2、非线性调节系统3、典型的调节过程：（1）非周期（不振荡的）调节过程（2）衰减振荡调节过程（3）等幅振荡调节过程（4）渐扩振荡调节过程注：后两种不可采用4、自动调节系统主要的性能指标：4.1、稳定性：负反馈是调节系统稳定的必要条件，正反馈是系统不稳定的根本原因，系统的稳定性用衰减率来衡量，衰减率：二M1一"3稳定性的最佳指标：匸=0.75U0.9M1非周期调节过程：=1 ;等幅振荡调节过程：* =0 ；衰减振荡调节过程：0・；：弋；渐扩振荡调节过程：^ ：：：04.2、准确性：反应调节过程中和调节结束时被调量与给定值之间偏差的程度(1)动态偏差e max :在整个调节过程中被调量偏高给定值的最大偏差值(2)静态偏差e「：调节过程结束后被调量和给定值之间的偏差值4.3、快速性：反应调节过程持续时间的长短，称调节时间t s4准则数I ：|二广|y(t) —y(：: ) |dt，I值数值越小，调节的质量越好5超调量M p :反映系统调节过程中被调量超过稳定值的最大程度M 卩=y max-y：100%%第二章自动调节系统的数学模型1、静态特性：系统处于平衡状态时(即输入信号和输出信号都不随时间变化) ，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系，称为系统的静态特性。
自动调节的基础知识
第七章自动调节的基础知识火力发电厂的锅炉、汽轮机组在正常运行中有大量的热工参数需要进行调节与控制。
从安全和经济考虑，总希望运行工况能够始终保持在最佳状态，即把一系列工艺过程参数(物理量)的数值控制在合适的范围内。
工艺过程参数的调节和控制一般有两种方式，即人工调节与自动调节。
生产过程中靠运行人员眼睛观察被调参数的数值及其变化情况(变化的方向与速率)，经过大脑分析判断，再用手去操纵有关的调节机构，使被调参数稳定在规定值附近。
上述过程中从参数的监视、分析判断到操作，是完全依靠人工进行的，因而称为人工调节(手动调节)。
随着科学技术的发展，采用技术先进、节能省力的自动化装置代替人去进行调节，这种方式称为自动调节方式。
在自动调节设备中，检测仪表相当于人的耳目，调节仪表相当于人的大脑，执行器则相当于人的手。
第一节自动调节的基本概念一、常用术语与调节系统的分类1．常用术语(1)自动调节系统。
调节设备和被调对象构成的具有调节功能的统一体，称为自动调节系统。
(2)被调对象。
被调节的生产过程或工艺设备称为被调对象，简称调节对象或对象。
(3)被调量。
被调对象中需要加以控制和调节的物理量，称为被调量或被调参数。
不能把对象中流人和流出的物质(如水、汽等工作介质)当作被调对象的被调量。
(4)给定值。
根据生产过程的要求，规定被调量应达到并保持的数值，称为被调量的给定值(或目标值)。
(5)扰动。
引起被调量偏离给定值的各种因素称为扰动。
阶跃变化的扰动称为阶跃扰动。
(6)调节量。
由调节作用来改变并抑制被调量变化(使被调量恢复为给定值)的物理量，称为调节量。
2．调节系统的分类生产过程自动调节系统应用广泛、形式多样，其分类方法也很不一致，现将常用的调节系统分类叙述如下。
(1)按给定值的特点分类①定值调节系统：给定值在系统工作过程中是恒定的。
扰动作用使被调量偏离给定值，在调节过程结束后被调量能恢复到(或接近)给定值。
锅炉的汽温、汽压等调节系统属于这类系统。
自动控制原理与系统第7章直流调速系统
若略去平波电抗器Ld的电压降落ULd，则电枢电压Ua可近似等于
Ud(Ud=Ua+ULd)。当电枢电压Ua增加时，转速n将增加。因此，调节 给定电压Us，即可调节转速n的数值。
图 7-2 具有转速反馈的直流调速系统组成框图
• 当负载转矩TL发生变化时（今设TL增加），则 电动机的转速将下降（n ），则反馈环节的反
•Tn------速度调节器时间常数 T=RnCn ；
•Ke--------电动机电动势恒量 •Φ--------电动机工作磁通量(磁极磁通
•Ki------电流调节增益.Ki=Ri/R0 量） ；
•Ti-------电流调节器时间常数 Ti=RiCi ；
•JG--------电动机及机械负载折合到电 动机转轴上的机械转速惯量；
系统的动态性能分析
• 适当降低增益（即调低比例系数Kk），将使系 统的稳定性改善（ 、 N ），但稳态误差
（ ess ）将有所增大。
实例分析
分析晶闸管调速系统线路的一般顺序是: 主电路→触发电路→控制电路→辅助电路
(包括保护、指示、报警等）
7.2 转速和电流双闭环直流调速系统
系统的组成：
假设 n Usn / ，其自动调节过程如下：
直至
n Usn
，Un 0
调节过程才结束
图 7-8 速度环的自动调节过程
图 7-9 转速、 电流双闭环直流调速系统框图
框图中的系统结构参数有共13个
•Kn-----速度调节增益。Kn=Rn/R0 ；•KT-------电动机电磁转矩恒量；
馈电压将减小（ U fn ），于是偏差电压 将增U 大Us(Ufn )，经电压U放 大和功率放大后，整
流输出电压Ud也将增大，而
第七章 电力系统的自动调频与经济调度
9
第二节
调频、电力市场与调频方程式
各类电厂需根据调度命令进行合理组合，原则是： ① 充分合理利用水力资源； ② 尽量降低火电机组的单位煤耗； ③ 减少烧油、气电厂的发电量。 枯水季节选择水电厂，丰水季节选火电厂作调频厂。调频电厂不能过 度集中，热力过程需要有一定的自动化程度。
10
第二节
调频、电力市场与调频方程式
当负荷变化较大时， 调整结束时频率与额定值偏差较大——调节结果
有差； 频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化， 调节原动力阀门开度 调节转速， 表现为一条调节特性上、下平移， 可以保证调整结束时
频率与额定值偏差很小或趋于零——调节结果可以是无差;
频率的三次调整针对第三种负荷变动引起的频率偏移进行调整，即由 调度部门根据负荷曲线进行最优分配，通常是通过负荷预报得到负荷 曲线，按最优化准则分配负荷，在各发电厂或发电机组间实现有功负 荷的经济分配。
得到负荷曲线，按最优化准则分配负荷，在各发电厂或发电机 组间实现有功负荷的经济分配。
8
第一节
概述
系统频率的调节方式
调速器：反应机组转速和给定值之间的偏差，并以此来改变调节 阀门的开度以增加或减少原动机的出力，使机组转速维持在一定 范围 调频器（或称同步器）：反应系统频率与给定值之间的偏差，从 而改变阀门的开度。
13
第二节
调频、电力市场与调频方程式
设系统的负荷增量（即计划外的负荷）为ΔPL，则调 节过程结束时，必有
PL P 1 P 1
Pn 1 f K sn Ks
为等值调节系数
1 1 f K s1 K s 2
其中
Ks 1 1 1 K s1 K s2 1 K sn
第二节
调频、电力市场与调频方程式
各类电厂需根据调度命令进行合理组合，原则是： ① 充分合理利用水力资源； ② 尽量降低火电机组的单位煤耗； ③ 减少烧油、气电厂的发电量。 枯水季节选择水电厂，丰水季节选火电厂作调频厂。调频电厂不能过 度集中，热力过程需要有一定的自动化程度。
10
第二节
调频、电力市场与调频方程式
当负荷变化较大时， 调整结束时频率与额定值偏差较大——调节结果
有差； 频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化， 调节原动力阀门开度 调节转速， 表现为一条调节特性上、下平移， 可以保证调整结束时
频率与额定值偏差很小或趋于零——调节结果可以是无差;
频率的三次调整针对第三种负荷变动引起的频率偏移进行调整，即由 调度部门根据负荷曲线进行最优分配，通常是通过负荷预报得到负荷 曲线，按最优化准则分配负荷，在各发电厂或发电机组间实现有功负 荷的经济分配。
得到负荷曲线，按最优化准则分配负荷，在各发电厂或发电机 组间实现有功负荷的经济分配。
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第一节
概述
系统频率的调节方式
调速器：反应机组转速和给定值之间的偏差，并以此来改变调节 阀门的开度以增加或减少原动机的出力，使机组转速维持在一定 范围 调频器（或称同步器）：反应系统频率与给定值之间的偏差，从 而改变阀门的开度。
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第二节
调频、电力市场与调频方程式
设系统的负荷增量（即计划外的负荷）为ΔPL，则调 节过程结束时，必有
PL P 1 P 1
Pn 1 f K sn Ks
为等值调节系数
1 1 f K s1 K s 2
其中
Ks 1 1 1 K s1 K s2 1 K sn
《初级工》第七章 自动调节系统的基本知识及应用
当t=３Ｔ时，
h(3T ) KA(1 e ) 0.95KA 0.95h()
从加入输入作用以后，经过3T时间，h已经变化了全部变 化范围的95%，这时，可近似认为动态过程基本结束。
3
c、时间常数τ对控制系统的影响
对控制通道的影响： 在相同的控制作用下，时间常数大，被控变量的变化 比较缓慢，则过程比较平稳，容易进行控制，但过渡 过程时间较长；若时间常数小，被控变量的变化速度 快，则控制过程比较灵敏，不易控制。时间常数太大 或太小，对控制都不利。
Kp ——比例调节器的放大倍数
只需改变支点o的位置就可以改变放大倍数Kp 的大小。工业中所用的调节器都用比例度来表 示比例调节的强弱。
其中（xmax-xmin）为仪表量程，（ymax-ymin）为调 节器输出量的范围 但比例调节不能使被调量恢 复到给定值而存在余差，因而调 节准确度不高。当调节质量要求 较高时，需要加上积分调节来消 除余差。
mD—扰动作用；μ—执行机构位移；D—软化水流量； W—生水流量；h—软化水箱水位；h0—水位给定值； i1—水位偏差信号；i2—调节信号
三、自动调节系统的特征分类
1、按给定值信号的特征分类
①定值调节系统
②随动调节系统
③程序调节系统
2、按工作原理分类 ①反馈调节系统 ②前馈调节系统
③前馈-反馈调节系统
对上式求导：
当t=0时，
h
dh KA t T e dt T dh KA h() dt T T
当对象受到阶跃输入作用 后，被控变量如果保持初 始速度变化，达到新的稳 态值所需要的时间就是时 间常数。
h(∞)
0.632h(∞)
0
T
热工过程自动调节
热工过程自动调节 1.自动调节的常用术语：〔1〕被调对象：即被调节的生产设备或生产过程。
〔2〕被调量：通过调节需要维持的物理量。
〔3〕给定值：根据生产要求，被调量的规定数值。
〔4〕扰动：引起被调量变化的各种原因。
〔5〕调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量。
〔6〕调节机关：在调节作用下，用来改变调节作用量的装置。
2.自动调节系统的分类：〔1〕按给定值信号的特点分：a.恒值调节系统：自动调节系统在运行过程中给定值恒定不变，也就是希望被调量保持为一固定数值。
这是在热工过程自动调节中应用最多的一种自动调节系统。
b.程序调节系统：这类系统的给定值是时间的函数，给定值随时间变化是预选设定的，调节系统用来保持被调量按预选设定的随时间变化的数值来改变。
C.随机调节系统：随机调节系统的给定值是不可预知的，其数值决定于一些外来因素的变化，所以调解结果使被调量也跟随这个给定值随时间改变。
〔2〕按调节系统的结构分：a.反应调节系统：反应调节系统是依据于偏差进行调节的，其特点是，在调节结束时可以使被调量等于或接近给定值；当调节系统受到扰动时必须等到被调量出现偏差后才开始调节，所以调节的速度相比照拟缓慢。
B.前馈调节系统：前馈调节系统是依据扰动进行调节的，其特点是：由于扰动影响被调量的同时调节器的调节作用已产生，所以调节速度相比照拟快；由于没有被调量的反应，所以调节结束时不能保证被调量等于给定值。
前馈调节系统由于无闭合环路存在，亦称为开环调节系统。
C.复合调节系统：采用复合调节系统后，吸取了前馈和反应调节系统各自的长处，在调节过程中，水温偏离给定值不会太大，调节结束时，水温可等于或接近给定值。
另外，整个调节时间也可以缩短，调节质量得到改善。
3.调节系统主要的性能指标：〔1〕稳定性：只有一个稳定的系统才能完成自动调节的任务；调节系统的稳定性问题是由于系统本身的闭环反应作用所引起的，负反应是自动调节系统稳定的必要条件，而正反应往往是系统不稳定的根本原因。
自动调节原理
自动调节原理自动调节原理是指利用一定的控制系统，使被控制对象在外部条件发生变化时，能够自动地调节其自身状态，以实现系统的稳定性和性能优化。
自动调节原理在各个领域都有着广泛的应用，比如工业控制、电子设备、交通运输等领域。
下面将从控制系统的基本原理、自动调节的分类、自动调节的应用等方面进行详细介绍。
控制系统的基本原理。
控制系统是由输入、输出、控制器和被控对象组成的，其基本原理是通过控制器对输入信号进行处理，然后输出控制信号，使被控对象的输出能够满足要求。
在自动调节系统中，控制器会根据被控对象的反馈信息，自动地调节输出信号，以实现对被控对象的自动调节。
自动调节的分类。
根据控制器的工作原理和调节方式，自动调节可以分为比例调节、积分调节、微分调节和PID调节等几种类型。
比例调节是根据被控对象的偏差值来调节输出信号，积分调节是根据偏差值的累积量来调节输出信号，微分调节是根据偏差值的变化速率来调节输出信号，而PID调节则是将比例、积分和微分调节结合起来，综合考虑偏差值、偏差累积量和偏差变化速率来进行调节。
自动调节的应用。
自动调节原理在工业控制中有着广泛的应用，比如在温度控制系统中，通过自动调节原理可以实现对加热器的温度进行精确控制，从而保证生产过程中温度的稳定性；在电力系统中，自动调节原理可以实现对发电机的电压和频率进行自动调节，以保证电力系统的稳定运行；在交通运输领域，自动调节原理可以应用于自动驾驶汽车中，通过对车辆的速度、转向等参数进行自动调节，实现对车辆的自动控制。
总结。
自动调节原理是控制系统中的重要概念，通过对被控对象的自动调节，可以实现对系统性能的优化和稳定性的提高。
在实际应用中，需要根据被控对象的特性和控制要求，选择合适的自动调节方式和控制器参数，以实现对系统的有效控制。
希望通过本文的介绍，读者能够对自动调节原理有一个更加深入的理解，从而能够更好地应用于实际工程中。
关于自动调节
第一章自动调节的基本概念The Basic Concept of Automatic Regulation本章要求理解自动调节的概念、自动调节系统组成和常用术语；掌握采用方框图描述调节系统的方法；熟悉自动调节系统的分类及各种分类方法的特点；理解四种基本的调节过程及调节系统性能指标。
本章重点：1、用方框图描述调节系统2、、几种基本调节过程的特点3、调节系统性能指标本章难点：用方框图描述调节系统第一节实现自动调节的方法Method of Automatic Regulation如何实现自动调节的方法，是我们首先需要解决的问题，现以一个实现水槽水位自动调节的方法为例。
要完成好自动调节的任务，必须要重视以下几个问题：1．检测部件(sensor)的检测准确性是自动调节的先决条件。
2．调节部件(regulator)是自动调节设备中的一个核心部件。
3．调节部件发出的调节信号是通过哪个物理量的改变去实现调节也是值得研究的问题4．掌握被调节的生产设备的特性，是设计自动调节方案前需要做的一项工作。
第二节常用术语为了激发学生兴趣，第一次课可简要介绍自动调节理论的发展史及相关历史人物思考：自动调节与顺序控制、热工保护等热工自动化项目比较，有何异同？General Terminology常用术语及其含义是一个重要内容，它们的使用将贯穿在本课程的整个学习过程中。
1．被调对象(controlled object) 即：被调节的生产设备或生产过程。
2．被调量(controlled variable) 即：通过调节需要维持的物理量。
3．给定值(set point) 即：根据生产要求，被调量的规定数值。
4．扰动(disturbance) 即：引起被调量变化的各种原因。
5. 调节机关(regulating valve) 即：在调节作用下，用来改变进入被调对象的物质或能量的装置。
6．调节作用量（controlling variable），即：在调节作用下，控制被调量变化的物理量。
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第七章自动调节的基础知识火力发电厂的锅炉、汽轮机组在正常运行中有大量的热工参数需要进行调节与控制。
从安全和经济考虑，总希望运行工况能够始终保持在最佳状态，即把一系列工艺过程参数(物理量)的数值控制在合适的范围内。
工艺过程参数的调节和控制一般有两种方式，即人工调节与自动调节。
生产过程中靠运行人员眼睛观察被调参数的数值及其变化情况(变化的方向与速率)，经过大脑分析判断，再用手去操纵有关的调节机构，使被调参数稳定在规定值附近。
上述过程中从参数的监视、分析判断到操作，是完全依靠人工进行的，因而称为人工调节(手动调节)。
随着科学技术的发展，采用技术先进、节能省力的自动化装置代替人去进行调节，这种方式称为自动调节方式。
在自动调节设备中，检测仪表相当于人的耳目，调节仪表相当于人的大脑，执行器则相当于人的手。
第一节自动调节的基本概念一、常用术语与调节系统的分类1．常用术语(1)自动调节系统。
调节设备和被调对象构成的具有调节功能的统一体，称为自动调节系统。
(2)被调对象。
被调节的生产过程或工艺设备称为被调对象，简称调节对象或对象。
(3)被调量。
被调对象中需要加以控制和调节的物理量，称为被调量或被调参数。
不能把对象中流人和流出的物质(如水、汽等工作介质)当作被调对象的被调量。
(4)给定值。
根据生产过程的要求，规定被调量应达到并保持的数值，称为被调量的给定值(或目标值)。
(5)扰动。
引起被调量偏离给定值的各种因素称为扰动。
阶跃变化的扰动称为阶跃扰动。
(6)调节量。
由调节作用来改变并抑制被调量变化(使被调量恢复为给定值)的物理量，称为调节量。
2．调节系统的分类生产过程自动调节系统应用广泛、形式多样，其分类方法也很不一致，现将常用的调节系统分类叙述如下。
(1)按给定值的特点分类①定值调节系统：给定值在系统工作过程中是恒定的。
扰动作用使被调量偏离给定值，在调节过程结束后被调量能恢复到(或接近)给定值。
锅炉的汽温、汽压等调节系统属于这类系统。
②随动调节系统：被调量的给定值既不恒定又不按预的规律变化，而是决定于某些外来因素。
例如，锅炉启动时，根据某些部件的温度或应力变化随时确定升温、升压的速度，这时的汽温、汽压调节系统属于随动调节系统。
③程序调节系统：被调量的给定值是根据生产过程的工艺要求，按预先确定的时间函数变化的。
例如，在锅炉按升温、升压曲线启动的过程中，汽温、汽压调节系统属于程序调节系统。
(2)按调节系统的结构分类①开环调节系统：输出量与输入量之间不存在反馈回路的系统，称为开环调节系统。
②闭环调节系统：输出量和输入量之间存在反馈回路的系统，称为闭环调节系统。
③复合调节系统：系统中有开环调节作用又有闭环调节作用的系统，称为复合调节系统。
其调节效果比一般的闭环调节系统更好。
（3）按系统中闭环回路的数量分类①单回路调节系统：系统中只有一个被调量信号反馈到调节器的输入端，形成一个闭合回路。
这种系统适用于简单的调节对象。
②多回路调节系统：系统中有两个或两个以上的输出信号被反馈到调节器的输入端，从而形成两个或两个以上闭合回路的系统，属于多回路调节系统。
(4)按系统的输出量与输入量之间的关系分类①线性调节系统：系统的输出量和输入量之间的关系是线性的。
②非线性调节系统：系统的一些环节具有非线性特性（如饱和、死区、回线特性等)。
二、调节系统的原理方框图调节系统原理方框图是一种描述系统组成及变换的方法，对于系统特性的分析和综合是非常方便的。
在方框图中，用方框表示各种环节，环节之间信号的传递方向则用带箭头的线段来表示。
符号表示信号的叠加点，称为比较器。
箭头指向 的表示比较器的输入量，箭头离开 的表示比较器的输出量，输出量等于各输入量的代数和。
方框图清楚地表示出自动调节系统中信号在各环节之间的传递方向和顺序，表示出系统的动态结构。
对每个环节而言，输入量和输出量是确定的，并且输入量的变化会引起输出量的变化，而输出量则不会反过来影响输入量。
这种特点称为调节系统的单向性。
任何一个调节系统或复杂的环节，都可看成是由若干个比较简单的环节组成的。
系统的特性是由这些简单环节的特性综合而成的。
方框之间的基本联接方式有串联、并联和反馈联接。
方框图可按一定的规则进行变换。
其变换的原则是，某一个方框的输出端常接有一个或一个以上的方框，如果后面的方框对其前面方框的输出没有影响(或影响可忽略)，则前面的方框可独立考虑；一个方框图中所有方框都可以独立考虑，则这个方框图科进行简化。
图7-1(a)是两个串联的比例环节，它可用图7-1(b)来等效。
(a) (b)图7-1串联方框图的简化(a)串联的等效（b ）并联的等效所谓等效，是指对信号x 和y 的关系来说，变换后与变换前是完全相同的。
如串联的两个方框的放大系数分别为K 1和K 2，则信号x 和y 之间有如下的关系：x x '=K 1； 'x y =K 2 综合以上两式，可得 xy =K 1K 2 上式中的K ，K ：便是等效方框的放大系数。
由此可知，几个串联环节的等效方框，其放大系数等于各串联方框各自的放大系数的乘积。
图7-2(a)是两个比例环节的并联方框图，其等效方框图如图了7-2(b)所示。
由图7-2(a)的信号传递关系可写出以下关系式：x x '= K 1；xx ''= K 2；y = 'x +''x 综合以上三式，可得xy = K 1+ K 2(a) 图7-2并联方框图的简化 (b)（a ）并联方框图；（b ）等效方框由此可知，并联环节等效方框的放大系数等于各并联方框各自的放大系数的代数和。
图7-3(a)是一个负反馈系统方框图，其等效方框图如图7-3(b)所示。
由图7-3(a)的信号传递关系可写出以下关系式：y = K 1 (x-'y )；'y = K 2y（a ） (b)图7-3 负反馈系统方框图的简化（a ） 负反馈系统方框图；（b ）等效方框综合以上两式，可得图7-3（b ）等效方框的放大系数表达式： x y = 2111K K K + 式中，1K 为正向环节的放大系数，2K 为反馈环节的放大系数。
当21K K >>1时，则有 y = 2111K K x K +≈2K x 上式说明，深度负反馈系统的输出量和输入量的关系仅由反馈环节的特性所决定，而与正向环节的特性无关。
以上是以比例环节为例说明等效变换的方法，对于其他各类环节，这些方法仍然适用。
三、调节过程的品质指标调节过程的品质指标是衡量调节系统在动态和静态时工作质量的一些标准，可以用调节系统受到单位阶跃扰动后被调参数的过渡过程曲线来分析。
过渡过程是指在调节系统受到干扰作用，被调参数偏离给定值时，调节系统的调节作用使被调量恢复到新的稳态的过程。
图7—4表示在单位阶跃扰动下的几种典型的过渡过程曲线。
对于过渡过程，可从稳定性、快速性和准确性三个方面进行分析。
（a）（b）1．稳定性图7-4(a)、(b)所示的三种过渡过程是稳定的，过渡过程结束后。
系统能够恢复平衡。
图(a)中曲线1所反映的过程是单调变化的，曲线2所反映的过程有单峰值，调节作用可使被调量最终达到或接近于稳态值；图7-4（c）的曲线表示“等幅振荡”过程，图7—4(d)的曲线表示“发散振荡”过程。
(c)、(d)所示的过程是不稳定过程，在生产中不能采用。
只有稳定的系统才能完成正常的调节任务，并要求系统具有适当的稳定裕度。
2．准确性这是对被调量实际值与给定值之间的动态偏差和静态偏差的要求。
动态偏差是指调节过程中被调量与给定值之间的最大偏差值，它表示被调量短期偏离给定值的程度。
偏差值越大，偏离的时间越长，实际工况离开规定工况就越远。
通常要求在最大扰动时，被调量的动态偏差不超过生产所允许的范围。
静态偏差是指调节过程结束后，被调量的实际值与给定值之间的偏差。
对静态偏差值的要求，应根据工艺要求作具体分析。
在定值调节系统中，静态偏差越小越好。
3．快速性快速性是对调节过程所经历时间的要求。
通常把从扰动发生时刻到被调量重新进入稳定状态所经过的时间称为过渡过程时间。
过渡过程时间越短，调节作用进行得越快，说明调节系统克服干扰的能力越强。
稳、准、快这三个指标是互相制约的，要求同时满足是困难的。
稳定性过高了就会影响快速性，使调节过程时间加长；反之，若片面追求快速性，将使稳定性下降。
在实际工作中应根据具体情况综合考虑。
一般的原则是，首先满足稳定性要求，再兼顾到准确性和快速性。
第二节 调节对象的特性调节对象是指运行中的各种工业设备。
只有对调节对象的特性有所了解，才能设计出切实可行的调节系统方案并选择适用的调节设备。
本节只简要介绍部分调节对象的静态特性和动态特性。
一、调节对象的静态特性静态持性是指对象在稳定工况时，其输出量与输入量之间的关系。
图7-5是三种环节的静态特性。
R ∆P μ(开度)c1m (流量)∆m m q m m1(a) （b ） (c)图7-5静态特性举例图7-5(a)所示的静态特性是一条直线，其斜率称为传递函数，数图7-4（b ）、(c)所示的静态特性不是直线，可用数学中求切线斜率的方法求其传递系数。
传递系数是对象的静态特性参数，其物理意义是：输入量变化一个单位所引起输出量的改变量。
对于相同的输入量，传递系数大，则输中量也大；反之亦然。
二、调节对象的动态特性调节对象的动态特性是指在动态过程中，被调对象输出量与输入量之间的运算关系。
调节对象的动态特性可以用数学模型来描述，也可用某些动态参数来表征。
1、 容量和容量素数调节对象积蓄能量或积蓄物料的能力称为容量。
容量越大，当流入量和流出量不平衡时，被调量变化越慢，对调节质量的要求较低；容量越小，则当流人量与流出量不平衡时，被调量变化越快，对调节质量的要求较高。
当被调量每改变（增大或减小）一个测量单位时，调节对象中需要改变的能量或物料量的数值称为对象的容量系数。
对于相同的输入量，容量系数大，被调量的变化小；反之,容量系数小，则被调量的变化大。
所以，容量和容量系数是表征对象动态特性的参数。
2．飞升速度和飞升时间飞升速度表示在单位阶跃扰动量作用下，被调量的最大变化速度。
在同一扰动量作用下，对象的容量越大，飞升速度越小；容量越小，飞升速度越大。
飞升时间(又称响应时间)是指在阶跃扰动量作用下，调量以最大飞升速度(起始速度)达到稳态值所需的时间。
3、自平衡能力调节对象的自平衡能力是指系统的平衡状态因扰动而被破坏后，不需要借助调节设备的作用，只依靠调节对象自身的调节能力，被调量就能达到一个新的稳定值，这种自动恢复平衡的能力称为自平衡能力。
调节对象的自平衡能力对调节作用是有利的。
4、迟延(滞后)调节对象在受到扰动后，其被调量并不立即迅速变化，而要经过一段时间后才发生变化，这种特性称为迟延(又称滞后)。