过程控制系统的性能指标与动态特性分析

"该资源为一个关于计算机过程控制的PPT演示文稿，主要讨论了控制系统的基本构成、动态特性和性能指标。" 在计算机过程控制中，系统通常由多个关键部分组成，包括调节器、执行器、对象控制通道、对象干扰通道以及检测变送器。这些组件共同工作以确保生产过程的稳定性和效率。 1. 调节器传递函数 (GC(S)) 是控制系统的核心，负责根据偏差信号(e = r - ym)来计算输出(u)，以调整过程参数。 2. 执行器传递函数 (Gv(S)) 接收调节器的输出，并将其转化为实际的物理动作，如改变阀门开度或电机速度。 3. 对象控制通道传递函数 (Gp(S)) 描述了执行器动作对被调量(y)的影响，即过程对象的动态响应。 4. 对象干扰通道传递函数 (Gd(S)) 表示系统对外部干扰(D)的响应，这些干扰可能导致被调量的变化。 5. 检测变送器传递函数 (Gm(S)) 用于将被调量(ym)转换成可被调节器读取的信号。 系统在运行时存在两种状态：稳态和动态。稳态时，系统无干扰且设定值不变，被调量保持恒定。动态状态发生在受到干扰或设定值改变后，系统会经历一个过渡过程，最终恢复到新的稳态。 性能指标是评估控制系统性能的关键因素： 1. 衰减比和衰减率：衰减比通常要求在4:1到10:1之间，对应的衰减率约为75%到90%，以确保快速且稳定的响应。 2. 最大动态偏差和超调量：最大动态偏差衡量被调量在新稳态附近的波动，超调量则反映了过度响应的程度，通常与系统的稳定性有关。 3. 残余偏差：指过渡过程结束后被调量与新设定值之间的差异，反映控制系统的稳态精度。 4. 调节时间和振荡频率：调节时间表示系统达到稳态±5%所需的时间，振荡频率则揭示了过渡过程中的波动情况，这两个指标均关乎控制系统的响应速度。 这些指标在设计和优化过程控制系统时至关重要，确保系统能够在各种工况下实现精确、快速且稳定的控制。