第一章要点
一、反馈控制系统基本概念 （一）控制系统组成
1、控制对象 2、测量单元 3、调节单元 4、执行机构 注意：比较环节不是基本单元。 （二）传递方框图 1、环节
输出量的变化取决于输入量的变化和环节特性。
信号传递的单向性：输出量的变化不会直接影响输入量。 2、扰动
外部扰动：不可控制的扰动，如负荷的变化、电源的波动等。
基本扰动：人为可以控制的扰动，如给定值的变化、调节器参数的调节等。 3、反馈
含义： 将输出全部或部分地回送到输入端以影响输入效应。
负反馈——削弱输入效应的反馈。只有采用负反馈，才能形成偏差。运行参数的自动控制系统必定是负反馈控制系统，亦称为偏差控制系统。
正反馈——加强输入效应的反馈。为了实现某种复杂的控制规律和作用，自动化仪表（如调节器）往往采用局部正反馈。
4、闭环和开环
开环控制的两种情形： （1）按给定值进行控制；（2）按扰动进行控制。 （三）系统类型（按给定值分类） 1、定值控制系统
给定值恒定不变，系统的主要任务是克服外部扰动的影响。 2、程序控制系统
给定值按确定的规律随时间变化，即给定值是确定的时间函数。 系统的主要任务是跟随给定值的变化而变化。 3、随动控制系统
给定值随时间变化且无法预知变化规律，即给定值是某个参数的函数且参数的变化是任意的。
（四）动态过程的品质指标 1、稳定性 （1）衰减率Ψ
Ψ < 0，为发散振荡过程； Ψ = 0，为等幅振荡过程； 0<Ψ<1，为衰减振荡过程； Ψ = 1，为非周期过程。
Ψ越大，稳定性越好。若Ψ=1，则稳定性最好，但动态偏差较大、调节时间偏长。 理想动态过程的Ψ=0.75～0.9（亦即最佳衰减比为4：1～10：1）。 （2）超调量ζp
1
ζp越小，稳定性越好，反之亦然。一般要求ζp小于30%。 （3）振荡次数N
N一般以2～3次为宜。 2、准确性
（1）最大动态偏差emax； （2）静差ε 3、快速性
（1）动态过程时间ts； （2）上升时间tr ； （3）峰值时间tp 定值控制系统常用的品质指标： Ψ、N、emax、ε、ts。 改变给定值系统常用的品质指标： ζp、N、ε、ts、tr、tp。 二、控制对象的特性 （一）单容对象 1、动态方程
h(t)?K???(1?e)
初始时刻（t=0时），被控量的变化量为零，被控量的变化速度最大。 2、特征参数 （1）放大系数K
K是静态参数，反映对象对于扰动的敏感程度。
?tTK?h(?)??K越小，受扰动作用后，被控量的最终稳态值的变化量越小，即受扰动的影响越小，故K小一些好。
（2）时间常数T
T是动态参数，反映对象惯性的大小。
T越大，惯性越大，变化越慢，飞升曲线越平坦；T越小，惯性越小，变化越快，飞升曲线越陡。
T的求法及物理意义：
dhh(?)k?????dtt?0TF①切线法
若被控量始终保持初始（最大）速度变化，则经过一个T时间，就可以达到新稳态值。 ②0.632法
控制对象受到扰动后，被控量变化到新稳态值的63.2%所需要的时间即为T。 工程上，一般取4T的时间作为动态过程的时间。 （3）纯迟延（传输迟延）η。
η。是动态参数，意指从扰动开始到物质或能量流量达到控制对象所需时间。 （二）多容对象
动态过程： 阶跃响应曲线呈“S”形，两头慢、中间快；
2
被控量的初始变化量和初始变化速度均为零。
容积迟延ηc： 物质或能量达到控制对象起始到被控量开始变化所需时间。 注意： 单容对象不存在容积迟延，只可能有纯迟延。多容对象必有容积迟延，
可能还有纯迟延，故η=η。+ηc 。
η。和ηc都是有害的，故越小越好。 （三）自平衡能力 1、自平衡率
ρ=1/K，ρ越大，自平衡能力越强。 2、不具备自平衡能力的对象
（1）出口带离心泵的水柜 （2）以水位为被控量的锅炉 注意： 不具备自平衡能力的对象是一个积分环节。
对有自平衡能力的控制对象也需要组成一个控制系统对其进行控制，使被控量 不要有太大的波动。 三、控制规律
（一）双位控制规律
特点：调节器输出只有两种对立的状态，使调节阀全开或全闭；
被控量只能控制在上、下限之间。
应用：适用于时间常数T大、迟延η小且控制精度要求不高的控制对象。 实例：YT-1226型压力开关 工作原理——力矩平衡 ΔP=0.07+(0.25－0.07) ·X/10
使用步骤： (1）调给定弹簧调节给定值（即下限PX）； (2）调幅差旋钮调节幅差ΔP，确定上限Pz； (3）现场调试。 （二）比例控制规律（P规律） 1、规律及特点 P=k·e
输出和输入偏差成正比。 特点： （1）调节动作及时；（2）不能消除静差。
不能消除静差的原因——调节器的输出和偏差间存在硬性的一一对应关系。 2、比例带PB（比例度δ）及对动态过程的影响
比例带的意义： 调节器指挥调节阀开度变化全行程（从全闭到全开或从全开到全闭）时被控量的变化量占量程的百分数。
PB越小，比例作用越强，反之越弱。
PB大小对动态过程的影响： PB↓→K↑→比例作用↑→被控量的振荡加剧、稳定性变差（Ψ↓，ζp↑，N↑），最大动态偏差emax↓、静差ε↓→动态过程时间ts↑（PB过大或过小，都会使ts↑）。
3、PB的选择
3
PB∝Kη 。 即当控制对象的K大时，PB应取得大些；对象的T大（惯性大）时，TPB应取得小些；控制对象的迟延η大时，PB应取得大些。
（三）比例积分控制规律（PI规律） 1、积分规律及特点
输出和偏差随时间的积累成正比，即取决于偏差大小和偏差所持续的时间。或说，输出的变化速度与偏差成正比。
特点： （1）能消除静差；
（2）属于滞后调节，容易引起振荡甚至不稳定。
注意： 积分作用不能单独使用。 2、PI规律
P?K(e?1Ti?edt)
积分时间Ti的求取：阶跃输入后，调节器积分部分输出与比例部分输出相等时所需时间（或说：调节器的输出达到两倍的比例部分输出时所需时间）。
Ti大小对动态过程的影响：将 Ti调小，积分作用变强，被控量的振荡加剧、稳定性变差（Ψ减小，ζp变大，N增大），动态过程时间ts延长。
加入积分作用后，应将比例带PB调大，以保证系统的稳定性。 3、Ti的选择 Ti∝T
（四）比例微分控制规律（PD规律） 1、微分规律及特点
输出和偏差的变化速度成正比。 特点：（1）属于超前调节，适当的微分作用可以减少振荡提高稳定性；
（2）对变化缓慢或不变化的偏差无调节作用（对静差无直接影响）。 注意：微分作用不能单独使用。 2、比例微分控制规律
P?K(e?Tdde)dt3、微分时间Td大小对动态过程的影响
将Td适当调大，微分作用适当变强，被控量的振荡减弱、稳定性变好（Ψ变大，ζp变小，N减少），最大动态偏差emax变小，动态过程时间ts缩短。
加入微分作用后，比例带PB可适当减小，这样，既能减少最大动态偏差，保证系统的稳定性，又能减少静差。
4、Td的选择 Td∝T?η
（五）比例积分微分控制规律（PID规律）
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