系統(tǒng)設(shè)定值階躍變化響應(yīng)是回路控制性能評估的主要依據(jù)。設(shè)定值階躍變化時控制回路的典型過渡過程如圖1 所示。
系統(tǒng)過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)主要包括:
①超調(diào)量σ=V2/V1×100%
響應(yīng)曲線超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏差V2與新穩(wěn)態(tài)值V1之比。超調(diào)量σ用來表征過程變量偏離穩(wěn)態(tài)值的程度,原則上越小越好。由于實際工藝過程一般不允許出現(xiàn)較明顯的超調(diào),因此在控制回路優(yōu)化時,應(yīng)盡量保證過程變量的設(shè)定值階躍變化響應(yīng)為適度超調(diào)或者過阻尼無超調(diào)。
②衰減比n=V3/V2
衰減比等于響應(yīng)曲線超出穩(wěn)態(tài)值的兩個相鄰的同向最大偏差V3、V2之比,為了保持有足夠的穩(wěn)定程度,衰減比一般取1/10~1/4。 按現(xiàn)在最新的觀點,過渡過程整體速度要快,可以適當(dāng)超調(diào),但一般不允許出現(xiàn)振蕩,這時由于沒有第二個波峰也就沒有所謂的衰減比。
③余差e(∞)=|SP-V1|
設(shè)定值SP和過渡過程結(jié)束后新穩(wěn)態(tài)值V1的偏差的絕對值稱為余差。設(shè)定值是生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo),所以過程變量越接近設(shè)定值越好,系統(tǒng)應(yīng)做到?jīng)]有余差。自動控制系統(tǒng)在正確使用積分作用后,余差一般均為0。實際情況中,由于測量偏差及隨機擾動的存在,過程變量可能存在小幅隨機振蕩。這種隨機振蕩不屬于余差。
④上升時間t1:
響應(yīng)曲線從設(shè)定值階躍變化開始到首次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的時間。因為有些系統(tǒng)沒有超調(diào),理論上到達(dá)穩(wěn)態(tài)值時間需要無窮大,因此,也將上升時間定義為響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到穩(wěn)態(tài)值90%所需的時間。
⑤峰值時間t2:
系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線超過其穩(wěn)態(tài)值而達(dá)到第一個峰值所需要的時間。如果系統(tǒng)沒有超調(diào),理論上的峰值時間也是無窮大,這種情 況下的峰值時間沒有意義。
⑥過渡時間t3
從設(shè)定值階躍變化開始到過程變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的±5%范圍內(nèi)且不再越出所經(jīng)歷的最短時間。如果過渡時間太長,則整體控制速度過慢,無法及時消除擾動對過程變量的影響;如果過渡時間過短, 則可能由于控制作用過強而出現(xiàn)過程變量的振蕩,這通常不是工藝操作的實際需求。不同系統(tǒng)的實際閉環(huán)過渡時間除了受到PID控制器參數(shù)的影響,還和被控過程的特性有關(guān)。過渡時間是可以反映系統(tǒng)響應(yīng)速度和阻尼程度的綜合指標(biāo)。
⑦振蕩周期Period
響應(yīng)曲線相鄰兩個波峰或波谷之間的時間。實際工作中應(yīng)盡量避免系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩,因為存在振蕩周期就意味著存在多個超調(diào)和振蕩過程,而振蕩是一般實際生產(chǎn)過程中不希望出現(xiàn)的。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩過程時往往說明控制作用太強、穩(wěn)定性和魯棒性均不足。
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