1.2.2影響工業(yè)生產(chǎn)過程穩(wěn)定因素在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和產(chǎn)率等都會(huì)隨著生產(chǎn)過程的各種擾動(dòng)（干擾）和生產(chǎn)過程工藝設(shè)備等特性的改變而波動(dòng)。工業(yè)生產(chǎn)過程的擾動(dòng)作用使得生產(chǎn)過程操作不穩(wěn)定，從而影響工廠生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益，擾動(dòng)主要來自下述幾個(gè)方面。原材料的組成變化：在工業(yè)生產(chǎn)過程中都是依一定的原料性質(zhì)生產(chǎn)一定規(guī)格的產(chǎn)品，然而，由于原料性質(zhì)的改變會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的規(guī)格、質(zhì)量和產(chǎn)率。產(chǎn)品質(zhì)量與規(guī)格的變化：隨著市場對產(chǎn)品質(zhì)量與規(guī)格要求的改變，工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)必須馬上能適應(yīng)市場的需求而改變，否則所生產(chǎn)的產(chǎn)品在市場上無法銷售。生產(chǎn)過程設(shè)備的可使用性：工業(yè)生產(chǎn)過程的生產(chǎn)設(shè)備都是按照一定的生產(chǎn)規(guī)模而設(shè)計(jì)的，但是隨著市場對產(chǎn)品數(shù)量需求的改變，原設(shè)計(jì)不能滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，或者工廠設(shè)備的損壞或被占用，都會(huì)影響生產(chǎn)負(fù)荷的變化。裝置與裝置或工廠與工廠之間的關(guān)聯(lián)：在流程工業(yè)中，物料流與能量流在各裝置之間或工廠之間有著緊密的關(guān)系，由于前后的聯(lián)結(jié)調(diào)度等原因，往往要求生產(chǎn)過程的運(yùn)行作相應(yīng)的改變，以滿足整個(gè)生產(chǎn)過程物料與能量的平衡。生產(chǎn)設(shè)備特性的漂移：在工業(yè)生產(chǎn)工藝設(shè)備中，有些重要的設(shè)備特性隨著生產(chǎn)過程的進(jìn)行將會(huì)發(fā)生變化，這些特性的漂移都將成為嚴(yán)重的工業(yè)生產(chǎn)過程擾動(dòng)作用。控制系統(tǒng)的失靈：儀表自動(dòng)化系統(tǒng)是監(jiān)督、管理、控制工業(yè)生產(chǎn)過程的關(guān)鍵設(shè)備與手段，自動(dòng)控制系統(tǒng)本身的故障或特性變化也是生產(chǎn)過程的主要擾動(dòng)來源。例如測量儀表測量過程的噪聲、零點(diǎn)的漂移、控制過程特性的改變而控制器的參數(shù)沒有及時(shí)調(diào)整以及操作者的操作失誤，這些都是工業(yè)生產(chǎn)過程的擾動(dòng)來源。工業(yè)生產(chǎn)過程除了上述特點(diǎn)外，若從反饋控制的觀點(diǎn)來分析，其被控過程（對象）又具有下述的一些特性，影響著工業(yè)生產(chǎn)過程的操作、控制和優(yōu)化。1.2.3影響工業(yè)生產(chǎn)過程控制的因素信號(hào)的測量問題：工業(yè)生產(chǎn)過程的物料與能量流都是在密閉的管道與容器中傳遞、反應(yīng)或分離，而有些物料又具有易燃、易爆、腐蝕和毒性。工業(yè)生產(chǎn)過程的變量很難在線測量，有些可能測不準(zhǔn)，噪聲大且不可靠，而有些變量至今還無法在線測量，特別是那些物料性質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量的參數(shù)，只能通過取樣送實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析才能獲得。隨著在線質(zhì)量（成分）分析儀的逐步使用，使得原來不可測的變量變成可測量，然而，在線分析儀滿足不了千變?nèi)f化的工業(yè)生產(chǎn)過程的需求。為了解決這一問題，人們尋求用間接的方法來測量不可測的變量，通常稱為軟測量技術(shù)或叫推斷測量的方法，即利用可測量的變量和相關(guān)模型，計(jì)算出不可測量的變量。對于負(fù)反饋控制來說完全依賴于工業(yè)生產(chǎn)過程信號(hào)測量的準(zhǔn)確性。被控過程的滯后特性：在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中由于在管道中的傳遞或取樣化驗(yàn)分析等原因，被控過程存在著各種純滯后或叫時(shí)滯。純滯后對于負(fù)反饋控制系統(tǒng)來說是最難控制的過程，一個(gè)控制系統(tǒng)的輸出作用希望能盡快在被控變量中反應(yīng)出來，然而，由于有純滯后的存在，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)就會(huì)不及時(shí)。被控過程的時(shí)間常數(shù)長短不一樣：由于工業(yè)生產(chǎn)過程形狀、尺寸大小等不一樣，其過程的時(shí)間常數(shù)差別很大，例如流量過程，時(shí)間常數(shù)很小，而工業(yè)加熱爐的時(shí)間常數(shù)就很大。非線性特性：嚴(yán)格地說工業(yè)生產(chǎn)過程隨著運(yùn)行操作點(diǎn)不同，其特性是不一樣的，也就是說工業(yè)生產(chǎn)過程一般都具有非線性的特性，這種非線性特性使得控制校正和擾動(dòng)在不同的工作區(qū)域會(huì)有不同的作用特性。時(shí)變性：例如生物發(fā)酵過程，生物質(zhì)濃度的增長隨著時(shí)間而變化，相應(yīng)的原料消耗與產(chǎn)物的形成都是時(shí)間的函數(shù)。整個(gè)生物發(fā)酵過程從接種、生物生長、產(chǎn)品形成直到生物質(zhì)的衰亡都是時(shí)變的。本征不穩(wěn)定性：有些工業(yè)生產(chǎn)過程，如化學(xué)反應(yīng)過程或生化反應(yīng)過程，在某些操作范圍內(nèi)系統(tǒng)本身是不穩(wěn)定的。如果過程進(jìn)入不穩(wěn)定的操作區(qū)域，其過程變量的變化，如化學(xué)反應(yīng)溫度與壓力，在某些時(shí)候，系統(tǒng)可能會(huì)進(jìn)人循環(huán)振蕩而不穩(wěn)定。耦合特性：工業(yè)生產(chǎn)過程中輸入和輸出之間的關(guān)系通常是很復(fù)雜的，各變量之間可能具有很強(qiáng)的耦合性。一個(gè)輸入可能會(huì)同時(shí)改變幾個(gè)輸出，反過來，一個(gè)輸出可能會(huì)受到多個(gè)輸人的影響。執(zhí)行器特性：作為一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，由測量環(huán)節(jié)、被控過程和執(zhí)行器三部分組成，執(zhí)行器的特性，直接影響到控制系統(tǒng)的品質(zhì)。

圖2.1-5簡單控制系統(tǒng)的方框圖例題3.1如圖所示，系統(tǒng)輸入r(t)=1,試計(jì)算K=200時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)從c(t)和性能指標(biāo)：例題3.2設(shè)單位負(fù)反饋二階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線如圖所示試確定此系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)和閉環(huán)傳遞函數(shù)。解:由圖可知：tp=0.4秒開環(huán)傳遞函數(shù):閉環(huán)傳遞函數(shù):注意：系統(tǒng)為單位反饋系統(tǒng)，是階躍輸入，

而不是單位階躍輸入。動(dòng)態(tài)特性的描述：P20數(shù)學(xué)模型：要精確的描述過程的動(dòng)態(tài)行為離不開數(shù)學(xué)模型。建模的基本方法有機(jī)理分析和辨識(shí)法。有時(shí)還采用兩種方法相結(jié)合的途徑。機(jī)理分析法

建模的方法辨識(shí)法兩者相結(jié)合過程動(dòng)態(tài)特性與建模

純滯后產(chǎn)生的原因：1）由于信號(hào)的傳輸和測量所致（當(dāng)物質(zhì)或能量沿著一條特定的路徑傳輸時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)純滯后）2）對象本身是分布參數(shù)過程或高階過程：響應(yīng)曲線的起始部分變化很慢純滯后在工業(yè)生產(chǎn)中常常出現(xiàn)，但是很少單獨(dú)出現(xiàn)。3.1.1純滯后過程傳遞函數(shù)P20

一階慣性加純滯后（3.1-1）

二階加純滯后（3.1-2）多階加純滯后（3.1-3）3.1.2自衡非振蕩過程

自衡性（自平衡能力）：

對象在擾動(dòng)作用下，平衡狀態(tài)被破壞后，無需外加任何控制作用，過程能夠自發(fā)地趨于新的平衡狀態(tài)的性質(zhì)，稱為自衡性。

實(shí)例：P20圖3.1-13.1.2自衡非振蕩過程

１）儀表本身誤差P39２）安裝不當(dāng)引入誤差３）測量的動(dòng)態(tài)誤差4.1.1測量誤差的來源4.2.1控制閥概述（分類）

控制器的正/反作用方式（前提：設(shè)定值不變）正作用方式：測量信號(hào)↑

→輸出↑

反作用方式：測量信號(hào)↑

→輸出↓

固有流量特性（理想流量特性）

類型：直線、等百分比（對數(shù)）、快開、拋物線圖中R=Fmax/Fmin稱為可調(diào)比，一般R=30（國產(chǎn)）

獲取方法：利用不同形狀的閥芯來獲得（改變閥芯的形狀，可得到不同的流量特性）4.2.3流量特性和閥門增益針對控制閥這個(gè)環(huán)節(jié)，選擇一條合適的非線性曲線，以補(bǔ)償廣義對象其它環(huán)節(jié)特性變化引起的對穩(wěn)定性的影響，從而避免重新整定控制器參數(shù)。P44選擇方法：計(jì)算法，經(jīng)驗(yàn)法。

計(jì)算法：需要知道控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，工程上較少應(yīng)用

經(jīng)驗(yàn)法：長期積累的行之有效的方法4.2.4流量特性的選擇前饋控制與反饋控制的比較：P85表7.1-17.1.2前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

控制的依據(jù)檢測的信號(hào)控制作用的發(fā)生時(shí)間反饋控制被控變量的偏差被控變量偏差出現(xiàn)后前饋控制擾動(dòng)量的大小擾動(dòng)量偏差出現(xiàn)前前饋控制與反饋控制的比較：①反饋控制是按被控參數(shù)與給定值的偏差進(jìn)行控制的，如果干擾已經(jīng)發(fā)生，而被控參數(shù)都還沒有變化，則控制器不會(huì)產(chǎn)生校正作用。故反饋控制落后于干擾作用，對干擾的控制不及時(shí)。

前饋控制是按照干擾作用進(jìn)行控制的，對干擾的控制是及時(shí)的。理論上對干擾影響可以達(dá)到完全補(bǔ)償，使被控參數(shù)不變。7.1.2前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

前饋控制與反饋控制的比較：

前饋控制對時(shí)間常數(shù)或滯后時(shí)間較大、干擾大而頻繁的對象有顯著效果。而反饋控制對此類對象的控制難以滿足要求。②前饋控制是開環(huán)控制，其控制效果不通過反饋來檢驗(yàn)；

反饋控制是閉環(huán)控制，其控制效果要通過反饋來檢驗(yàn)。7.1.2前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)

7.4.2定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)）7.4.2定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)）7.4.2定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)）1)積分飽和的概念P63

具有積分作用的調(diào)節(jié)器，只要被調(diào)量與設(shè)定值之間有偏差，其輸出就會(huì)不停地變化。如果閥門由于某種原因（關(guān)閉、全開或泵故障）而失去控制作用，偏差一時(shí)無法消除，而調(diào)節(jié)器還是要試圖校正這個(gè)偏差，經(jīng)過一段時(shí)間后，調(diào)節(jié)器輸出將進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，達(dá)到某個(gè)極限值并停留在該值，這種現(xiàn)象稱為積分飽和。5.2.4積分飽和及其防止工作過程：

見P63圖5.1-65.2.4積分飽和及其防止工作過程：見P63圖5.1-6（1）t0~t1階段：t0時(shí)刻，加熱器投入使用，水溫T較低，較大（負(fù)偏差），調(diào)節(jié)器輸出逐漸增大。對于氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，輸出最后可達(dá)0.14Mpa（氣源壓力），稱為深度飽和。（2）t1~t2階段：水溫上升，仍低于，調(diào)節(jié)器輸出不會(huì)下降（溫度T不斷上升）。5.2.4積分飽和及其防止（3）t2~t3階段：t2時(shí)刻，偏差反向，調(diào)節(jié)器輸出u減小。由于輸出氣壓大于0.10Mpa，調(diào)節(jié)閥仍處于全關(guān)狀態(tài)（溫度T不斷上升）。t3時(shí)刻后，調(diào)節(jié)閥開始開啟（溫度T開始下降）。結(jié)果（