多回路系统
第3篇
多回路系统 过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
2
第6章 利用多回路改善控制
6.1串级控制
图6.1串级控制将过程分成两个部分，每个部分都处在各自的闭合回路中
内回路的性质
图6.2主调节器所面对的闭环副回路可视作被控过程的一部分
图6.3用比例调节器围绕积分过程构成闭环后，会减小它在长周期下的增益和相位滞后 过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
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图6.4对于积分过程来说，副调节器若有积分动作，就会出现谐振峰
外部反馈
图6.5利用c2而不用r2作为积分反馈，便可防止主调节器出现积分饱和
图6.6当副回路中出现扰动时，用r2反馈到主调节器可使IE为零，而用c2反馈则能给出较低的IAE值 过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
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串级调节器的整定
以阀位作为副回路
图6.7 Foxboro公司的P50阀门执行器带阀门定位器后，其增益特性得到显著的改善，但相位特性改善不多 过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
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串级流量回路
温度-温度串级系统
图6.8与用冷却液的入口温度构成串级控制（实线）相比，用出口温度构成串级（虚线）是一种显著的改进
6.2多输出控制系统
总输出串级控制
图6.9任一调节量的变化都立刻反馈回去，以便于其他的调节量重新定位 过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
6
图6.10利用总流量反馈，可以把阀门的非线性从主回路中去掉
变负荷设备与定负荷设备的结合
图6.11当一台设备被启动或关闭后，把一个信号反馈给减法器，使变负荷设备的承荷能力复位 过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
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保持阀门尽可能开足
图6.12阀位调节器使阀门的最大开度保持在90%左右，这样泵就能以最低的速
6.3选择性控制回路
图6.13马达转速受输出较低的那个调节器控制 过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
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图6.14使用高值选择器以实现
对峰值温度的控制
图6.15高值选择器可以在任一分析仪表发生故障时
防止反应器因反应物过量而遭损坏
防止积分饱和
图6.16选择器的输出用作共同的反馈信号，以防止 过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
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用数字算法进行选择
可变结构
图6.17当选中液位调节器来控制回流量时，压力调节器就被切换到放气阀上
6.4适应性控制系统
动态适应性系统
程序适应性控制
自整定调节器
图6.18EXACT调节器可观测出峰1、峰2和峰3的偏差及峰-峰之间的时间，以此可以估计出响应周期、衰减比和超调量 过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
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图6.19如果回路响应的衰减比较合适，则高、低频分量应以一定的比值出现
图6.20当回路出现振荡时，适应性调节器会自动增加低增益区的宽度；当回路反应迟钝时，它又会自动减小低增益区的宽度 过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
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自整定调节器的局限性
静态适应性问题
自寻最优调节器
图6.21需要用一个过程动态响应模型确定分子和分母的相位 过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
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6.5小结
参考文献
1. Shinskey, F.G.,“Flow and Pressure Control Using VariableSpeed Motors,”Proc. Second Control Eng.Conference, Chicago, May 1982.
2. Shinskey, F.G.,“Process Control Systems with Variable Structure,”Control Eng.,
August 1974.
3. Kraus, T.W., and T.J.Myron,“Selftuning PID Controller Uses Pattern
Recognition Approach,”Control Eng., June 1984.
4. Andreiev, N.,“A New Dimension: A Selftuning Controller That Continually
Optimizes PID Constants,”Control Eng.,August 1981.
5. Fjeld,M., and R.G.Wilhelm,Jr.,“Selftuning Regulators—The Software Way,”Control Eng., October 1981.
6. Versteeg,H.J.,H.J.Jansma,and K.Turner,“Evaluation of Commercially Available
Adaptive Controllers,”J.A,vol .27,no.3,1986.
7. Akesson,I.,“Practical Experiences with Adaptive Control of Distillation
Columns,”J.A,vol .27,no.3,1986.
8. Shinskey,F.G.,“Adaptive pH Controller Monitors Nonlinear Process,”Control
Eng.,February 1974.
9. Shinskey,F.G.,“Adaptive Nonlinear Control System,”U.S.Patent 3,794,817,
February 26,1974.
10. Jutila,P.,and P.Jaakola,“Tests with Five Adaptive pHcontrol Methods in
Laboratory,”Helsinki Univ.of Tech., Control b.,Report 65,June 1986.
11. Gordon,L.M.,“Simple Optimization for DualComposition Control,”Hydrocarbon
Proc.,June 1986.
习题
6.1当主调节器以副回路的测量值进行反馈时，其最佳比例带和积分时间为什么比以主调节器自己的输出进行反馈时所对应的参数整定值要低？主回路扰动引起的IAE值为什么过程控制系统——应用、设计与整定（第3版）
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不按比例减小？
6.2一个阀门执行器的动态特性如图6.7所示，试估算它的滞环大小。
6.3只要贮罐内的液位保持在一定的界限之内，从贮罐流出的液体流量就可以控制在固定的数值上。试设计一个控制系统，在照顾到液位高低限的同时，要求能控制好它的输出流量。
6.4对于图2.7和图2.8所示的热交换器，在用有相互作用的PID调节器的控制下，当流量为50%时，按表4.4对调节器进行最佳整定。问流量为多大时，回路增益可达到1.0？
6.5在一个pH控制回路中，pH电极会逐渐被沉淀物所玷污，有人建议用自整定调节器作为维持控制回路稳定的手段，你认为这是一种好的解决办法吗？还有其他更好的方法吗？
梅逊公式
32 2.4 控制系统的方块图、信号流图与梅逊公式
控制系统的方块图是系统各元件特性、系统结构和信号流向的图解表示法。
2.4.1 方块图元素
（1）方块（Block Diagram）:表示输入到输出单向传输间的函数关系。
G(s)R(s)C(s)图2-14 方块图中的方块信号线方块r(t)c(t)
信号线：带有箭头的直线，箭头表示信号的流向，在直线旁标记信号的时间函数或象函数。
（2）比较点（合成点、综合点）Summing Point
两个或两个以上的输入信号进行加减比较的元件。
“+”表示相加，“-”表示相减。“+”号可省略不写。
+Υ1Υ1+Υ2Υ2+-)()(21sRsR)(1sR)(2sR
Υ1Υ1-Υ2+Υ3Υ2-Υ3图2-15比较点示意图
注意：进行相加减的量，必须具有相同的量刚。
(3)分支点（引出点、测量点）Branch Point
表示信号测量或引出的位置 33 图2-16 分支点示意图P(s)P(s)R(s)C(s))(1sG)(2sG
注意：同一位置引出的信号大小和性质完全一样。
2.4.2 几个基本概念及术语
++H(s)-+R(s)E(s)B(s)N(s)打开反馈)(1sG)(2sG
图2-17 反馈控制系统方块图
(1) 前向通路传递函数 假设N(s)=0
打开反馈后，输出C(s)与R(s)之比。在图中等价于C(s)与误差E(s)之比。
)()()()()(21sGsGsGsEsC
(2) 反馈回路传递函数 Feedforward Transfer Function假设N(s)=0
主反馈信号B(s)与输出信号C(s)之比。
)()()(sHsCsB
(3) 开环传递函数 Open-loop Transfer Function 假设N(s)=0
主反馈信号B(s)与误差信号E(s)之比。 34 )()()()()()()(21sHsGsHsGsGsEsB
车辆工程毕业设计(论文)ca1041轻型商用车制动系统设计【全套图纸】
第1章 绪 论
全套图纸，加153893706
1.1制动系统设计的意义
汽车是现代交通工具中用得最多，最普遍，也是最方便的交通运输工具。汽车制动系是汽车底盘上的一个重要系统，它是制约汽车运动的装置。而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全件。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大，人们对安全性、可靠性要求越来越高，为保证人身和车辆的安全，必须为汽车配备十分可靠的制动系统。
通过查阅相关的资料，运用专业基础理论和专业知识，确定汽车制动系统的设计方案，进行部件的设计计算和结构设计。使其达到以下要求：具有足够的制动效能以保证汽车的安全性；本系统采用Ⅱ型双回路的制动管路以保证制动的可靠性；采用真空助力器使其操纵轻便；同时在材料的选择上尽量采用对人体无害的材料。
1.2制动系统研究现状
车辆在行驶过程中要频繁进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全，因此制动性能是车辆非常重要的性能之一，改善汽车的制动性能始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。当车辆制动时，由于车辆受到与行驶方向相反的外力，所以才导致汽车的速度逐渐减小至零，对这一过程中车辆受力情况的分析有助于制动系统的分析和设计，因此制动过程受力情况分析是车辆试验和设计的基础，由于这一过程较为复杂，因此一般在实际中只能建立简化模型分析，通常人们主要从三个方面来对制动过程进行分析和评价：
（1）制动效能:即制动距离与制动减速度；
（2）制动效能的恒定性：即抗热衰退性；
（3）制动时汽车的方向稳定性；
目前，对于整车制动系统的研究主要通过路试或台架进行，由于在汽车道路试验中车轮扭矩不易测量，因此，多数有关传动系!制动系的试验均通过间接测量来进行汽车在道路上行驶，其车轮与地面的作用力是汽车运动变化的根据，在汽车道路试验中，如果能够方便地测量出车轮上扭矩的变化，则可为汽车整车制动系统性能研究提供更全面的试验数据和性能评价。
电阻、电导、电抗、电纳基本概念
1 电阻、电导、电抗、电纳的基本概念
一、电阻的基本概念：
电阻是构成电路的基本元件，现分别从它的物理特性和电特性两种不同角度进行说明，并且对电路中的电阻进行简单分类。
1．电阻的物理特性：
导体两端电压固定时，导体中的电流与导体的粗细（截面积s），导体的长短（长度l），导体的材料（材质）有关，表示导体这一性质的物理量为导体的电阻，其数学表达为：slR
式中 R--导体电阻，其单位为欧姆（）；
欧姆的意义表述为：导体两端的电压为V1时，导体中的电流为A1，此导体的电阻即为1；
--由导体的材料决定，称为电阻率，其单位为欧姆米（m•）；电阻率的倒数称为电导率，其单位为西门子每米（mS/）。1
另外，压力、光和热等一些物理因素对导体的电阻会有影响，其引起的效应得到广泛的应用。例如：应变片、热敏电阻、光敏电阻。2
此外，导体电阻与温度也有密切关系，通过实验我们可得出如下的普适公式：1
tRR10
式中 R--导体在Ct0时的电阻；0R--导体在C00时的电阻；--电阻温度系数，由材料决定。
2．电阻的电特性：
研究导电媒质中恒定电流场的一个重要问题是计算电极间的电阻（或电导）。由欧姆定律知导体两端电压和通过导体的电流成正比，其比值称为电阻：
IUR
而这一公式也为我们计算各种导体的电阻提供了科学的方法。比如，计算单位长度的同轴电缆的绝缘电阻，在此假设电流分布对称：3
2 12rI
rIE2
内外导体之间的电位差为：
abIrdrIdrrIEdrUbabaabln222
abIURln21
式中I--单位长度漏电流；--电流密度；E--电场强度。
如果我们引入热功当量还可以用焦耳定律来定义电阻：它等于热耗功率除以电流的二次方即2IPR。如果把从焦耳热中的热耗散P推广，使其包括从电功率经不可逆转而产生的其它形式的功率就可得到各种相应的广义等效电阻。例如，导体通过交流电时，由于集肤效应造成交流电产生的热损耗acP，故导体的有效电阻2IPRacac；在变压器电路的模型中，用铁损耗电阻oR反映铁芯中的磁滞损耗hfP和涡流损耗edP即 2IPPRedhfo 2
电力输电线路设计中多回路同塔技术的应用
电力输电线路设计中多回路同塔技术的应用
发表时间：2018-08-13T16:52:47.607Z 来源：《电力设备》2018年第8期 作者： 梁逸杰
[导读] 摘要：随着我国人口的与日俱增，用电需求的不断扩大，输电线路走廊的建设也日益增多，铁塔高度和电压等级也随之加强。
（国网渭南供电公司 陕西渭南 714000）
摘要：随着我国人口的与日俱增，用电需求的不断扩大，输电线路走廊的建设也日益增多，铁塔高度和电压等级也随之加强。政府由于土地资源紧缺等原因对土地的审批越来越严格，在政府和企业中的投资比较大，电网建设离不开同塔多回路高压电应用。本文中分析电
力输电线路设计中多回路同塔技术的应用。
关键词：输电线路设计；多回路同塔技术；应用分析
随着目前国家对土地资源的控制力度不断加大，使得在电力输电线路的建设中，线路通道的选择变成了一个重要的问题。而选择多回路的同塔输电线路设计能够有效的将这一问题进行解决。并且从高效利用土地资源和对环境保护方面来看，这种技术适合我国国情的发
展，多回路同塔问题还有很广泛的发展前景。
1、同塔多回路线路杆塔特点
对同塔多回路线路而言，其最主要特点就是在同一个杆塔上铺设了非常多的线路。一般而言，这些线路虽然具备一致的电压等级，却有着非常复杂的电场分布和相互影响，所以在进行同塔多回路输电线路的带电检修工作时，必须要高度重视电场防护以及控制安全距离。
同塔多回路线路的杆塔和同塔双回路线路比较起来，有着更加复杂的结构及受力情况，并且其可活动空间和作业空间也并不比同塔双回路线路杆塔要大。所以，电力单位要想确保对同塔多回路输电线路的带电检修作业的质量，就必须采取更优质的技术、设备和工艺。
2、电力输电线路设计的原则
2.1 保证导线、地线与金具安全
为了能够在整个输电线路中保证导线和底线的安全性，并且保证整个电力输电线路的安全可靠运行，这与输电线路路中的整个耐张杆荷载大小及线路，有着非常重要的关系。因此，为了能够有效保证输电线路在正常的运行，我们需要在多回路线路设计中，同其他的工程
关于辽宁省电力有限公司多回路 供电费和自备电厂系统备用费收费标准的通知
关于辽宁省电力有限公司多回路
供电费和自备电厂系统备用费收费标准的通知
辽宁省电力有限公司：
根据国家有关规定并结合我省实际，现将辽宁省电力有限公司收取多回路供电费和自备电厂系统备用费收费标准的通知如下：
一、 多回路供电费收费标准
为节约电力建设投入，合理配置电力资源，对申请新装及增加用电容量的两路及以上多回路供电（含备用电器、保安电源）用电户，除供电容量大的供电回路外，对其余供电回路按供电容量或增量部分收取多回路供电费。容量（单位：千伏安）按以下公式计算：
1、 申请新装用户：收取多回路供电费的容量=多回路总容量-最大壹路回路容量
2、 增加用电容量的用户：收取多回路供电费的容量=增容后多回路总容量-增容后最大壹路回路容量-增容前除最大壹路回路以外的其余容量。
具体收费标准见下表：
架空线路多回路供电费收费标准
电压等级（千伏） 收费标准（元/千伏安）
0.38/0.22 270
10 220
66 110 110及以上 90
地下电缆线路多回路供电费收费标准不得超过架空线路收费标准的1.5倍。
二、 自备电厂系统备用费收费标准
为优化电路资源配置，促进企业间的公平竞争，与电网连接的所有企业自备电厂及机组（含资源综合利用、热电联产电厂）均应向接网的电网公司支付系统备用费。系统备用费收费标准按我省大工业销售电价中基本电价水平（按变电器容量计收方式和标准）执行。
系统备用费按并网协议中约定的电网所能提供的备用容量交纳，对没有约定备用容量的，按也起变压器容量扣减电网向其他供电的平均负荷确定，平均负荷为上一年度电网提供的月平均负荷。
上述收费标准自2005年12月20日起执行
2005年12月12日
TD-ACC+新一代自动控制原理实验箱、计算机控制技术实验系统
TD-ACC+自动控制原理及计算机控制技术教学实验系统
TD-ACC+自动控制原理及计算机控制技术教学实验系统是西安唐都科教仪器公司推出的新一代控制
教学实验设备，可全面支持“自动控制原理”、“计算机控制技术”、“控制系统”、“多回路系统控制”、
“智能控制”、“现场总线控制应用”等系列控制课程的实验教学，其高性能的嵌入式控制计算机、高度
可视化的源语言级集成开发环境、先进的内嵌式控制专用测量与分析仪器及丰富的实验内容，为用户构建
了集控制系统设计、电路构造、系统调试和测试分析诸功能一体化的实验环境，具有很高的性价比和极佳
的教学效果，是控制课程教学的最佳实验装置。 一、系统的功能和特点
1．高性能的嵌入式控制计算机
系统配有二种可选的嵌入式控制计算机。 i386EX嵌入式控制计算机是Intel公司最新推出的、面向x86嵌入式工业应用的32位控制计算机，其将
许多常用接口如8259、8254、串口和DMA等集成到芯片内部，并具有大容量的程序和数据存储器，满足于
复杂的计算机控制和嵌入式应用的要求，可使计算机控制的实验教学可以达到更高的水平。若选配此款i386EX嵌入式控制机，则支持基于80x86指令系统的计算机控制教学实验。
SST51控制计算机是一款具有内嵌仿真功能的增强型51单片机，它将仿真器和单片机应用系统合二为
一，不再需要其它硬件仿真器和编程器，并集成了丰富的外部接口，可高效率地完成系统的开发，大大降
低了开发成本，已成为51单片机应用教学和产品开发的主流，正在大量地应用于单片机控制应用领域。若
选配此款SST51控制机，则支持基于51指令系统的计算机控制教学实验。
2．具有与PC－104总线兼容的系统扩展总线
系统实验平台提供了与PC-104总线兼容的系统扩展总线。具有PC-104总线的嵌入式PC微机已经得到广
泛的应用，因此在教学实验中体现这样的实际应用，将“i386EX嵌入式控制机”或“增强型SST51控制机”
热工过程与自动调节知识点(1212)
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
一种简易的多回路控制系统优化设计方法研究
一种简易的多回路控制系统优化设计方法研究 ・７７・
一种简易的多回路控制系统优化设计方法研究
徐丽娜，李爱军，王长青，孟文杰
（西北工业大学自动化学院，陕西西安７１００７２）
摘要：给出了一种简易的控制系统设计方法——标准特征多项式设计方法，多回路控制系统采用这种方
法将使控制系统设计的工作量大为简化。在此基础上，采用ＮＣＤ工具箱，用标准特征多项式方法得到
的参数值作为ＮＣＤ（ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｅｓｉｇｎ）模块的初始化值对控制系统的参数进一步进行优化，并与
任意选择的６组参数值作为ＮＣＤ模块初始化值而得到的优化效果进行了比较。还对飞行控制的多回
路控制系统的鲁棒性进行了研究。结果证明，用标准特征多项式和ＮＣＤ优化方法，设计方便，并且系统
有很好的鲁棒性。
关键词：多回路控制系统；标准特征多项式；ＮＣＤ优化方法；鲁棒性
中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—８８２９（２０１０）１０—００７７—０４
Ａ Ｓｉｍｐｌｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉ－Ｌｏｏｐ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ
ＸＵ Ｌｉ—Ｈａ，ＬＩ Ａｉ—ｊｕｎ，ＷＡＮＧ Ｃｈａｎｇ—ｑｉｎｇ，ＭＥＮ Ｗｅｎ－ｊｉｅ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｉＳ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ．ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｉｎｔｕｉｔｉｏｎａｌ ｗａｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅ．
ｓｉｇｎ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｌｏｏｐ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｌｏａｄｓ．Ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ
多回路闭环系统传递函数的求解方法及应用
多回路闭环系统传递函数的求解方法及应用 陈小兰 陈晓波 （鄂东职业技术学院机械工程系 湖北黄冈４３８０００） 工程技术 摘要：本文在分析闭环系统传递函数求解方法的基础上归纳得出三个计算式并分析应用，利用这三个计算式可以， 妙，快速求解出闭 环系统的传递函数，省去了通过化简系统方块圈逐步求解传递函数的蔓杂过程。学生容易掌握。 关键词：闭环回路 传递函数 方块圈 信号漉程圈 中图分类号：ＴＰＩ３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７Ｚ一３７９１（ｚｏｉ１）ｏ９（ｃ）一ｏｏ５０一ｏｚ 在机械工程控制基础课程中，为了分析动态系统的性能往 往需要建立系统的微分方程，画出系统方块图、化简方块图等 步骤，最后求解系统的传递函数，为系统的响应及性能分析提供 必要的依据。通常传递函数的求解有以下三种方法：一是通过 分析系统建立系统的微分方程取拉氏变换求得；二是利用系统 方块图或信号流图进行等效的逐步化简求得；三是利用梅逊公 式求得。通过微分方程的拉氏变换适用于系统比较简单、容易建 立微分方程的场合；利用方块图或信号流图逐步化简过程繁琐， 而且容易出错。本文在上述三种方法的基础上归纳得出三个个 计算式，利用这三个计算式可以巧妙、快速求解出闭环系统的 传递函数，省去了通过化简系统方块图逐步求解传递函数的复 杂过程，学生容易掌握。 １闭环系统的传递函数及其求解方法 Ｉ．１传递函数 方块图与梅逊公式 传递函数是经典控制论中对线性系统进行分析、研究与综合 的重要数学模型形式，它通过输入与输出之间信息的传递关系来 描述系统本身的动态特性。传递函数的定义…：线性定常系统的传 递函数是初始条件为零时，系统输出的拉氏变换比输入的拉氏变 图１ 传递函数的方块图表示 图２ 单前向通道无胡不接触回路系统的方块图 图３ 单前向通道有互不接触回路系统的方块图 图４ 多个前向通道系统的方块图 ５Ｏ 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ 换，即：Ｇ（ ） ，用方块图表示如图１所示。 一个系统的传递函数可以看成是由一些典型环节组合而成 的，而方块图就是系统中各个环节的功能和信号流向的图解表示 方法。当线性系统的方块图比较简单时通过对方块图进行等效的 化简可以得出系统的总传递函数；当系统的方块图复杂时可以采 用信号流图梅逊公式求得。所以由系统的方块图或信号流图都可 以求解出系统的传递函数。 １．２闭环系统传递函数的求解方法 １．２．１一条前向通道传递函数的求解 在只有一个输入和输出的线性定常系统中，当闭环系统只有 一条前向通道的时候其传递函数可按下面两种情况进行求解。 （１）回路中无互不接触回路。 当前向通道只有一条，而且回路中有公共节点（即无互不接触 回路），则闭环系统的传递函数可按下式进行求解： ）：— １－＋∑Ｌ ｉ＝ｌ 公式说明如下。 ①分子Ｔ为前向通道（当信号从输入到输出传递过程中每个节 点只通过１次的通路）各环节传递函数的乘积。 ②分母 厶 为反馈回路各环节传递函数乘积的代数和。其中 ｉ＝１ “＋”表示负反馈回路，“一”表示正反馈回路。 （２）回路中有互不接触回路。 当前向通道只有一条，而且回路中有互不接触回路，则闭环系 统的传递函数可按下式进行求解： ）：——ｉ——— ——— ——————— —一 １±∑厶。∑三： ＋∑厶．＋（－１）…∑厶 。 ●一１ Ｊ一１ ｋ—ｌ ｍ—Ｉ 公式说明如下。 ①分子中：Ｔ为前向通道各环节传递函数的乘积。 ②分母中：∑Ｌ 为每两个互不接触回路传递函数乘积的代数 Ｊ Ｉ 和；（－１） ∑Ｌｍ为每ｍ个互不接触回路传递函数乘积的代数和。 ｍ＝２ １．２．２两条或两条以上前向通道传递函数的求解 当闭环系统方块图或信号流图中有两条或两条以上前向通道 时，可利用梅逊公式进行求解： ∑ △ 中（ ）＝ １±∑厶 ＋∑ 一∑ （Ｉ１） ∑ 。 ｉ＝ｌ 】＝Ｉ ｋ—ｌ ｍ ２ 公式说明：分子中，∑ 为ｒｌ前向通道各环节传递函数乘积的 代数和。△ 为第ｒｌ条前向通路特征式的余因子（即 （ ）计算式中分 母与第１３条前向通路相接触（即有公共节点）的回路传递函数代之以 零之后所求得的结果。 】瞢一 工程技术一 １．３求解多回路闭环系统传递函数的步骤 求解多回路闭环系统传递函数的一般步骤如下。 （１）找前向通道：找出方块图中或信号流图中所有的前向通道， 并计算各个前向通道各环节传递函数的乘积。 （２）找回路：找出方块图中或信号流图中各个反馈回路，并计算 各个回路传递函数的乘积。 （３）找互不接触回路，从每两个互不接触回路开始找起，找到最 后每ｍ个互不接触回路，并计算每两个至每ｍ个互不接触回路传递 函数的乘积 （４）￣ｌＪ断根据上述三个计算式进行计算，求出该系统总传递函 数的表达式。 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２应用举例 ２．１单前向通道无互不接触回路闭环系统传递函数的求解 已知系统方块图如图２所示，按照多回路闭环系统传递函数的 求解步骤如下。 （１）找前向通道：由图２．ｑ知前向通道只有１条，故其传递函数各 环节传递函数的乘积：ＧＩＧ Ｇ３Ｇ４。 （２）找回路：图２中有三个回路，分别为： Ｇ４ ．（正反馈）； Ｇ３Ｈ：（负反馈）；Ｇ．Ｇ Ｇ３Ｇ４Ｈ （负反馈）。 （３）找互不接触回路：本题无。 （４）此系统总传递函数为： 中 ） Ｇｌ Ｇ２Ｇ３Ｇ４ １一Ｇ３Ｇ４ＨＩ＋Ｇ２Ｇ３Ｈ２＋ＧＩＧ２Ｇ３Ｇ４Ｈ３。 ３．２单前向通道有互不接触回路闭环系统传递函数的求解 已知系统方块图如图３所示，按照多回路闭环系统传递函数的 求解步骤如下。 （１）找前向通道：由图可知前向通道只有ｌ条，故其传递函数各 １ １ １ １ 环节传递函数的乘积： 百 。 １ ｌ （２）找回路：图３中有三个反馈回路，分别为： 百（负反馈）； １ １ １ ｌ Ｃ２Ｓ （负反馈）； —Ｃ２８（负反馈）。 ｌ １ （３）找互不接触回路：有两个互 接触回路，分别是： （负 １ ｌ 反馈）和一Ｃ２Ｓ （负反馈），所以互不接触回路传递函数的乘积为： ｌ ｌ １ １ Ｃ｝ＳＲＩ ｃ２ｓ Ｒ２。 （４）此系统总传递函数为： ｌ ｌ ｌ ｌ （ｓ） Ⅱ ｃ￣ｓ Ｒｔ ｃ２ ｓ Ｒ２ ＩⅡ， ＣｔＳ ＲＩ Ｃ２Ｓ Ｒ２ Ｒ１ Ｃ２Ｓ ｃｌ ＲＩ Ｃ２Ｓ Ｒ２ 进一步化简为：中‘ ’ ｊ 。 ２．３多个前向通道闭环系统传递函数的求解 已知系统方块图如图４所示，按照反馈回路法求解系统传递函 数步骤【 】如下。 （１）找前向通道：由图４可知前向通道有２个，其传递函数各环节 传递函数的乘积分别为：ＧＩ Ｇ３和Ｇｌ Ｇ４，其对应的余因子分别为： Ａｌ＝１，Ａ２＝ｌ。 （２）找回路：图４中有五个反馈回路，分别为：Ｇ３Ｇ４ （负反馈）； ＧＩ Ｈ．（负反馈）；Ｇ Ｇ Ｇ３（负反馈）ｔ ＧＩ Ｇ４（负反馈）和Ｇｄ日：（负反馈）。 （３）找互不接触回路：本题无。 （４）此系统总传递函数为： ： ± ～１＋ Ｇ４ ＋ＧｌＧ２Ｈ。＋Ｇｌ Ｇ２ Ｇ】＋ＧＩ Ｇ４＋Ｇ４ 。 ３结语 实践证明利用上述三个计算式求解闭环系统的传递函数不仅 无需对复杂的方块图进行逐步化简，省去繁琐的化简过程，而且简 单、快捷，学生容易掌握，不易出错。 参考文献 【ｌ】陈康宁．机械工程控制基础【Ｍ】．西安交通大学出版社，ｌ９９９． 【２］陆宁．化简方块图的新公式【Ｊ】．东华大学学报（自然科学版）， 、 ２００ｌ，２（２７）：３５～３７． （上接４９页） 时采煤机下滑出现危险，根据ＭＧ３００／７００采煤机的结构，另设计了 大倾角防滑装置，结构如图２所示。 该装置由固定座固定在采煤机牵引箱侧壁上，安装时，先在牵 引箱侧壁上攻出８４＂Ｍ２４螺纹孔，再用高强螺栓将固定座固定在侧 壁上。伸缩油缸用来带动支撑梁摆动，支撑梁内部为空槽，伸缩油 缸可以落到空槽的内部，这种方式有效的降低了整体尺寸，可使装 置在摇臂和牵引箱下部狭小的空间内，自由活动。整个装置各部件 采用销轴铰接。液压油缸的液压系统采用外接液压油路来控制液 压油缸的伸缩。 该防滑装置在工作时的结构图如图３所示。 该装置在采煤机上行前，将伸缩油缸伸出，活塞杆带动支撑梁 向下摆动，等支撑梁放下后，卡轨齿即落在齿轨槽内。在采煤机上 行时，卡轨齿在齿轨槽上滑摆，一旦采煤机下滑，卡轨齿随即卡住 齿轨槽，使该装置顶住采煤机，使采煤机停止下滑。整个装置制动 过程简单，强度大，可靠性高，出现下滑时不用人为操作，大大提高 了安全性。 ７９０５工作面由于坡度倾角较大，故采用单向割煤，此种割煤方 式也可以防止机组下滑，有利于保持工作面三机纵向稳定性，可避 免采煤机双向割煤上行时由于功率不足和阻力太大引起的机组割 煤速度慢、易下滑等现象。还有利于工作面及时支护，合理安排各 生产工序顺利进行，利于工作面顶板和端头管理，减少工作面顶板 事故发生。采煤机机组上行空刀下行割煤时，采落的煤块顺上侧摇 臂滚下，对司机安全不构成威胁，而且单向割煤的割煤方向与风流 方向一致，工作人员可位于上风侧，工作面环境好。 ２经济和社会效益 在ＭＧ３００／７００采煤机实际防滑制动过程中，机身自带防滑装置 结合另设计的卡轨防滑装置同时使用，可有效的互补优缺点，在任 何一种装置失效的情况下，其余的防滑装置都能起到防滑制动作 用，可靠性大大的提高。该防滑装置系统的特点是重量轻、强度大、 搬运方便、投资少、效益高、便于操作、适应性强。该防滑系统适用 于大倾角长壁工作面，结构简单，安全可靠，维护方便，能有效的解 决采煤机大倾角工作面防滑问题，为大倾角煤层高产高效、安全开 采提供了技术保证。 科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ５ １
化工pid仪表控制多回路解读
化工PID仪表控制多回路解读
一、回路控制器
在化工生产过程中，PID（比例-积分-微分）仪表控制回路是实现自动化控制的重要组成部分。回路控制器是整个控制回路的指挥中心，负责接收输入信号，通过运算处理后，向执行机构发出指令，实现工艺参数的自动调节。PID控制器根据设定值与实际值的偏差，采用比例、积分、微分三种控制方式对执行机构进行调节，以减小偏差，达到控制目标。
二、输入信号
输入信号是来自被控对象的工艺参数，如温度、压力、流量等。这些参数通过传感器转换成电信号，再传输给回路控制器。输入信号的准确性和稳定性对于控制回路的正常工作至关重要。为了确保输入信号的可靠性，应定期对传感器进行校准和维护。
三、输出信号
输出信号是回路控制器根据输入信号和设定值经过运算处理后，向执行机构发出的调节指令。输出信号的大小直接决定了执行机构的动作程度，进而影响工艺参数的控制效果。为了确保输出信号的准确性和稳定性，回路控制器应具备足够的运算能力和抗干扰能力。
四、执行机构
执行机构是控制回路中的执行元件，负责接收输出信号并驱动调节阀等设备，实现对工艺参数的调节。常见的执行机构有电动执行器、气动执行器和液动执行器等。选择合适的执行机构对于控制回路的性能和稳定性至关重要。在选择执行机构时，应考虑其调节精度、响应速度、可靠性及维护成本等因素。
五、控制性能指标
控制性能指标是衡量控制回路性能的重要依据，包括控制精度、调节时间和超调量等。控制精度指的是实际值与设定值之间的偏差大小，精度越高，控制效果越好。调节时间指的是系统从开始调节到接近设定值所需的时间，调节时间越短，系统的响应速度越快。超调量指的是系统在调节过程中超过设定值的部分，超调量越小，系统的稳定性越好。为了提高控制性能指标，可以通过优化PID参数、增加前馈控制、引入智能算法等方法来实现。