【正文】 度。在圖 114中超調(diào)量以 B表示。從圖中可以看出，超調(diào)量 B是第一個(gè)峰值 A與新穩(wěn)定值 C之差，即 B=A－ C。 如果系統(tǒng)的新穩(wěn)定值等于給定值，那么最大偏差 A也就與超調(diào)量 B相等了。 雖然前面以提及一般希望得到衰減振蕩的過(guò)渡過(guò)程，但是 衰減快慢的程度多少為適當(dāng)?shù)哪?？表示衰減程度的指標(biāo)是衰減比，它是前后相鄰兩個(gè)峰值的比。在圖 114中衰減比是 B： B’,習(xí)慣上表示為 n ： 1 。 假如 n只比 1稍大一點(diǎn)，顯然過(guò)渡過(guò)程的衰減程度很小，接近于等幅振蕩過(guò)程，由于這種過(guò)程不易穩(wěn)定、振蕩過(guò)于頻繁、不夠安全，因此一般不采用。如果 n很大，則又太接近于非振蕩過(guò)程，過(guò)渡過(guò)程過(guò)于緩慢，通常這也是不希望的。一般 n取 4～ 10之間為宜。因?yàn)樗p比在 4 ： 1到 10 ： 1之間時(shí)，過(guò)渡過(guò)程開(kāi)始階段的變化速度比較快，被控變量在同時(shí)受到干擾作用和控制作用的影響后，能比較快地達(dá)到一個(gè)峰值，然后馬上下降，又較快地達(dá)到一個(gè)低峰值，而且第二個(gè)峰值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于第一個(gè)峰值，當(dāng)操作人員看到這種現(xiàn)象后；心里就比較 踏實(shí)，因?yàn)樗辣豢刈兞吭僬袷帞?shù)次后就會(huì)很快穩(wěn)定下來(lái)，并且最終的穩(wěn)定值必須在兩峰值之間，覺(jué)不會(huì)出現(xiàn)太高或太低的現(xiàn)象，更不會(huì)遠(yuǎn)離給定值以至造成事故。尤其在反應(yīng)比較緩慢的情況下，衰減振蕩過(guò)程的這一特點(diǎn)尤為重要。對(duì)于這種系統(tǒng)，如果過(guò)渡過(guò)程是或接近于非振蕩的衰減過(guò)程，操作人員很可能在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，都只看到被控變量一直上升（或下降），似乎很自然地懷疑被控變量會(huì)繼續(xù)上升（或下降）為止，由于這種焦急的心情，很可能會(huì)導(dǎo)致去撥動(dòng)給定值指針或儀表上的其他旋紐。假若一旦出現(xiàn)這種情況，那么就等于對(duì)系統(tǒng)施加了人為的干擾，有可能使被控變量離開(kāi)給定值更遠(yuǎn)，使系統(tǒng)處于難于控制的狀態(tài)。所以，選擇衰減 振蕩過(guò)程并規(guī)定衰減比 4 ： 1至 10 ： 1之間，完全是操作人員多年操作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。 當(dāng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)定值與定值之間的偏差叫做余差，所以說(shuō)余差就是過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)的殘余偏差，在圖 114中以 C表示。偏差的數(shù)值可正可負(fù)。在生產(chǎn)中，給定值是生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)，所以，被控變量越接近給定值越好，亦即余差越小越好。但在實(shí)際生產(chǎn)中，也并不是要求任何系統(tǒng)的余差都很小，如一般貯槽的液位調(diào)節(jié)要求就不高，這種系統(tǒng)往往液位有較大的變化范圍，余差就可以大一些。有如化學(xué)反應(yīng)器的溫度控制，一般要求比較高，應(yīng)當(dāng) 盡量消除余差。所以，對(duì)于余差的大小的要求，必須結(jié)合具體系統(tǒng)作具體分析，不能一概而論。 在余差的控制過(guò)程稱為有差調(diào)節(jié) ， 相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng) 。沒(méi)有余差的控制過(guò)程稱為無(wú)差調(diào)節(jié) ， 相應(yīng)的系統(tǒng)稱為無(wú)差系統(tǒng) 。 1． 過(guò)渡時(shí)間 從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間叫做過(guò)渡時(shí)間。嚴(yán)格地講，對(duì)于具有一定衰減比地衰減振蕩過(guò)渡過(guò)程來(lái)說(shuō)，要完全達(dá)到新的平衡狀態(tài)需要無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間。實(shí)際上，由于儀表靈敏度的限制， 當(dāng)被控變量接近穩(wěn)定值時(shí)，指示值就基本上不再改變了。因此，一般是在穩(wěn)定值的上下規(guī)定一個(gè)小的范圍，當(dāng)被控變量進(jìn)入這一范圍并 不再越出時(shí)，就認(rèn)為被控變量已經(jīng)達(dá)到新的穩(wěn)定值，或者說(shuō)過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)結(jié)束。這個(gè)范圍一般定為穩(wěn)定值的177。 5%(也有的規(guī)定為177。 2％ )。按照這個(gè)規(guī)定，過(guò)渡時(shí)間就是從干擾開(kāi)始作用之時(shí)起，直至被控變量進(jìn)入新穩(wěn)定值177。 5％（或177。 2%）的范圍內(nèi)且不再越出時(shí)為止所經(jīng)歷的時(shí)間。過(guò)渡時(shí)間短，表示過(guò)渡過(guò)程進(jìn)行得比較迅速，這是即使干擾頻繁出現(xiàn)，系統(tǒng)也能適應(yīng)，系統(tǒng)控制質(zhì)量越高，反之，過(guò)渡時(shí)間太長(zhǎng)，第一個(gè)干擾引起得過(guò)渡過(guò)程尚未結(jié)束，第二個(gè)干擾就已經(jīng)出現(xiàn)，這樣，幾個(gè)干擾得影響 疊加起來(lái)，就可能使系統(tǒng)滿足不了生產(chǎn)得要求。 過(guò)渡過(guò)程同向兩波峰 （ 或波谷 ） 之間得間隔時(shí)間叫振蕩周期或工作周期 ， 其倒數(shù)稱為振蕩頻率 。 在衰減比相同得情況下 ， 周期與過(guò)渡時(shí)間成正比 ， 一般希望振蕩周期短一些為好 。 還有一些次要的品質(zhì)指標(biāo)，其中振蕩次數(shù)，是指在過(guò)渡過(guò)程內(nèi)被控變量振蕩的次數(shù)。所謂“理想過(guò)渡過(guò)程了兩個(gè)波”；就是指過(guò)渡過(guò)程振蕩兩次就能穩(wěn)定下來(lái)，在一般情況下，可認(rèn)為是較為理想的過(guò)程。此外的衰減比約相當(dāng)于4:1，圖 114所示的就是接近于 4:1的過(guò)渡過(guò)程曲線 。 上升時(shí)間也是一個(gè)品質(zhì)指標(biāo) ， 它是指干擾開(kāi)始作用起至第一個(gè)波峰時(shí)所需的時(shí)間 ， 顯然 ， 上升時(shí)間以短一些為宜 。 綜上所述 ， 過(guò)渡過(guò)程的品質(zhì)指標(biāo)主要有：最大偏差 、 衰減比 、 余差 、 過(guò)渡時(shí)間等 。這些指標(biāo)在不同的系統(tǒng)中各有其重要性 ， 且相互之間既有矛盾 ， 又有聯(lián)系 。 因此 ， 應(yīng)根據(jù)具體情況分清主次 ， 區(qū)別輕重 ，對(duì)那些對(duì)生產(chǎn)過(guò)程有決定性意義的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)優(yōu)先予以保證 ， 另外 ， 對(duì)一個(gè)系統(tǒng)提出的品質(zhì)要求和評(píng)價(jià)一個(gè)控制系統(tǒng)的質(zhì)量 ， 都應(yīng)該從實(shí)際需要出發(fā) ， 不應(yīng)過(guò)分偏高偏嚴(yán) ， 否則就會(huì)造成人力物力的巨大浪費(fèi) ， 甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn) 。 圖 115 溫度控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程曲線 210 205 200 230 20 22 5 溫度 t/℃ 例 某換熱器的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在單位階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程曲線如圖 115所示 。 試分別求出最大偏差 、 余差 。 衰減比 、振蕩周期和過(guò)渡時(shí)間 （ 給定值為 200℃ ） 。 解 最大偏差 ： A=230200=30℃ 余差 C＝ 205200＝ 5℃ 由圖上可以看出 ， 第一個(gè)波峰值 B＝ 230205＝ 25℃ ， 第二個(gè)波峰值 B’=210205=5℃ ,故衰減比應(yīng)為 B:B’=25:5=5:1 振蕩周期為同向兩波峰之間的時(shí)間間隔 ， 故周期 T＝ 20－ 5＝15（ min） 過(guò)渡時(shí)間與規(guī)定的被控變量限制范圍大小有關(guān) ， 假定被控變量進(jìn)入額定值的 177。 2％ ， 就可以認(rèn)為過(guò)渡過(guò)程已經(jīng)結(jié)束 ， 那么限制范圍為 200 （ 177。 2％ ） ＝ 177。 4℃ ， 這時(shí) ， 可在新穩(wěn)定值（ 200℃ ） 兩側(cè)以寬度為 177。 4℃ 畫(huà)一區(qū)域 ， 圖 115中以畫(huà)有陰影線的區(qū)域表示 ， 只要被控變量進(jìn)入這一區(qū)域且不再越出 ， 過(guò)渡過(guò)程就可以認(rèn)為已經(jīng)結(jié)束 ， 因此 ， 從圖上可以看出 ， 過(guò)渡時(shí)間為 22min。 四．影響控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的主要因素從前面的討論中知道，一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)可以概括成兩大部分，即工藝過(guò)程部分（被控對(duì)象）和自動(dòng)化裝置部分。前者并不是泛指整個(gè)工藝流程，而是指與該自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)的部分，以圖 19所 示的熱交換器溫度控制系統(tǒng)為例，其工藝過(guò)程部分指的是與被控變量溫度 T有關(guān)的工藝參數(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)。材質(zhì)等因素，也就是前面將的被控對(duì)象。自動(dòng)化裝置部分指的是為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所需的自動(dòng)化儀表設(shè)備，通常包括測(cè)量與變送裝置、控制器和執(zhí)行器等一部分。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的好壞，在很大程度上決定于對(duì)象的性質(zhì)。例如在前所述的溫度控制系統(tǒng)中，屬于對(duì)象性質(zhì)的主要因素有；熱交換器的負(fù)荷大小，熱交換器的結(jié)構(gòu)、尺寸、材質(zhì)等，換熱器內(nèi)的換熱情況、散熱情況及結(jié)垢程度等。自動(dòng)化裝置應(yīng)按對(duì)象性質(zhì)加以選擇和調(diào)整，兩者要較好地結(jié)合。自動(dòng)化裝置地選擇和調(diào)整不當(dāng)，也會(huì)直接影響控制質(zhì)量。此外，在控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，自動(dòng)化裝置地性能一旦發(fā)生變化，如閥門(mén)失 靈、測(cè)量失真，也要影響控制質(zhì)量?？傊?，影響自動(dòng)控制系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)地因素是很多地，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行過(guò)程中都應(yīng)給予充分注意。為了更好地分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高過(guò)渡過(guò)程地品質(zhì)指標(biāo)，從第三章開(kāi)始，將對(duì)組成自動(dòng)控制系統(tǒng)地各個(gè)環(huán)節(jié)，按被控對(duì)象、測(cè)量與變送裝置、控制器與執(zhí)行器地順序逐個(gè)進(jìn)行討論，只有在充分了解這些環(huán)節(jié)地作用和特性后，才能進(jìn)一步研究和分析設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量。