1_自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念

1、v自動(dòng)控制系統(tǒng)各部分的作用與相互聯(lián)系自動(dòng)控制系統(tǒng)各部分的作用與相互聯(lián)系（了解）（了解）v控制系統(tǒng)的幾種分類形式控制系統(tǒng)的幾種分類形式（了解）（了解） v利用各種檢測(cè)儀表對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量利用各種檢測(cè)儀表對(duì)主要工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量 、指示或記錄、指示或記錄v它代替了操作人員對(duì)工藝參數(shù)的不斷觀察與記錄它代替了操作人員對(duì)工藝參數(shù)的不斷觀察與記錄 （人眼）。（人眼）。v對(duì)某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動(dòng)信號(hào)聯(lián)鎖裝置。對(duì)某些關(guān)鍵性參數(shù)設(shè)有自動(dòng)信號(hào)聯(lián)鎖裝置。v當(dāng)工藝參超過了允許范圍，系統(tǒng)自動(dòng)地發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，以提當(dāng)工藝參超過了允許范圍，系統(tǒng)自動(dòng)地發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，以提示及時(shí)采取措施。示及時(shí)采取措施。v根據(jù)預(yù)先規(guī)定

2、的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性的操作。根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性的操作。v對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使它們?cè)谑艿酵饨绺蓴_對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使它們?cè)谑艿酵饨绺蓴_（擾動(dòng)）的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí)，能自動(dòng)地控制而回到規(guī)定的（擾動(dòng)）的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí)，能自動(dòng)地控制而回到規(guī)定的的數(shù)值范圍內(nèi)。的數(shù)值范圍內(nèi)。 用眼睛觀察玻璃管液位計(jì)中液位的高低，并用眼睛觀察玻璃管液位計(jì)中液位的高低，并通過神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦通過神經(jīng)系統(tǒng)告訴大腦液位人工控制液位人工控制？ 大腦根據(jù)液位高度，與液位設(shè)定值進(jìn)行比較，大腦根據(jù)液位高度，與液位設(shè)定值進(jìn)行比較，得出偏差的大小和正負(fù)

3、，然后發(fā)出命令得出偏差的大小和正負(fù)，然后發(fā)出命令 根據(jù)大腦發(fā)出的命令通過手去改變閥門開根據(jù)大腦發(fā)出的命令通過手去改變閥門開度（出口流量），使液位保持在所需液位上度（出口流量），使液位保持在所需液位上v 人工控制受到人的生理上的限制，控制速度和精度上人工控制受到人的生理上的限制，控制速度和精度上滿足不了生產(chǎn)的需要滿足不了生產(chǎn)的需要v 用自動(dòng)化裝置代替上述人工操作，可提高控制精度和用自動(dòng)化裝置代替上述人工操作，可提高控制精度和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 測(cè)量液位并將液位的高低轉(zhuǎn)化為一種特定的、測(cè)量液位并將液位的高低轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)（如氣壓或電信號(hào)等）統(tǒng)一的輸出信號(hào)（如氣壓或電信號(hào)等）

4、液位自動(dòng)控制液位自動(dòng)控制 自動(dòng)地根據(jù)控制器送來的信號(hào)值來改變閥門自動(dòng)地根據(jù)控制器送來的信號(hào)值來改變閥門的開啟度的開啟度 接受變送器送來的信號(hào)，與液位設(shè)定值相比接受變送器送來的信號(hào)，與液位設(shè)定值相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)發(fā)送出去然后將此結(jié)果用特定信號(hào)發(fā)送出去 需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或需要控制其工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備或機(jī)器機(jī)器 把所測(cè)的工藝參數(shù)值把所測(cè)的工藝參數(shù)值變換為變換為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)（如氣一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)（如氣壓信號(hào)或電壓、電流信號(hào)等）。壓信號(hào)或電壓、電流信號(hào)等）。 接受變送器送來的測(cè)量信號(hào)，

5、與設(shè)定接受變送器送來的測(cè)量信號(hào)，與設(shè)定值相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)值相比較得出偏差，并按某種運(yùn)算規(guī)律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信律算出結(jié)果，然后將此結(jié)果用特定信號(hào)號(hào)(氣壓或電流氣壓或電流)發(fā)送出去發(fā)送出去 自動(dòng)地根據(jù)控制器送來的信號(hào)值來改自動(dòng)地根據(jù)控制器送來的信號(hào)值來改變閥門的開啟度。變閥門的開啟度。v 更清楚地表示出各組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)系更清楚地表示出各組成環(huán)節(jié)之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)系 便于對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究便于對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究：傳遞方塊：傳遞方塊( (系統(tǒng)各環(huán)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)) )、信號(hào)線、綜合點(diǎn)、分支點(diǎn)信號(hào)線、綜合點(diǎn)、分支點(diǎn)控制器的輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作

6、控制器的輸出信號(hào)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器動(dòng)作xepqyf-z干擾作用干擾作用測(cè)量值測(cè)量值設(shè)定值設(shè)定值控制器輸出控制器輸出偏差偏差操縱變量操縱變量被控變量被控變量克服干擾影響，使被控變量保持設(shè)定值的變量克服干擾影響，使被控變量保持設(shè)定值的變量除除 q 外，作用于對(duì)象并引起被控變量變化的因素外，作用于對(duì)象并引起被控變量變化的因素被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定數(shù)值的工藝參數(shù)（）被控變量的設(shè)定值與測(cè)量值之差（被控變量的設(shè)定值與測(cè)量值之差（e = x z）被控變量的預(yù)定值被控變量的預(yù)定值測(cè)量變送器測(cè)量被控變量的結(jié)果測(cè)量變送器測(cè)量被控變量的結(jié)果（）v LT測(cè)量出液體儲(chǔ)槽的液位值測(cè)量出液體儲(chǔ)

7、槽的液位值Lv 將液位將液位L的高低轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)的高低轉(zhuǎn)化為一種特定的、統(tǒng)一的輸出信號(hào)ZLstePQf-Z液位液位 Lv 將將L與液位給定值與液位給定值Lst相比較得出偏差相比較得出偏差e= L- Lstv LC根據(jù)偏差根據(jù)偏差e大小，按某種規(guī)律（大小，按某種規(guī)律（p=f(e)）發(fā)出控制信號(hào)發(fā)出控制信號(hào)Pv 執(zhí)行器根據(jù)執(zhí)行器根據(jù)P信號(hào)的大小改變出口流量信號(hào)的大小改變出口流量Q v 最終使最終使L穩(wěn)定或回到給定值穩(wěn)定或回到給定值Lst 信號(hào)構(gòu)成回路，輸出信號(hào)引回到信號(hào)構(gòu)成回路，輸出信號(hào)引回到輸入端，對(duì)控制作用有影響輸入端，對(duì)控制作用有影響：輸出信號(hào)返回到輸入端。：輸出信號(hào)返回

8、到輸入端。 ：反饋信號(hào)取負(fù)值，與輸入：反饋信號(hào)取負(fù)值，與輸入信號(hào)值相反信號(hào)值相反自動(dòng)操縱裝置自動(dòng)操縱裝置對(duì)象對(duì)象qyp控制控制器器執(zhí)行器執(zhí)行器對(duì)象對(duì)象測(cè)量測(cè)量變送器變送器xepqyf-z 信號(hào)不構(gòu)成回路，系統(tǒng)的輸出信信號(hào)不構(gòu)成回路，系統(tǒng)的輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)無影響號(hào)對(duì)輸入信號(hào)無影響 給定值恒定不變。給定值恒定不變。 （例：液位控制系統(tǒng)）（例：液位控制系統(tǒng)） 克服擾動(dòng)對(duì)被控變量的影響，使被控變量回到設(shè)定值?？朔_動(dòng)對(duì)被控變量的影響，使被控變量回到設(shè)定值。 給定值不斷地隨機(jī)變化。給定值不斷地隨機(jī)變化。 （例：比值控制系統(tǒng)）（例：比值控制系統(tǒng)）使被控變量能夠盡快、準(zhǔn)確無誤地跟蹤設(shè)定值的變化而變化。使被

9、控變量能夠盡快、準(zhǔn)確無誤地跟蹤設(shè)定值的變化而變化。 給定值是變化的，已知的時(shí)間函數(shù)。（例：金屬熱處理的溫度控制）給定值是變化的，已知的時(shí)間函數(shù)。（例：金屬熱處理的溫度控制） 使被控變量能夠盡快、準(zhǔn)確無誤地跟蹤設(shè)定值的變化而變化。使被控變量能夠盡快、準(zhǔn)確無誤地跟蹤設(shè)定值的變化而變化。被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)（被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)（） 例：例：Qi Qo時(shí)，時(shí)，L變化變化v 系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡過程系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡過程v 被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài) 例：例：Qi = Qo時(shí)，時(shí)，L不變不變v 靜態(tài)是暫時(shí)的，動(dòng)態(tài)是

10、普遍的靜態(tài)是暫時(shí)的，動(dòng)態(tài)是普遍的v 干擾作用使被控變量偏離給定值，打破平衡，控制作用使被控干擾作用使被控變量偏離給定值，打破平衡，控制作用使被控 變量變化一段時(shí)間內(nèi)重新穩(wěn)定，建立新的平衡。變量變化一段時(shí)間內(nèi)重新穩(wěn)定，建立新的平衡。v 自動(dòng)控制系統(tǒng)總是處于一種頻繁的、不間斷的動(dòng)態(tài)過程中（擾動(dòng)作用）自動(dòng)控制系統(tǒng)總是處于一種頻繁的、不間斷的動(dòng)態(tài)過程中（擾動(dòng)作用） ：關(guān)心過程靜態(tài)，物料、能量靜態(tài)平衡（無累積量）：關(guān)心過程靜態(tài)，物料、能量靜態(tài)平衡（無累積量） ：關(guān)心過程動(dòng)態(tài)，物料、能量動(dòng)態(tài)平衡（有累積量）：關(guān)心過程動(dòng)態(tài)，物料、能量動(dòng)態(tài)平衡（有累積量）系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到另一個(gè)平衡過程系統(tǒng)由一個(gè)平衡狀

11、態(tài)過渡到另一個(gè)平衡過程在某一瞬間，干擾突然地階在某一瞬間，干擾突然地階躍式的加到系統(tǒng)上，并繼續(xù)躍式的加到系統(tǒng)上，并繼續(xù)保持在這個(gè)幅度。保持在這個(gè)幅度。 被控變量在給定值的某一側(cè)作被控變量在給定值的某一側(cè)作緩慢變化，沒有來回波動(dòng)，最后緩慢變化，沒有來回波動(dòng)，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上穩(wěn)定在某一數(shù)值上 被控變量上下波動(dòng)，但幅度逐漸被控變量上下波動(dòng)，但幅度逐漸減少，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上減少，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上 被控變量在給定值附近來回波被控變量在給定值附近來回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度保持不變動(dòng)，且波動(dòng)幅度保持不變 被控變量來回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度被控變量來回波動(dòng)，且波動(dòng)幅度逐漸變大，即偏離給定值越來越逐漸變大，即偏

12、離給定值越來越遠(yuǎn)遠(yuǎn) 評(píng)定過渡過程優(yōu)劣評(píng)定過渡過程優(yōu)劣 控制系統(tǒng)質(zhì)量好壞控制系統(tǒng)質(zhì)量好壞 克服干擾是否有效克服干擾是否有效 定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng) 過渡過程是一衰減過程（階躍干擾）過渡過程是一衰減過程（階躍干擾） A：瞬間被控變量偏離給定值的最大值瞬間被控變量偏離給定值的最大值emax B：B=A-C，C：新的穩(wěn)態(tài)值新的穩(wěn)態(tài)值 表征被控變量偏離給定值的程度表征被控變量偏離給定值的程度，A越大，偏離越大，對(duì)生產(chǎn)越不利。越大，偏離越大，對(duì)生產(chǎn)越不利。 工藝上對(duì)最大偏差有所限制。工藝上對(duì)最大偏差有所限制。 yt0yt0 過渡過程曲線上同方向相鄰兩波峰（或波谷）值之比過渡過程曲線上同方向相鄰兩波峰（或

13、波谷）值之比n=B/B 習(xí)慣用習(xí)慣用n：1表示，一般要求表示，一般要求n=410（經(jīng)驗(yàn)值）經(jīng)驗(yàn)值） 表示衰減程度的指標(biāo)表示衰減程度的指標(biāo) n1，衰減振蕩；衰減振蕩； n1，接近等幅振蕩；接近等幅振蕩；n1，發(fā)散振蕩；發(fā)散振蕩； n 越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定；越大，系統(tǒng)越穩(wěn)定；n，接近于非振蕩衰減。接近于非振蕩衰減。 yt0 過渡過程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新穩(wěn)態(tài)值與給定值之差過渡過程終了時(shí)，被控變量所達(dá)到的新穩(wěn)態(tài)值與給定值之差 C=y()-X 反映了控制的精確程度，希望余差足夠小。反映了控制的精確程度，希望余差足夠小。 C0，有余差，有差調(diào)節(jié)，有差系統(tǒng)。有余差，有差調(diào)節(jié)，有差系統(tǒng)。 C = 0，無余差

14、，無差調(diào)節(jié)，無差系統(tǒng)。無余差，無差調(diào)節(jié)，無差系統(tǒng)。 yt0 系統(tǒng)從受到干擾作用發(fā)生變化開始，到建立新平衡所需時(shí)間系統(tǒng)從受到干擾作用發(fā)生變化開始，到建立新平衡所需時(shí)間Ts 反映了克服干擾的能力。反映了克服干擾的能力。 一般認(rèn)為被控變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的一般認(rèn)為被控變量進(jìn)入新穩(wěn)態(tài)值的5%（或（或2%）范圍內(nèi)就已達(dá)到。）范圍內(nèi)就已達(dá)到。 Ts越小，表示系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定快。越小，表示系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定快。Ts越大，表示系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定慢。越大，表示系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定慢。 yt0過渡過程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時(shí)間過渡過程同向兩波峰（或波谷）之間的間隔時(shí)間反映了自動(dòng)控制系統(tǒng)克服干擾的能力。反映了自動(dòng)控制系統(tǒng)克服干擾的能力。 生產(chǎn)要求：盡量短生產(chǎn)要求：盡量短 與自動(dòng)控制系統(tǒng)相關(guān)的工藝部分。與自動(dòng)控制系統(tǒng)相關(guān)的工藝部分。 為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所必需的自動(dòng)化儀表設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制所必需的自動(dòng)化儀表設(shè)備。過渡過程品質(zhì)的好壞，在很大程度上決定于對(duì)象的性質(zhì)。過渡過程品質(zhì)的好壞，在很大程度上決定于對(duì)象的性質(zhì)。自動(dòng)化裝置的選擇和調(diào)整不當(dāng)，會(huì)直接影響控制質(zhì)量。自動(dòng)化裝置的選擇和調(diào)整不當(dāng)，會(huì)直接影響控制質(zhì)量。自動(dòng)化裝置的性能也會(huì)影響控制質(zhì)量。自動(dòng)化裝置的性能也會(huì)影