自動控制系統(tǒng)

1、窗體頂端自動控制系統(tǒng)*概述自動控制系統(tǒng)( automatic control systems )簡稱自控系統(tǒng)，是在無人直接參與下可使生產(chǎn)過程或其他過程按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)是實現(xiàn)自動化的主要手段。自動控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會的各個領(lǐng)域。在工業(yè)方面，對于冶金、化工、機(jī)械制造等生產(chǎn)過程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等，都有相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上通過采用數(shù)字計算機(jī)還建立起了控制性能更好和自動化程度更高的數(shù)字控制系統(tǒng)，以及具有控制與管理雙重功能的過程控制系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用包括水位自動控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動操作系統(tǒng)等

2、。在軍事技術(shù)方面，自動控制的應(yīng)用實例有各種類型的伺服系統(tǒng)、火力控制系統(tǒng)、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)等。在航天、航空和航海方面，除了各種形式的控制系統(tǒng)外，應(yīng)用的領(lǐng)域還包括導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和各種仿真器。此外，在辦公室自動化、圖書管理、交通管理乃至日常家務(wù)方面，自動控制技術(shù)也都有著實際的應(yīng)用。隨著控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大，幾乎涉及生物、醫(yī)學(xué)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會等所有領(lǐng)域。自動控制系統(tǒng)*組成自動控制系統(tǒng)主要由：控制器，被控對象，執(zhí)行機(jī)構(gòu)和變送器四個環(huán)節(jié)組成。在自動控制系統(tǒng)的組成中,除必須具有前面所述的自動化裝置外,還必須具有控制裝置所控制的生產(chǎn)設(shè)備在自動控制系統(tǒng)中,將需要控制其

3、工藝參數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備、機(jī)器、一段管道或設(shè)備的一部分叫做被控對象,簡稱對象。自動控制系統(tǒng)*常用術(shù)語被控對象：需要實現(xiàn)控制的設(shè)備、機(jī)械和生產(chǎn)過程被控變量：對象內(nèi)要求保持一定數(shù)值的物理量，即輸出量控制變量：受執(zhí)行器控制，用以使被控變量保持一定數(shù)值的物料和能量干擾：除控制變量以外，作用于對象并引起被控變量變化的一切因素給定值：工藝規(guī)定被控變量所要保持的數(shù)值偏差：設(shè)定值與測量值之差自動控制系統(tǒng)*分類自動控制系統(tǒng)有幾種分類方法按控制原理的不同，自動控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)在開環(huán)控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)輸出只受輸入的控制，控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開環(huán)控制系統(tǒng)中，基于按時序進(jìn)行邏輯

4、控制的稱為順序控制系統(tǒng);由順序控制裝置、檢測元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控工業(yè)對象所組成。主要應(yīng)用于機(jī)械、化工、物料裝卸運輸?shù)冗^程的控制以及機(jī)械手和生產(chǎn)自動線。閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的，利用輸出量同期望值的偏差對系統(tǒng)進(jìn)行控制，可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)。2.按給定信號分類，自動控制系統(tǒng)可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。1)恒值控制系統(tǒng)給定值不變，要求系統(tǒng)輸出量以一定的精度接近給定希望值的系統(tǒng)。工藝生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)。如生產(chǎn)過程中的

5、溫度、壓力、流量、液位高度、電動機(jī)轉(zhuǎn)速等自動控制系統(tǒng)屬于恒值系統(tǒng)。特點：設(shè)定值是固定不變的閉環(huán)控制系統(tǒng)作用：克服擾動的影響，使被控變量保持在工藝要求的數(shù)值上2)隨動控制系統(tǒng)給定值按未知時間函數(shù)變化，要求輸出跟隨給定值的變化。該系統(tǒng)的目的就是使所控制的工藝參數(shù)準(zhǔn)確而快速地跟隨給定值的變化而變化。如跟隨衛(wèi)星的雷達(dá)天線系統(tǒng)。特點：設(shè)定值是一個未知的變化量的閉環(huán)控制系統(tǒng)作用：以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化3)程序控制系統(tǒng)給定值變化，但它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時間程序變化。這類系統(tǒng)在間歇生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較普通。如程控機(jī)床。程序控制系統(tǒng)可以看成是隨動控制系統(tǒng)的特殊情況，其分析研

6、究方法與隨動控制系統(tǒng)相同。特點：設(shè)定值是變化的，且按一定時間程序變化的時間函數(shù)作用：以一定的精度跟隨設(shè)定值的變化而變化3.按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式可以分為簡單控制系統(tǒng)和復(fù)雜控制系統(tǒng);4.按描述系統(tǒng)運動的微分方程可將系統(tǒng)分成兩類：1).線性自動控制系統(tǒng) 描述系統(tǒng)運動的微分方程是線性微分方程。如方程的系數(shù)為常數(shù)，則稱為定常線性自動控制系統(tǒng);相反，如系數(shù)不是常數(shù)而是時間t的函數(shù)，則稱為變系數(shù)線性自動控制系統(tǒng)。線性系統(tǒng)的特點是可以應(yīng)用疊加原理，因此數(shù)學(xué)上較容易處理。2).非線性自動控制系統(tǒng) 描述系統(tǒng)的微分方程是非線性微分方程。非線性系統(tǒng)一般不能應(yīng)用疊加原理，因此數(shù)學(xué)上處理比較困難，至今尚沒有通用的處理方法。嚴(yán)

7、格地說，在實踐中，理想的線性系統(tǒng)是不存在的，但是如果對于所研究的問題，非線性的影響不很嚴(yán)重時，則可近似地看成線性系統(tǒng)。同樣，實際上理想的定常系統(tǒng)也是不存在的，但如果系數(shù)變化比較緩慢，也可以近似地看成線性定常系統(tǒng)。5.按系統(tǒng)中傳遞信號的性質(zhì)分類1).連續(xù)系統(tǒng) 系統(tǒng)中傳遞的信號都是時間的連續(xù)函數(shù)，則稱為連續(xù)系統(tǒng)。2).采樣系統(tǒng) 系統(tǒng)中至少有一處，傳遞的信號是時間的離散信號，則稱為采樣系統(tǒng)，或離散系統(tǒng)。自動控制系統(tǒng)*系統(tǒng)運行的基本要求1. 自動控制系統(tǒng)的基本要求是系統(tǒng)運行必須是穩(wěn)定的，并應(yīng)保證滿足一定的精度要求和規(guī)定的性能指標(biāo)。2.要實現(xiàn)自動控制，系統(tǒng)必須是閉環(huán)，閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行最基本的必要條件

8、是負(fù)反饋。3. 測量變送環(huán)節(jié)一般具有正作用特性，被控對象和執(zhí)行器的特性由實際的工藝條件決定，可以通過控制器的正、反作用來滿足系統(tǒng)負(fù)反饋的要求。自動控制系統(tǒng)*應(yīng)用領(lǐng)域自動控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類社會的各個領(lǐng)域。在工業(yè)方面，對于冶金、化工、機(jī)械制造等生產(chǎn)過程中遇到的各種物理量，包括溫度、流量、壓力、厚度、張力、速度、位置、頻率、相位等，都有相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上通過采用數(shù)字計算機(jī)還建立起了控制性能更好和自動化程度更高的數(shù)字控制系統(tǒng)，以及具有控制與管理雙重功能的過程控制系統(tǒng)。在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用包括水位自動控制系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)機(jī)械的自動操作系統(tǒng)等。在軍事技術(shù)方面，自動控制的應(yīng)用實例有各種類型的伺服系統(tǒng)、

9、火力控制系統(tǒng)、制導(dǎo)與控制系統(tǒng)等。在航天、航空和航海方面，除了各種形式的控制系統(tǒng)外，應(yīng)用的領(lǐng)域還包括導(dǎo)航系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)和各種仿真器。此外，在辦公室自動化、圖書管理 、交通 管 理乃至日常家務(wù)方面，自動控制技術(shù)也都有著實際的應(yīng)用。隨著控制理論和控制技術(shù)的發(fā)展，自動控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)大，幾乎涉及生物、醫(yī)學(xué)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會等所有領(lǐng)域。自動控制系統(tǒng)*控制系統(tǒng)的過渡過程1. 系統(tǒng)由一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程。2.系統(tǒng)在過渡過程中，被控變量是隨時間變化的。被控變量隨時間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。3.在生產(chǎn)中，出現(xiàn)的干擾是沒有固定形式的，且多半屬于隨機(jī)性質(zhì)。在分析和設(shè)計

10、控制系統(tǒng)時，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是階躍干擾。自動控制系統(tǒng)*過渡過程的品質(zhì)指標(biāo)控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量品質(zhì)的依據(jù)。多數(shù)情況下，希望得到衰減振蕩過程，在此取這種過程形式討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。控制指標(biāo)主要有兩類,一類是時間域的單項指標(biāo),另一類是時間域的綜合指標(biāo)。1.時間域的各種單項指標(biāo)假定自動控制系統(tǒng)在階躍輸入作用下，被控變量的變化曲線如下圖所示，這是屬于衰減振蕩的過渡過程2.五種重要品質(zhì)指標(biāo)之一( 1 )最大偏差或超調(diào)量最大偏差是指在過渡過程中，被控變量偏離給定值的最大數(shù)值。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個波的峰值。特別是對于一些有約束條件的系統(tǒng)，如化學(xué)反應(yīng)器的化合物爆炸極限、觸媒燒結(jié)溫度極限等，都會對最大偏差的允許值有所限制。超調(diào)量也可以用來表征被控變量偏離給定值的程度。(2)衰減比衰減比是衰減程度的指標(biāo)，它是前后相鄰兩個峰值的比。習(xí)慣表示為 n:1，一般 n 取為410之間為宜。( 3 ) 余差當(dāng)過渡過程終了時，被控變量所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值之間的偏差叫做余差，或者說余差就是過渡過程終了時的殘余偏差。有余差的控制過程稱為有差調(diào)節(jié)，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。反之就為無差調(diào)節(jié)和無差系統(tǒng)。(4) 過渡時間從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時止，過渡過程所經(jīng)歷的時間叫過渡時間。一般在穩(wěn)態(tài)值的上下規(guī)定一個小范