自動控制系統(tǒng)基本概念

1、1自動控制技術(shù)基本概念2第一節(jié) 自動控制概述一、人工調(diào)節(jié)與自動調(diào)節(jié)1、人工調(diào)節(jié)過程3眼的觀察：監(jiān)視被調(diào)參數(shù)的變化大腦的思維：比較、決策、發(fā)出命令手的執(zhí)行：改變閥門的開度42、自動調(diào)節(jié)過程檢測被調(diào)參數(shù)并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)信號比較被測參數(shù)并發(fā)出執(zhí)行命令改變閥門的開度，改變被調(diào)參數(shù)5二、自動控制系統(tǒng)的定義自動控制是在人不直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置，使整個生產(chǎn)過程或工作機(jī)械（被控對象）自動地按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行，或使某個參數(shù)（被控參數(shù)）按預(yù)定要求變化。自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)是利用自動化裝置克服干擾，把偏離給定值的被調(diào)參數(shù)調(diào)回到給定值上的系統(tǒng)。 6三、自動控制系統(tǒng)的組成 被控對象生產(chǎn)設(shè)備 變送器 自動化裝置 控制器

2、 執(zhí)行器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器被控對象顯示儀表變送器 簡單控制系統(tǒng)組成示意圖簡單控制系統(tǒng)組成示意圖7四、基本術(shù)語1.調(diào)節(jié)對象：自動化裝置控制下的生產(chǎn)設(shè)備2.被調(diào)參數(shù)：需維持在某一預(yù)定范圍的參數(shù)3.給定值：要求被調(diào)參數(shù)穩(wěn)定的某一范圍4.干擾：影響被調(diào)參數(shù)偏離給定值的因素5.控制作用：把偏離給定值的被調(diào)參數(shù)調(diào)回給定值的作用6.偏差：給定值與被調(diào)參數(shù)測量值之差8五、自動控制分類1.自動檢測系統(tǒng)：P、Q、T、H檢測2.自動保護(hù)系統(tǒng)：對參數(shù)的保護(hù)控制3.定值控制系統(tǒng)：將參數(shù)穩(wěn)定在一定范圍，又稱自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)4.自動操縱系統(tǒng)：程序控制5.隨動控制系統(tǒng)：自動跟蹤系統(tǒng) 9六、自動控制系統(tǒng)的方框圖1、方框圖：反映系統(tǒng)各組成

3、部分之間的相互影響和信號聯(lián)系。102、正、負(fù)反饋反饋：把輸出信號重新送回到輸入端的過程正反饋：使原來的輸入信號(e)增強(qiáng)的反饋 e = x + z負(fù)反饋：使原來的輸入信號(e)減小的反饋 e = x - z11第二節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程及品質(zhì)指標(biāo)一、系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài) 靜態(tài)：平衡狀態(tài) 相對的、暫時的、有條件的 動態(tài)：參數(shù)不斷變化狀態(tài) 普遍的、絕對的、無條件的 12二、自動控制系統(tǒng)的過渡過程1. 自動控制系統(tǒng)的過渡過程 被控變量隨時間變化而變化的過程稱為自動控制系統(tǒng)的過渡過程 2. 階躍干擾 干擾比較突然，比較危險，對被控變量的影響也最大 干擾的形式簡單，容易實(shí)現(xiàn)，便于分析、實(shí)驗(yàn)和計算。13

4、階躍干擾作用圖143.過渡過程的四種基本形式 (1)非振蕩的單調(diào)過渡過程 被控變量在給定值的某一側(cè)作緩慢變化，沒有來回波動，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上,(圖 (a) (2)衰減振蕩過程 被控變量上下波動，但幅度逐漸減小，最后穩(wěn)定在某一數(shù)值上，(圖 (b) (3)等幅振蕩過程 被控變量始終在某一幅值的上下波動， (圖 (c) (4)發(fā)散振蕩過程 被控變量上下波動，幅度逐漸變大，(圖 (d)15過渡過程的幾種基本形式圖164. 自動控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo) 余差c（靜差）：過渡過程終了時的殘余偏差最大偏差或超調(diào)量A ：被控變量偏離給定值的最大值 衰減比n：表示衰減程度的指標(biāo)，即曲線中前后兩個相鄰波的峰值之比，

5、即：B ：B，習(xí)慣上用n:1表示 過渡時間(或回復(fù)時間) Ts: 從干擾作用后，系統(tǒng)從原來的平衡狀態(tài)過渡到另一個新的平衡狀態(tài)所需的時間 17階躍干擾作用時過渡過程品質(zhì)指標(biāo)示意圖18第三節(jié) 被控對象的特性 指被控對象在受到輸入信號作用(干擾作用或控制作用)后，其輸出信號(亦即被控變量)隨時間變化的特性。一、描述對象特性的參數(shù) 1放大系數(shù)K 2滯后時間 3時間常數(shù)Tc 水槽液位的變化曲線19有容量滯后的對象特性不同時間常數(shù)時的反應(yīng)曲線20二、對象特性的數(shù)學(xué)描述(數(shù)學(xué)模型) 在工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)已定的條件下，研究系統(tǒng)的各個輸入變量是如何影響系統(tǒng)的狀態(tài)和輸出變量的三、對象特性的測取 1反應(yīng)曲線法 對象

6、的反應(yīng)曲線21矩形脈沖特性曲線2矩形脈沖法22第四節(jié) 基本控制規(guī)律一、控制（調(diào)節(jié)）規(guī)律：1.控制器輸入偏差e與輸出變化值P的關(guān)系2.基本控制（調(diào)節(jié)）規(guī)律：位式控制、比例控制、積分控制、微分控制23（一）雙位控制1.位：閥門開、關(guān)的位置。2.雙位：閥門全開、全關(guān)兩個位置。3.雙位控制是指當(dāng)測量值大于給定值時，控制器輸出為最大，當(dāng)測量值小于給定值時，控制器輸出為最小（即開或關(guān)）。24 貯罐液位控制：液位上升，與電極接觸，繼電器接通，線圈內(nèi)可動鐵芯移動，關(guān)閉閥門25調(diào)節(jié)特性：缺點(diǎn)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作過于頻繁 被控變量產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩過程t閥門26具有中間區(qū)的雙位控制過程27（二）比例控制（P控制） 控

7、制器輸出的改變量與被控變量的偏差值成正比例。 P=KPe1、液位比例控制282. 比例度 使控制器輸出變化全范圍時，輸入偏差改變了滿量程的百分?jǐn)?shù) 。比例度可用下式來表示。式中 e 控制器輸入變化量(即偏差)； P 控制器輸出的變化量； XmaxXmin儀表的量程； PmaxPmin控制器輸出的工作范圍 %100/minmaxminmaxpppXXe293. 控制器比例度的大小與輸入輸出的關(guān)系比例度與輸入和輸出的關(guān)系304、特點(diǎn)反應(yīng)快、無滯后，偏差大，輸出也變化大，但存在余差，只適于有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。存在余差的原因：負(fù)荷變化前，浮球在一個位置，進(jìn)口閥門在某一個開度，出量增大后，液位降低，浮球下降，進(jìn)

8、口閥門開度增大，進(jìn)、出水量一相等，液位在新的位置平衡。31（三）積分控制（I控制）積分控制作用的輸出變化量與偏差的積分成正比。只要偏差存在，積分作用一直作用下去，就有輸出信號，能消除余差缺點(diǎn)：在偏差出現(xiàn)的瞬間不能立即作用edtTPi132（四）微分控制（D控制）控制器的輸出變化量與偏差變化速度成正比。對變化速度快的偏差，微分調(diào)節(jié)輸出變化值也大，有“超前”調(diào)節(jié)功能。對不變化的偏差，微分控制不起作用，也不能消除余差。dtdeTPD33 階躍輸入時微分調(diào)節(jié)器特性34微分時間對過渡過程的影響35（五）比例積分微分（PID）控制系統(tǒng)1.控制器的輸出為三部分輸出之和。2.當(dāng)偏差剛出現(xiàn)時，微分作用立即變化（

9、因變化快），比例也同時起作用，使輸出信號發(fā)生突然的大幅度變化，然后慢慢下降，隨著時間累積，積分作用逐漸起主導(dǎo)作用。36PID控制器輸出特性37(六)比例、積分、微分控制規(guī)律小結(jié) 比例控制它根據(jù)“偏差的大小”來動作。它的輸出與輸入偏差的大小成比例，控制及時、有力，但是有余差。用比例度來表示其作用的強(qiáng)弱。越小，控制作用越強(qiáng)。比例作用太強(qiáng)時會引起振蕩。積分控制它根據(jù)“偏差是否存在”來動作。它的輸出與偏差對時間的積分成比例，只有當(dāng)余差完全消失，積分作用才停止。其實(shí)質(zhì)就是消除余差。但積分作用緩慢，使最大動偏差增大，延長了控制時間。用積分時間TI表示其作用的強(qiáng)弱，TI越小，積分作用越強(qiáng)，積分作用太強(qiáng)時，也易引起振蕩。微分控制它根據(jù)“偏差變化速度”來動作。它的輸出與輸入偏差變化的速度成比例，其實(shí)質(zhì)和效果是阻止被控變量的一切變化，有超前控制的作用。對滯后大的對象有很好的效果。使控制過程動偏差減小，時間縮短，余差也減小(但不能消除)。用微分時間TD表示其作用的強(qiáng)弱，TD大，作用強(qiáng)。TD太大，會引起振蕩。 38習(xí)題與思考題 自動控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？自控系統(tǒng)的過渡過程有哪幾種基本形式？各有什么特點(diǎn)？控制器有哪些基本控制規(guī)律?它們各有什么特點(diǎn)? 比例度、積分時間TI 、微分時間TD對控