自動(dòng)化控制原理第1章緒論

1、1.1 1.1 什么是自動(dòng)化什么是自動(dòng)化? ?1.2 1.2 自動(dòng)化的作用自動(dòng)化的作用 1.3 1.3 自動(dòng)化的過去、現(xiàn)在和將來自動(dòng)化的過去、現(xiàn)在和將來1.4 1.4 自動(dòng)控制方式自動(dòng)控制方式1.5 1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)分類自動(dòng)控制系統(tǒng)分類1.5 1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)性能要求自動(dòng)控制系統(tǒng)性能要求1.7 1.7 典型輸入信號(hào)典型輸入信號(hào) 自動(dòng)化就是無須人的直接參與，通過控制裝置自動(dòng)化就是無須人的直接參與，通過控制裝置去自動(dòng)操縱機(jī)器、設(shè)備等，使其按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)去自動(dòng)操縱機(jī)器、設(shè)備等，使其按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行，完成要求的任務(wù)。行，完成要求的任務(wù)。 一種數(shù)控加工中心一種數(shù)控加工中心戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈戰(zhàn)斗機(jī)

2、發(fā)射導(dǎo)彈戰(zhàn)機(jī)的武器系統(tǒng)戰(zhàn)機(jī)的武器系統(tǒng)l 電力主要來源于水電、火電和核電，其他如太電力主要來源于水電、火電和核電，其他如太陽能、風(fēng)能、海洋能、生物能等產(chǎn)生的電力目陽能、風(fēng)能、海洋能、生物能等產(chǎn)生的電力目前還只能是一種補(bǔ)充。前還只能是一種補(bǔ)充。l 電力系統(tǒng)包含發(fā)電、輸電、變電、配電等多個(gè)電力系統(tǒng)包含發(fā)電、輸電、變電、配電等多個(gè)環(huán)節(jié)，而且地域分布廣，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何環(huán)節(jié)，而且地域分布廣，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如何保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。l 電力系統(tǒng)自動(dòng)化是采用各種具有自動(dòng)檢測、決電力系統(tǒng)自動(dòng)化是采用各種具有自動(dòng)檢測、決策和控制功能的裝置，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行就地或

3、策和控制功能的裝置，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行就地或遠(yuǎn)程的自動(dòng)監(jiān)視、調(diào)節(jié)、控制和管理，保證電遠(yuǎn)程的自動(dòng)監(jiān)視、調(diào)節(jié)、控制和管理，保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和傳輸合格的電能質(zhì)力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和傳輸合格的電能質(zhì)量。量。 發(fā)電機(jī)組單元控制室發(fā)電機(jī)組單元控制室及調(diào)速器及調(diào)速器發(fā)電機(jī)組變壓設(shè)備發(fā)電機(jī)組變壓設(shè)備發(fā)電機(jī)組廠房發(fā)電機(jī)組廠房我軍新型隱形導(dǎo)彈艇我軍新型隱形導(dǎo)彈艇作戰(zhàn)機(jī)器人作戰(zhàn)機(jī)器人我軍無人攻擊機(jī)我軍無人攻擊機(jī)美軍美軍F117隱形戰(zhàn)斗轟炸機(jī)隱形戰(zhàn)斗轟炸機(jī)我國我國“東風(fēng)東風(fēng)” 彈道導(dǎo)彈彈道導(dǎo)彈美軍美軍“三叉戟三叉戟” 彈道導(dǎo)彈彈道導(dǎo)彈國產(chǎn)國產(chǎn)“雷霆雷霆”激光制導(dǎo)炸彈激光制導(dǎo)炸彈Autonomous rice t

4、ransplanter自動(dòng)化噴灌系統(tǒng)自動(dòng)化噴灌系統(tǒng)溫室立體栽培溫室立體栽培 瓦特瓦特1788年發(fā)明蒸汽年發(fā)明蒸汽機(jī)及其反饋控制系統(tǒng)機(jī)及其反饋控制系統(tǒng)Watt蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理圖蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理圖蒸汽蒸汽機(jī)蒸汽機(jī)負(fù)負(fù)載載轉(zhuǎn)速杠桿 套筒彈簧飛錘圓錐齒輪轉(zhuǎn)速檢測轉(zhuǎn)速閥門古董計(jì)算機(jī)古董計(jì)算機(jī)現(xiàn)代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主板現(xiàn)代工業(yè)控制計(jì)算機(jī)主板控制層控制層管理層管理層中央控制器中央控制器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)劃計(jì)劃管理管理調(diào)度調(diào)度控制控制單元控制器單元控制器數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)Monitor外部擾動(dòng)：電源電壓波動(dòng)，環(huán)境溫度變化等外部擾動(dòng)：電源電壓波動(dòng)，環(huán)境溫度變化等內(nèi)部擾動(dòng)：元器件老化、參數(shù)改變，工件體積和質(zhì)量變化等

5、內(nèi)部擾動(dòng)：元器件老化、參數(shù)改變，工件體積和質(zhì)量變化等給定給定電位器電位器 給定給定電壓電壓 加熱爐加熱爐+-交流電源交流電源 電熱絲電熱絲功功率率放放大大器器工件工件功率功率放大器放大器加熱爐加熱爐控制輸入控制輸入（給定電壓）（給定電壓）（電功率）（電功率）輸出量輸出量（爐溫）（爐溫）控制裝置控制裝置受控對(duì)象受控對(duì)象擾動(dòng)量擾動(dòng)量擾動(dòng)量擾動(dòng)量給定給定電位器電位器 給定給定電壓電壓 加熱爐加熱爐+-交流電源交流電源 電熱絲電熱絲功功率率放放大大器器工件工件給定給定電位器電位器 給定給定電壓電壓 加熱爐加熱爐+-交流交流電源電源 電熱絲電熱絲功功率率放放大大器器工件工件溫度溫度檢測檢測給定給定電位器

6、電位器 控制量控制量 加熱爐加熱爐控制器控制器誤差誤差 e e 溫度變送器溫度變送器 變換電壓變換電壓 u uf f電熱絲電熱絲溫度溫度傳感器傳感器功功率率放放大大器器溫度信號(hào)溫度信號(hào)+-交流電源交流電源 給定電壓給定電壓u ur ru u輸出量輸出量 y y （爐溫）（爐溫） +-工件工件 控制器控制器加熱爐加熱爐爐溫檢測爐溫檢測u ur r擾動(dòng)擾動(dòng)y ye eu uf fu u比較點(diǎn)比較點(diǎn)( (綜合點(diǎn)綜合點(diǎn)) )檢測噪聲檢測噪聲給定給定電位器電位器 控制量控制量 加熱爐加熱爐控制器控制器誤差誤差 e e 溫度變送器溫度變送器 變換電壓變換電壓 u uf f電熱絲電熱絲溫度溫度傳感器傳感器功

7、功率率放放大大器器溫度信號(hào)溫度信號(hào)+-交流電源交流電源 給定電壓給定電壓 u ur ru u輸出量輸出量 y y （爐溫）（爐溫） +-工件工件自動(dòng)控制系統(tǒng)是負(fù)反饋系統(tǒng)！自動(dòng)控制系統(tǒng)是負(fù)反饋系統(tǒng)！正反饋例：振蕩電路、正反饋例：振蕩電路、“良性循環(huán)良性循環(huán)”、“惡性循環(huán)惡性循環(huán)” 有反饋信息（信號(hào)傳遞形成閉合回路），抗有反饋信息（信號(hào)傳遞形成閉合回路），抗擾性好，控制精度高擾性好，控制精度高 負(fù)反饋，正反饋負(fù)反饋，正反饋受控受控對(duì)象對(duì)象反饋反饋信號(hào)信號(hào)溫度：被控量溫度：被控量給定給定信號(hào)信號(hào)比較比較環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)檢測環(huán)節(jié)檢測環(huán)節(jié)-給定給定電位器電位器 控制量控制量 加熱爐加熱爐控制器控制器誤差誤差 e

8、 e 溫度變送器溫度變送器 變換電壓變換電壓 u uf f電熱絲電熱絲溫度溫度傳感器傳感器功功率率放放大大器器溫度信號(hào)溫度信號(hào)+-交流電源交流電源 u u輸出量輸出量 y y被控量被控量 （爐溫）（爐溫） +工件工件控制裝置控制裝置受控對(duì)象受控對(duì)象檢測環(huán)節(jié)檢測環(huán)節(jié)給定信號(hào)給定信號(hào)擾動(dòng)擾動(dòng)反饋信號(hào)反饋信號(hào)控制量控制量誤差誤差被控量被控量+ +- -水位水位 y y出水出水閥門閥門誤差誤差進(jìn)水進(jìn)水水箱水箱放大器放大器M電機(jī)電機(jī)給定電位計(jì)給定電位計(jì)反饋控制舉例：全自動(dòng)燃?xì)鉄崴鞣答伩刂婆e例：全自動(dòng)燃?xì)鉄崴魇謩?dòng)調(diào)節(jié)手動(dòng)調(diào)節(jié)全自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)：全自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)：自動(dòng)根據(jù)水溫調(diào)節(jié)自動(dòng)根據(jù)水溫調(diào)節(jié)火力火力進(jìn)水進(jìn)

9、水出水出水進(jìn)氣進(jìn)氣燃?xì)鉄崴髟韴D燃?xì)鉄崴髟韴D繼電繼電控制器控制器溫度檢測溫度檢測水水泵泵調(diào)速調(diào)速控制器控制器進(jìn)水進(jìn)水至用水戶至用水戶水壓檢測水壓檢測流量檢測流量檢測還有哪些你知道的還有哪些你知道的反饋控制系統(tǒng)例？反饋控制系統(tǒng)例？功率功率放大器放大器加熱爐加熱爐輸出輸出電壓電壓爐溫爐溫控制控制電壓電壓擾動(dòng)擾動(dòng)電源電壓電源電壓波動(dòng)波動(dòng)給定給定電位器電位器給定給定電壓電壓擾動(dòng)擾動(dòng)檢測檢測補(bǔ)償補(bǔ)償調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器功率功率放大器放大器加熱爐加熱爐輸出輸出電壓電壓爐溫爐溫補(bǔ)償與反饋相結(jié)合的爐溫復(fù)合控制系統(tǒng)補(bǔ)償與反饋相結(jié)合的爐溫復(fù)合控制系統(tǒng)爐溫爐溫檢測檢測控制控制電壓電壓擾動(dòng)擾動(dòng)給定給定電位器電位器控制器控制器給定給定電壓電壓誤差誤差反饋電壓反饋電壓電源電壓電源電壓波動(dòng)波動(dòng)擾動(dòng)擾動(dòng)檢測檢測補(bǔ)償補(bǔ)償調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器+ +- -水位水位 y y出水出水閥門閥門誤差誤差進(jìn)水進(jìn)水水箱水箱放大器放大器M電機(jī)電機(jī)給定電位計(jì)給定電位計(jì)出水流量出水流量檢測檢測補(bǔ)償補(bǔ)償調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器比單純的反饋比單純的反饋調(diào)節(jié)更快、更調(diào)節(jié)更快、更及時(shí)！及時(shí)！檢測檢測- -控制裝置控制裝置受控對(duì)象受控對(duì)象給定信號(hào)給定信號(hào)擾動(dòng)擾動(dòng)受控量受控量補(bǔ)償裝置補(bǔ)償裝置l通過性能指標(biāo)體現(xiàn)通過性能指標(biāo)體現(xiàn)l時(shí)域指標(biāo)時(shí)域指標(biāo)l頻域指標(biāo)頻域指標(biāo)三個(gè)方面：穩(wěn)、快、準(zhǔn)000)(tRttf如果如果R=