自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念

自動(dòng)控制技術(shù)基本概念1編輯ppt第一節(jié)自動(dòng)控制概述一、人工調(diào)節(jié)與自動(dòng)調(diào)節(jié)1、人工調(diào)節(jié)過程2編輯ppt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3編輯ppt2、自動(dòng)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(hào)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)4編輯ppt二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的定義自動(dòng)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(gè)生產(chǎn)過程或工作機(jī)械（被控對(duì)象）自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行，或使某個(gè)參數(shù)（被控參數(shù)）按預(yù)定要求變化。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是利用自動(dòng)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)。

5編輯ppt三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成被控對(duì)象——生產(chǎn)設(shè)備變送器自動(dòng)化裝置控制器執(zhí)行器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器被控對(duì)象顯示儀表變送器簡單控制系統(tǒng)組成示意圖6編輯ppt四、基本術(shù)語調(diào)節(jié)對(duì)象：自動(dòng)化裝置控制下的生產(chǎn)設(shè)備被調(diào)參數(shù)：需維持在某一預(yù)定范圍的參數(shù)給定值：要求被調(diào)參數(shù)穩(wěn)定的某一范圍干擾：影響被調(diào)參數(shù)偏離給定值的因素控制作用：把偏離給定值的被調(diào)參數(shù)調(diào)回給定值的作用偏差：給定值與被調(diào)參數(shù)測量值之差7編輯ppt五、自動(dòng)控制分類自動(dòng)檢測系統(tǒng)：P、Q、T、H檢測自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)：對(duì)參數(shù)的保護(hù)控制定值控制系統(tǒng)：將參數(shù)穩(wěn)定在一定范圍，又稱自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)操縱系統(tǒng)：程序控制隨動(dòng)控制系統(tǒng)：自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)

8編輯ppt六、自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖1、方框圖：反映系統(tǒng)各組成部分之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)系。9編輯ppt2、正、負(fù)反饋反饋：把輸出信號(hào)重新送回到輸入端的過程正反饋：使原來的輸入信號(hào)(e)增強(qiáng)的反饋e=x+z負(fù)反饋：使原來的輸入信號(hào)(e)減小的反饋e=x-z10編輯ppt第二節(jié)自動(dòng)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(dòng)態(tài)靜態(tài)：平衡狀態(tài)相對(duì)的、暫時(shí)的、有條件的動(dòng)態(tài)：參數(shù)不斷變化狀態(tài)普遍的、絕對(duì)的、無條件的

11編輯ppt二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程1.自動(dòng)控制系統(tǒng)的過渡過程被控變量隨時(shí)間變化而變化的過程稱為自動(dòng)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(xiǎn)，對(duì)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(jì)算。12編輯ppt

階躍干擾作用圖13編輯ppt3.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(dòng)，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(dòng)，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(dòng)，(圖(c))(4)發(fā)散振蕩過程被控變量上下波動(dòng)，幅度逐漸變大，(圖(d))14編輯ppt過渡過程的幾種基本形式圖15編輯ppt4.自動(dòng)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)

余差c（靜差）：過渡過程終了時(shí)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(gè)相鄰波的峰值之比，即：B：B，習(xí)慣上用n:1表示過渡時(shí)間(或回復(fù)時(shí)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(gè)新的平衡狀態(tài)所需的時(shí)間

16編輯ppt階躍干擾作用時(shí)過渡過程品質(zhì)指標(biāo)示意圖17編輯ppt第三節(jié)被控對(duì)象的特性

指被控對(duì)象在受到輸入信號(hào)作用(干擾作用或控制作用)后，其輸出信號(hào)(亦即被控變量)隨時(shí)間變化的特性。一、描述對(duì)象特性的參數(shù)1．放大系數(shù)K2．滯后時(shí)間τ3．時(shí)間常數(shù)Tc

水槽液位的變化曲線18編輯ppt有容量滯后的對(duì)象特性不同時(shí)間常數(shù)時(shí)的反應(yīng)曲線19編輯ppt二、對(duì)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(gè)輸入變量是如何影響系統(tǒng)的狀態(tài)和輸出變量的三、對(duì)象特性的測取1．反應(yīng)曲線法

對(duì)象的反應(yīng)曲線20編輯ppt矩形脈沖特性曲線2．矩形脈沖法21編輯ppt第四節(jié)基本控制規(guī)律一、控制（調(diào)節(jié)）規(guī)律：控制器輸入偏差e與輸出變化值P的關(guān)系基本控制（調(diào)節(jié)）規(guī)律：位式控制、比例控制、積分控制、微分控制22編輯ppt（一）雙位控制位：閥門開、關(guān)的位置。雙位：閥門全開、全關(guān)兩個(gè)位置。雙位控制是指當(dāng)測量值大于給定值時(shí)，控制器輸出為最大，當(dāng)測量值小于給定值時(shí)，控制器輸出為最?。撮_或關(guān)）。23編輯ppt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(dòng)鐵芯移動(dòng)，關(guān)閉閥門24編輯ppt調(diào)節(jié)特性：缺點(diǎn)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)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25編輯ppt具有中間區(qū)的雙位控制過程26編輯ppt（二）比例控制（P控制）控制器輸出的改變量與被控變量的偏差值成正比例。

P=KP·e1、液位比例控制27編輯ppt2.比例度δ使控制器輸出變化全范圍時(shí)，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；Xmax－Xmin——儀表的量程；Pmax－Pmin——控制器輸出的工作范圍28編輯ppt3.控制器比例度δ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29編輯ppt4、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(gè)位置，進(jìn)口閥門在某一個(gè)開度，出量增大后，液位降低，浮球下降，進(jìn)口閥門開度增大，進(jìn)、出水量一相等，液位在新的位置平衡。30編輯ppt（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(hào)，能消除余差缺點(diǎn)：在偏差出現(xiàn)的瞬間不能立即作用31編輯ppt（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(duì)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(duì)不變化的偏差，微分控制不起作用，也不能消除余差。32編輯ppt階躍輸入時(shí)微分調(diào)節(jié)器特性33編輯ppt微分時(shí)間對(duì)過渡過程的影響34編輯ppt（五）比例積分微分（PID）控制系統(tǒng)控制器的輸出為三部分輸出之和。當(dāng)偏差剛出現(xiàn)時(shí)，微分作用立即變化（因變化快），比例也同時(shí)起作用，使輸出信號(hào)發(fā)生突然的大幅度變化，然后慢慢下降，隨著時(shí)間累積，積分作用逐漸起主導(dǎo)作用。35編輯pptPID控制器輸出特性36編輯ppt(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(dòng)作。它的輸出與輸入偏差的大小成比例，控制及時(shí)、有力，但是有余差。用比例度δ來表示其作用的強(qiáng)弱。δ越小，控制作用越強(qiáng)。比例作用太強(qiáng)時(shí)會(huì)引起振蕩。積分控制它根據(jù)“偏差是否存在”來動(dòng)作。它的輸出與偏差對(duì)時(shí)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(dòng)偏差增大，延長了控制時(shí)間。用積分時(shí)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(shí)，也易引起振蕩。微分控制它根據(jù)“偏差變化速度”來動(dòng)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(duì)滯后大的對(duì)象有很好的效果。使控制過程動(dòng)偏差減小，時(shí)間縮短，余差也減小(但不能消除)。用微分時(shí)間TD表示其作用的強(qiáng)弱，TD大，作用強(qiáng)。TD太大，會(huì)引起振蕩。

37編輯ppt習(xí)題與思考題

自動(dòng)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δ、積分時(shí)間TI、微分時(shí)間