1.1 自動控制系統(tǒng)的概念與構(gòu)成

1、水處理過程的特點(diǎn)：水質(zhì)水量、藥劑投入量、電力設(shè)備運(yùn)行、電氣設(shè)備等的變化。 1 .水處理工藝殘奧儀表的監(jiān)測和控制2 .采用的修訂器和設(shè)備3 .修訂器選擇：原理、種類、型號、使用范圍4 .修訂器和設(shè)備控制5 .信號傳輸、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、終端、課程介紹、課程目的：了解基本知識、掌握應(yīng)用條件、重點(diǎn)課程內(nèi)容介紹第一章自動控制基礎(chǔ)知識、傳遞函數(shù)和環(huán)節(jié)特性、過渡過程和質(zhì)量指標(biāo)、自動控制系統(tǒng)的概念和構(gòu)成、1.1、1.2、1.4、 自動控制的基本方式1.1構(gòu)成自動控制系統(tǒng)的概念和1.1.1自動控制系統(tǒng)的概念1 .自動控制系統(tǒng)的基本目的：釋放勞動力提高效率：應(yīng)用自動控制技術(shù)，釋放沉重、單調(diào)、低效的人工， 提高生產(chǎn)效率提

2、高生活水平提高精度和質(zhì)量：對于現(xiàn)代生產(chǎn)中復(fù)雜或極其精密的工作，在人力無能力的情況下，應(yīng)用自動控制技術(shù)可以保證高質(zhì)量地完成任務(wù)。 2 .動態(tài)系統(tǒng)：是根據(jù)特定請求來配置事物的全部或系統(tǒng)，如果狀態(tài)隨時(shí)間變化，那么該系統(tǒng)是動態(tài)系統(tǒng)。 再者，引起系統(tǒng)狀態(tài)的變化的原因是由于系統(tǒng)邊界的輸入輸出流的平衡的破壞。 例如，在建筑供水系統(tǒng)中，供水與用戶使用水量的不平衡。 3 .人工控制： 用眼睛看- 手動- - -測量元件(發(fā)射器(LT)-“眼睛”測量液位，將液位的高低轉(zhuǎn)換為一定的輸出信號(例如電壓和電信號等)，致動器-， 自動控制：在人不直接參與的情況下，用外接設(shè)備或裝置(稱為自動控制裝置)使生產(chǎn)過程或機(jī)床(稱為

3、被控制對象)整體自動地按照規(guī)定的規(guī)則運(yùn)行，或者使其殘奧儀表(稱為被控制量)根據(jù)規(guī)定的要求變化。 (1)測定元件測定被控制量(例如，水位、流量、濁度)的實(shí)際值，或者對被控制量進(jìn)行物理量的變換的例如，傳感器、檢測器、水質(zhì)校正(2)比較元件：將測定結(jié)果與要求值(標(biāo)準(zhǔn)值或者水質(zhì)指標(biāo))進(jìn)行比較，得到偏差(3)調(diào)整元件(4)致動器：利用控制信號產(chǎn)生控制作用，使被控制量達(dá)到要求值例如閥、水泵等的自動控制系統(tǒng)的框圖， 便于自動控制系統(tǒng)的分析研究，意味著更清楚地表達(dá)了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及各組成部分的信號傳輸?shù)年P(guān)系，傳遞模塊(系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié))、信號線、綜合點(diǎn)、分支點(diǎn)、控制器的輸出信號，驅(qū)動致動器進(jìn)行動作， 測定元件測

4、定液體儲存罐的液位值l，將液位l的高低變換為特定的統(tǒng)一的輸出信號z，自動控制系統(tǒng)的動作過程中，將l與液位規(guī)定值Ls進(jìn)行比較，得到偏差e=L- Ls。 LC根據(jù)偏差e的大小以一定規(guī)則(即，傳遞函數(shù)p=f(e ) )來計(jì)算控制信號p。 致動器根據(jù)p信號的大小改變出口流量q，最終使l穩(wěn)定或返回規(guī)定值Lst。 中的組合圖層性質(zhì)變更選項(xiàng)。 上述部分的總結(jié)和組合如下圖所示。 給出的輸入：確定系統(tǒng)輸出的變化規(guī)律和要求值。 干擾輸入：系統(tǒng)不希望的外部作用，根據(jù)給定的輸入量影響系統(tǒng)的受控量的控制。 輸出量：控制系統(tǒng)的受控量。 自動控制系統(tǒng)的工作原理：通過測量和比較得到偏差，偏差產(chǎn)生控制作用，通過控制作用消除或減

5、少偏差的原理。 主要特征： (1)信號傳輸：測量輸出量，轉(zhuǎn)向輸入端。 返回的信號閉合回路構(gòu)成閉環(huán)，這個(gè)過程稱為反饋。 (2)控制作用：根據(jù)偏差。 由于偏差的控制作用，系統(tǒng)向減少或消除偏差的方向移動。 由偏差產(chǎn)生的控制作用稱為偏差控制。 將具有這兩個(gè)特征的自控系統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、偏差控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的工作原理稱為反饋控制原理。 根據(jù)爐溫的高低調(diào)節(jié)規(guī)定的電壓，調(diào)節(jié)溫度，例如：人工控制電加熱爐的爐溫，1.1.2自動控制系統(tǒng)的構(gòu)成，1 .測量爐溫，用眼睛觀察溫度修正，向大腦發(fā)送讀書，2、用大腦將觀察讀取值與規(guī)定的溫度進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果指揮手臂規(guī)定的自動控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成：整定文件：

6、或者規(guī)定的文件，給予被控制量應(yīng)該取的值。 測量設(shè)備：檢測流量修正等被控制量的大小。 比較組件：用于獲得指定值和受控量的誤差。 放大元件：用于放大誤差信號，驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 致動器：用于執(zhí)行控制命令，按被控制對象。 電動機(jī)是典型的驅(qū)動器。 校準(zhǔn)元件：為了改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，既可以用模擬/數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)，也可以用校正計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。 能量組件：提供控制系統(tǒng)、控制理論和控制工序的常用術(shù)語。 受控量：指測量、控制的量或狀態(tài)，如上述系統(tǒng)的爐溫。 控制量：根據(jù)影響控制量值的控制器而變化的量或狀態(tài)，如上述系統(tǒng)的加熱電阻線兩端的電壓等。 對象：這通常是設(shè)備，通常有機(jī)地組合一些機(jī)械零件。 我們通常將被控物體稱為電加

7、熱爐等對象。 系統(tǒng)：系統(tǒng)是為完成特定任務(wù)而匯總在一起的部件組合。 系統(tǒng)不限于物理系統(tǒng)，而是系統(tǒng)的概念可以是抽象的并且可以指定某些動態(tài)現(xiàn)象。 干擾信號：為不利地影響系統(tǒng)輸出的因素或信號，如果干擾來自系統(tǒng)內(nèi)部，則稱為內(nèi)部干擾的干擾如果來自系統(tǒng)外部，則稱為外部干擾。 1.1.3自動控制系統(tǒng)的分類、控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、復(fù)合控制系統(tǒng)(具有開環(huán)和閉環(huán)兩種結(jié)構(gòu))。1.1.3.1閉環(huán)控制閉環(huán)控制原理：需要進(jìn)行控制的是控制對象(例如水處理過程)的被控制量(例如流量)，測定的是被控制量和一定值，校正兩者的偏差，將該偏差信號放大后發(fā)送至致動器，操作控制對象這種控制方式也稱為基于偏差的調(diào)整。 反饋：

8、將輸出量轉(zhuǎn)換為輸入端，與指令信號相比產(chǎn)生偏差的過程。 指令信號和被控制量相減成為負(fù)反饋，相加成為正反饋。 一般是指負(fù)反饋，除非另有說明。 反饋控制：采用負(fù)反饋，利用偏差進(jìn)行控制的過程。 它是自控系統(tǒng)中最基本的控制方式，廣泛應(yīng)用于工程。 輸出功率、閉環(huán)控制的特征：信號向箭頭方向傳遞的是閉環(huán)(閉環(huán))、負(fù)反饋、偏差控制。 閉環(huán)控制也稱為反饋控制或偏差控制。 閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)：控制精度高，抗干擾性強(qiáng)。 閉環(huán)控制的缺點(diǎn)：部件多，線路復(fù)雜，分析和設(shè)置復(fù)雜。 1.1.3.2開環(huán)控制(1)用預(yù)定值控制開環(huán)控制原理：需要控制的是控制對象的被控制量(例如流量)，控制裝置僅接收預(yù)定值，信號從預(yù)定值向一個(gè)方向傳遞至被控

9、制量，沒有相反的聯(lián)系。 其框圖如下圖所示。 開環(huán)控制特點(diǎn)：簡單，控制精度低，抗干擾性差。 當(dāng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、精度要求不高時(shí)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。 開環(huán)控制與閉環(huán)控制的基本區(qū)別：有無負(fù)反饋?zhàn)饔谩?(例如原子爐和核彈的區(qū)別)，例如：電加熱爐的爐溫控制-開環(huán)控制，干擾：電源電壓變動、環(huán)境溫度變化等內(nèi)部干擾：部件劣化、殘奧儀表變化、工件體積和質(zhì)量變化等，規(guī)定的體積、規(guī)定的電壓、加熱爐、-、交流功率放大器、加熱爐、控制輸入、(規(guī)定電壓)、(電力) 因?yàn)檎跍y量干擾，所以只能補(bǔ)償可測量的干擾。 因此，控制精度受原理的限制。 (例如穩(wěn)定化電源)。 例：對電加熱爐的電源電壓變動的補(bǔ)償控制，電源電壓輸出電壓，

10、但是補(bǔ)償調(diào)整器幾乎不改變控制電壓輸出電壓，幾乎不改變溫度，補(bǔ)償控制的特點(diǎn)：提供盡可能抵消干擾對系統(tǒng)的影響的控制作用，抑制干擾比反饋控制更為緊迫此外，補(bǔ)償控制是開環(huán)控制，補(bǔ)償效果取決于設(shè)置校正是否正確，并且僅對特定可測量的騷擾有效，通常的騷擾由反饋控制來抑制。交流電源、1.1.3.3復(fù)合控制復(fù)合控制方式：組合偏差控制和干擾別控制，對主要干擾采用適當(dāng)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)干擾別控制的同時(shí)構(gòu)成反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)偏差控制，消除其他偏差。 如圖1.11所示。 復(fù)合控制系統(tǒng)例：水箱的水位反饋控制對出水流量變化的補(bǔ)償控制比單純的反饋調(diào)節(jié)快，更及時(shí)、補(bǔ)償控制能夠更迅速且及時(shí)地抑制可測量的干擾對輸出的影響(對其他干擾沒有抑制作用)。 反饋控制涉及能夠抑制常見騷擾對輸出的影響的雙方組合或改善抗擾性并且提高控制精度的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 復(fù)合控制的一般結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)如上所述，自動控制系統(tǒng)構(gòu)成：控制器和控制對象任務(wù)：使被控制量自動跟蹤指令信號變化的實(shí)現(xiàn)方式：閉環(huán)控制、開環(huán)控制和復(fù)合控制控制器功能：測量、比較放大、執(zhí)行。其他分類方法：部件類型：機(jī)械系統(tǒng)、電