自动控制技术整理

1、第一章 自动控制系统概述自动控制与自动化的概念：自动化是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。自动控制理论是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。自动控制的作用 1. 提高社会生产率和工作效率 2. 节约能源和原材料消耗 3. 保证产品质量 4. 改善劳动条件，减轻体力、脑力劳动 5. 改进生产工艺和管理体制 控制理论的发展经典控制理论:20世纪40年20世纪50年代Nyquist(1932)频域分析技术 Bode(1945)图根轨迹分析方法(1948)特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究问题。适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。以传递函数

2、为基础，在频率域对单输入单输出控制系统进行分析与设计。PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一现代控制理论:20世纪60年代获得迅猛发展主要内容：（基础）线性系统理论，最优控制理论，最佳估计理论，系统辨识等。特点： 从输入-状态-输出的关系全面地分析 与研究系统。适用范围： 不限于线性定常系统，也适用于线性时变，非线性及离散系统，多输入、多输出的情况。大系统理论:20世纪70年代始将现代控制理论与系统理论相结合核心思想： 系统的分解与协调，多级递阶优化与控制适用范围： 高维线性系统控制系统结构及仪表的发展从结构看，经历了4个阶段：（1）基地式：如自力式温度控制器，适用于单回路 （2）单元组

3、合式：按功能分成若干单元，依据实际需要进行适当组合，使用方便、灵活。 （3）计算机控制系统：直接数字控制（DDC）,集散控制系统（DCS） （4）二级优化控制:采用上位机和单元组合式相结合在DCS基础上实现先进控制和优化控制自动控制示例术语被控过程（被控对象）：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器。（气泡）被控变量：被控过程内要求保持设定值的工艺参数(气泡液位)控制变量：受控制器操纵的用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物理量(水的流量)扰动：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控变量变化的因素 (水压力、蒸汽压力)设定值：工艺参数所要求保持的数值偏差：被控变量设定值与

4、实际值之差负反馈：将被控变量送回输入端并与输入变量相减闭环控制与开环控制闭环控制优点: 缺点：开环控制： 优点缺点自动控制系统的组成及方框图 检测元件和变送器的作用是把被控变量c(t)转化为测量值y(t)。 比较机构的作用是比较设定值r(t)与测量值y(t)并输出其差值e(t)。 控制装置的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况，按某种预定的控制规律给出控制作用u(t)。比较机构和控制装置通常组合在一起，称为控制器。 执行器的作用是接受控制器送来的u(t)，相应地去改变控制变量q(t)。 系统中控制器以外的各部分组合在一起，即过程、执行器、检测元件与变送器的组合称为广义对象。 自动控制系统的分类

5、自动控制系统的过渡过程定值控制系统过渡过程的几种形式(阶跃扰动) 自动控制系统的品质指标单项控制指标（仅适用于衰减振荡过程）稳定性、准确性和快速性主要指标有： 最大偏差（或超调量）、衰减比、余差、过渡时间。原则： 对生产过程有决定性意义的主要品质指标应该优先保证（1）最大动态偏差（emax）或超调量（）第一个波的峰值设定值（2）衰减比n，衰减率（3）余差 差反映控制准确性稳态指标（4）回复时间（过渡时间） 原有稳态值新的稳态值所需要的时间希望过渡时间短一些。过程特性输入变量发生变化时，其输出变量（被控变量）随时间的变化规律。必要性数学模型及描述方法 机理建模，实测建模混合模型容易看出其定性的特

6、征一阶对象：可以用一个一阶微分方程式来描述其特性机理建模自动化仪表（过程仪表）包括检测仪表（测量变送），调节仪表（控制器）和执行器气动液动仪表、电动仪表、电子式模拟仪表、数字智能仪表计算机集散控制系统各单元间以标准联络信号相互联系采用直流信号的优点是传输过程易于和交流感应干扰相区别，不存在相移问题，不受电感、电容和负载性质的限制高准确性高稳定性高灵敏度自动化工程师的主要工作是“系统集成”。误差来源，误差度量测量值约定真值或相对真值之差绝对误差真值之比绝对误差仪表量程之比绝对误差最大值仪表量程之比温度检测测温元件选型原则：压力检测流量监测流量可以用体积表示，也可以用质量表示。物位测量成分测量安全

7、防爆知识传输信号能量控制补充：过程控制SAMA图SAMA图主要有3种外形，分别表示的含义是：在过程控制系统中，每一个仪表都有自己的仪表位号。仪表位号由字母代号和回路编号两部分组成。例如，第一工序第202个温度仪表，具有记录控制功能功能：对各种检测变量进行显示、记录类型： 模拟式显示仪表、数字式显示仪表、新型显示仪表模拟式显示仪表原理：检测元件和变送器将被测变量（物理量或化学量）变换成另一物理量，此物理量随被测变量的变化作相应变化，这种变化是对被测变量的模拟。方式：利用标尺、指针、曲线等方法组成：信号变换、放大环节、磁电偏转机构及指示记录机构特点：工作可靠、价格低廉，能够反映和记录测量值的变化趋

8、势缺点：结构较复杂， 读数不够直观，测量速度不够迅速，测量重现性不好电子电位差计功能：与温度、流量、压力、差压、成分等变送器配接，可以测量和显示能转换成毫伏及直流电压信号的工艺变量电压补偿原理 ：用已知电压来补偿未知电压，使测量线路的电流等于零。用这种方法测量电压比较精确，因为没有电流通过测量线路，也就不存在线路电阻影响问题电子自动平衡电桥 功能：对能转换成电阻值的各种变量进行测量、显示、记录。电桥平衡原理：r1与Rt成正比关系，即滑动触点B的位置反映了电阻的变化，也即反映了温度的变化数字式显示仪表功能：直接用数字量显示或以数字形式记录打印被测变量值的仪表。可以和多种传感器配合测量、显示各种工

9、艺参数，并且可以进行巡回检测、越限报警及实现生产过程自动控制。方式：数字式组成：由一些必要电路组成，没有模拟式显示仪表中所必需的机械运动机构。模/数转换器特点：显示清晰直观，无读数视差。测量和显示速度、测量准确性高，重现性好。分类(1)按功能：显示型、显示报警型、显示调节型、巡回检测型(2)按输入信号形式：电压型、频率型(3)按输入信号的点数：单点和多点(4)按显示位数：3位半、4位半等多种半位显示是指最高位是0或1。(5)按测量速率：低速型（每秒钟测量几次到几十次）、中速型（每秒钟测量几十次到几百次）、高速型（每秒钟测量千次以上）。主要技术指标(1)显示方式： 3位半或4位半数码管显示(2)

10、分辨率：仪表末位数改变一个字时所代表的输入信号值，表明仪表所能显示被测参数的最小变化量。(3)精度等级： 0.2级或0.5级(4)输入阻抗：仪表在工作状态下呈现在仪表两输入端之间的等效阻抗，一般在10M以上。另外，还有采样速率、干扰拟制系数等基本组成【ppt14面】新型显示仪表特点：涉及微处理技术、新型显示技术、记录技术、数据存储技术和控制技术，把信号检测处理、显示、记录、数据存储、通讯、控制、复杂数学运算等多个或全部功能集合于一体无纸记录仪 特点：以CPU为核心，控制数据的采集、显示、打印、存储、报警等，采用液晶显示装置，完全摈弃了传统记录仪的机械传动、纸张和笔。精度高，价格并不高虚拟显示仪

11、表 特点：利用计算机来完成显示仪表所有的工作。在计算机屏幕上完全模仿实际使用中的各种仪表，如仪表面盘、操作盘、接线端子等。用户通过计算机键盘、鼠标或触摸屏进行操作执行器执行器的组成执行机构调节机构执行机构产生推力或位移的装置调节机构改变能量或物料输送量气动、电动、液动大口径高压降全关时泄漏量少推力不平衡底进侧出不易泄漏。耐腐蚀性强，适用于强酸、强碱、强腐蚀性介质的控制，也能用于高黏度及悬浮颗粒状介质的控制局部阻力可以改变的节流元件总放大系数尽可能保持恒定调节阀的非线性补偿控制对象的非线性调节阀及其流量特性调节阀是一个局部阻力可变的节流元件，通过改变阀芯的行程可以改变调节阀的阻力系数，达到控制流量的目的。最大流量流量随开度流通能力流量特性1、调节阀的流通能力2、调节阀的流量特性调节阀的相对流量与阀芯的相对开度成直线关系流量的相对变化量与开度的相对变化量是相同相对流量与相对开度成抛物线关系，即平方根关系相对流量与相对开度成抛物线关系，即平方根关系理想流量特性完全取决于阀芯的形状快开特性的阀芯是平板形的等百分比和直线特性