第6章 自动控制系统基本概念课件

1、第六章第六章 自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念 v自动控制系统各部分的作用与相互联系自动控制系统各部分的作用与相互联系（了解）（了解）v控制系统的几种分类形式控制系统的几种分类形式（了解）（了解） v利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量 、指示或记录、指示或记录v它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记录它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记录 （人眼）。（人眼）。v对某些关键性参数设有自动信号联锁装置。对某些关键性参数设有自动信号联锁装置。v当工艺参超过了允许范围，系统自动地发出声光报警信号，以提当工艺参超过了允许范围，系统自动地发出声光报警

2、信号，以提示及时采取措施。示及时采取措施。v根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性的操作。根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性的操作。v对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰（扰动）的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的（扰动）的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的的数值范围内。的数值范围内。 用眼睛观察玻璃管液位计中液位的高低，并用眼睛观察玻璃管液位计中液位的高低，并通过神经系统告诉大脑通过神经系统告诉大脑液位人工控制液位人工控制？ 大脑根据液位高度，与液位设定值进行比较，大脑

3、根据液位高度，与液位设定值进行比较，得出偏差的大小和正负，然后发出命令得出偏差的大小和正负，然后发出命令 根据大脑发出的命令通过手去改变阀门开根据大脑发出的命令通过手去改变阀门开度（出口流量），使液位保持在所需液位上度（出口流量），使液位保持在所需液位上v人工控制受到人的生理上的限制，控制速度和精度上人工控制受到人的生理上的限制，控制速度和精度上满足不了生产的需要满足不了生产的需要v用自动化装置代替上述人工操作，可提高控制精度和用自动化装置代替上述人工操作，可提高控制精度和减轻劳动强度减轻劳动强度 测量液位并将液位的高低转化为一种特定的、测量液位并将液位的高低转化为一种特定的、统一的输出信号（

4、如气压或电信号等）统一的输出信号（如气压或电信号等）液位自动控制液位自动控制 自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度的开启度 接受变送器送来的信号，与液位设定值相比接受变送器送来的信号，与液位设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去然后将此结果用特定信号发送出去 需要控制其工艺参数的生产设备或需要控制其工艺参数的生产设备或机器机器 把所测的工艺参数值把所测的工艺参数值变换为变换为一种特定的、统一的输出信号（如气一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）。压信

5、号或电压、电流信号等）。 接受变送器送来的测量信号，与设定接受变送器送来的测量信号，与设定值相比较得出偏差，并按某种运算规值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信律算出结果，然后将此结果用特定信号号(气压或电流气压或电流)发送出去发送出去 自动地根据控制器送来的信号值来改自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。变阀门的开启度。6.3.1 工艺管道及控制流程工艺管道及控制流程v 更清楚地表示出各组成环节之间的相互影响和信号联系更清楚地表示出各组成环节之间的相互影响和信号联系 便于对自动控制系统进行分析研究便于对自动控制系统进行分析研究：传递方块：传递方块( (系统

6、各环节系统各环节) )、信号线、综合点、分支点信号线、综合点、分支点xepqyf-z干扰作用干扰作用测量值测量值设定值设定值控制器输出控制器输出偏差偏差操纵变量操纵变量被控变量被控变量v LT测量出液体储槽的液位值测量出液体储槽的液位值Lv 将液位将液位L的高低转化为一种特定的、统一的输出信号的高低转化为一种特定的、统一的输出信号ZLstePQf-Z液位液位 Lv 将将L与液位给定值与液位给定值Lst相比较得出偏差相比较得出偏差e= L- Lstv LC根据偏差根据偏差e大小，按某种规律（大小，按某种规律（p=f(e)）发出控制信号发出控制信号Pv 执行器根据执行器根据P信号的大小改变出口流量

7、信号的大小改变出口流量Q v 最终使最终使L稳定或回到给定值稳定或回到给定值Lst 信号构成回路，输出信号引回到信号构成回路，输出信号引回到输入端，对控制作用有影响输入端，对控制作用有影响：输出信号返回到输入端。：输出信号返回到输入端。 ：反馈信号取负值，与输入：反馈信号取负值，与输入信号值相反信号值相反自动操纵装置自动操纵装置对象对象qyp控制控制器器执行器执行器对象对象测量测量变送器变送器xepqyf-z 信号不构成回路，系统的输出信信号不构成回路，系统的输出信号对输入信号无影响号对输入信号无影响 给定值恒定不变。给定值恒定不变。 （例：液位控制系统）（例：液位控制系统） 克服扰动对被控变

8、量的影响，使被控变量回到设定值。克服扰动对被控变量的影响，使被控变量回到设定值。 给定值不断地随机变化。给定值不断地随机变化。 （例：比值控制系统）（例：比值控制系统）使被控变量能够尽快、准确无误地跟踪设定值的变化而变化。使被控变量能够尽快、准确无误地跟踪设定值的变化而变化。 给定值是变化的，已知的时间函数。（例：金属热处理的温度控制）给定值是变化的，已知的时间函数。（例：金属热处理的温度控制） 使被控变量能够尽快、准确无误地跟踪设定值的变化而变化。使被控变量能够尽快、准确无误地跟踪设定值的变化而变化。被控变量随时间变化的不平衡状态（被控变量随时间变化的不平衡状态（） 例：例：Qi Qo时，时

9、，L变化变化v 系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡过程系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡过程v 被控变量不随时间而变化的平衡状态被控变量不随时间而变化的平衡状态 例：例：Qi = Qo时，时，L不变不变v 静态是暂时的，动态是普遍的静态是暂时的，动态是普遍的v 干扰作用使被控变量偏离给定值，打破平衡，控制作用使被控干扰作用使被控变量偏离给定值，打破平衡，控制作用使被控 变量变化一段时间内重新稳定，建立新的平衡。变量变化一段时间内重新稳定，建立新的平衡。v 自动控制系统总是处于一种频繁的、不间断的动态过程中（扰动作用）自动控制系统总是处于一种频繁的、不间断的动态过程中（扰动作用） ：关心过程静态

10、，物料、能量静态平衡（无累积量）：关心过程静态，物料、能量静态平衡（无累积量） ：关心过程动态，物料、能量动态平衡（有累积量）：关心过程动态，物料、能量动态平衡（有累积量）系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡过程系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡过程在某一瞬间，干扰突然地阶在某一瞬间，干扰突然地阶跃式的加到系统上，并继续跃式的加到系统上，并继续保持在这个幅度。保持在这个幅度。 被控变量在给定值的某一侧作被控变量在给定值的某一侧作缓慢变化，没有来回波动，最后缓慢变化，没有来回波动，最后稳定在某一数值上稳定在某一数值上 被控变量上下波动，但幅度逐渐被控变量上下波动，但幅度逐渐减少，最后稳定在某一数值

11、上减少，最后稳定在某一数值上 被控变量在给定值附近来回波被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变动，且波动幅度保持不变 被控变量来回波动，且波动幅度被控变量来回波动，且波动幅度逐渐变大，即偏离给定值越来越逐渐变大，即偏离给定值越来越远远 评定过渡过程优劣评定过渡过程优劣 控制系统质量好坏控制系统质量好坏 克服干扰是否有效克服干扰是否有效 定值控制系统定值控制系统 过渡过程是一衰减过程（阶跃干扰）过渡过程是一衰减过程（阶跃干扰） A：瞬间被控变量偏离给定值的最大值瞬间被控变量偏离给定值的最大值emax B：B=A-C，C：新的稳态值新的稳态值 表征被控变量偏离给定值的程度表征被控变量偏离

12、给定值的程度，A越大，偏离越大，对生产越不利。越大，偏离越大，对生产越不利。 工艺上对最大偏差有所限制。工艺上对最大偏差有所限制。 yt0yt0 过渡过程曲线上同方向相邻两波峰（或波谷）值之比过渡过程曲线上同方向相邻两波峰（或波谷）值之比n=B/B 习惯用习惯用n：1表示，一般要求表示，一般要求n=410（经验值）经验值） 表示衰减程度的指标表示衰减程度的指标 n1，衰减振荡；衰减振荡； n1，接近等幅振荡；接近等幅振荡；n1，发散振荡；发散振荡； n 越大，系统越稳定；越大，系统越稳定；n，接近于非振荡衰减。接近于非振荡衰减。 yt0 过渡过程终了时，被控变量所达到的新稳态值与给定值之差过渡

13、过程终了时，被控变量所达到的新稳态值与给定值之差 C=y()-X 反映了控制的精确程度，希望余差足够小。反映了控制的精确程度，希望余差足够小。 C0，有余差，有差调节，有差系统。有余差，有差调节，有差系统。 C = 0，无余差，无差调节，无差系统。无余差，无差调节，无差系统。 yt0 系统从受到干扰作用发生变化开始，到建立新平衡所需时间系统从受到干扰作用发生变化开始，到建立新平衡所需时间Ts 反映了克服干扰的能力。反映了克服干扰的能力。 一般认为被控变量进入新稳态值的一般认为被控变量进入新稳态值的5%（或（或2%）范围内就已达到。）范围内就已达到。 Ts越小，表示系统恢复稳定快。越小，表示系统

14、恢复稳定快。Ts越大，表示系统恢复稳定慢。越大，表示系统恢复稳定慢。 yt0过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间反映了自动控制系统克服干扰的能力。反映了自动控制系统克服干扰的能力。 生产要求：尽量短生产要求：尽量短 与自动控制系统相关的工艺部分。与自动控制系统相关的工艺部分。 为实现自动控制所必需的自动化仪表设备。为实现自动控制所必需的自动化仪表设备。过渡过程品质的好坏，在很大程度上决定于对象的性质。过渡过程品质的好坏，在很大程度上决定于对象的性质。自动化装置的选择和调整不当，会直接影响控制质量。自动化装置的选择和调整不当，会直接影响控制质量。自动化装置的性能也会影响控