第一章 自动控制的一些基础知识.ppt

1、第一章自动控制系统的概念和ICA的应用现状，第一节在自动控制的基础上，人类一直希望实现有日子生产和生活的自动化。 但是，自从18世纪的自动控制系统成功驾驶蒸汽机后，自动化技术时代才真正开始。 20世纪后半期得到迅速发展，特别是计算机技术的广泛应用，使自动控制的应用更加普遍，人们追求更广泛的领域和更高水平的自动化。 以下，通过一些工业生产和日常生活中常见的自动控制系统，说明自动控制的基本概念。 一、生活环境中的自动控制系统，在当今人们的日常生活中几乎随处可见自动控制系统的存在。 各种温度调节、大气湿度调节、自动洗衣机、自动售货机、自动自动电梯等。 在一定程度上，这些个替代或强化了人的器官功能，提

2、高了生活质量。 但人们对日常生活环境自动化的追求是无限的，新技术和全新产品不断涌现。 1 .空调是典型的温度操纵系统。 在夏天，若室温比用户设定或期望的温度高，则空调使冷冻装置工作，若使室内温度降低的室温比用户设定或期望的温度低，则空调关闭冷冻装置。 到了冬天，当室内温度低于用户设定或期望的温度时，空调启动加热装置，从而使室内温度上升，当室温高于用户设定或期望的温度时，空调关闭加热装置。 这样室温保持一定。 用空调机控制室温时的温度变化曲线如图1-l所示。 图3中，26是人们所希望的室内温度，这可以通过调节空调上相应的按钮来设定。 实际的室温，进入稳定态后，围绕所希望的温度在一定范围内摇动。

3、实现这种温度调节功能的是空调中的温度操纵系统。 首先，测量室温的温度修正是必要的其次，室温判断用户比设定温度高还是低的控制器是必要的，另外，换向开关和控制作用的实施装置是必要的。 这里是加热冷冻装置。最后，是被控制的装置和对象，即安装了空调的房间。 这是完整自动控制系统的四个基本组成部分。 空调，2，冰箱，冰箱相当于“小房间”的温度操纵系统，它主要是冷冻装置，也有加热装置，用于霜的自动化。 没有必要经常变更空调和冰箱的设定温度。 3、电饭锅、电饭锅也是温度操纵系统。 高级电饭锅的设定温度根据手动设定的程序自动变化。 例如，温度可以被设置为如图1-2所示的曲线。 准备好电饭锅后启动，开始加热约1

4、00分钟，进入恒温阶段，恒温阶段结束后进入保温阶段，保温阶段结束后自动降温，完成整个温度控制循环。 根据预设几个步骤控制是这种操纵系统的一个重要特征。因为： 4、洗衣机，目前全自动洗衣机也按照预设的几个步骤工作，但其控制过程比较复杂，一个大周期包含几个几乎相同的小周期。 完整的洗衣机控制系统包括供水控制、出水控制、平衡控制等。 5、另外，随着生活水平的提高，人们投入自动化的费用越来越多，自动化系统也日益常见。 例如自动电梯、自动门、自动路灯、自动清扫器、保安系统等。 二、工业生产中的自动控制系统，现代工业可以根据加工的产品材料分为两类。 一种是气体、液体和粉体，这是石油、化工、制药、轻工、食品

5、、建材等行业的主要情况，主要控制温度、压力、物位、产水量、成分等残奥仪，这是有关本课程的主要内容。 另一种是成型材料的进一步加工和多个成型材料(各种零配件)的组装，主要控制位移、速度、角度等残奥仪表。在初期的工业生产中，操纵系统很少。 随着生产装置的大型化、集中化、工艺的连续化，自动控制系统越来越多、越来越重要。 过程控制系统的两种显示形式、连接线、共用的修正装置信号线和能量线的符号是细实线。 连接线表示连接及交点时，可以采用图(a )、(b )的形式。 在复杂的系统中，如图(c )所示，在需要表示信息流方向的情况下，对信号线符号标注箭头。 在(a) (b) (c )、1、液位控制、工业生产中

6、有很多储存罐和容器(如储存罐、储存罐、语音拉瓦斯袋等)控制液位。 图13是水族箱的人工液位操纵系统。 如果操作者能够看到液位的高低变化，则根据液位的高低变化，操作者通过手动操作阀，能够使箱内的液位大致保持一定。 1、液位控制：用浮动球代替人眼的“观测”液位，用杆系统代替人的手臂和大脑，就能构成液位自动调节系统(如图l4所示)。 液位受到干扰作用后上升时，浮动球上升，杆a端上升，b端下降，阀的阀体下降，使水族箱的进水量Qi减少，Qi的减少使液位下降，最终达到稳定的平衡点，达到控制的目的。 液位受到声干扰而下降时，调整过程会相反，可以使液位稳定在平衡点。 图1-4已经是实用的液位操纵系统，需要将液

7、位信号传送到远方的调度室时，需要变更为电动式。 用能传输电信号的液位量测仪器代替浮球，用电动调节器代替操纵杆，阀也换成了能接收电信号的阀，构成了现在常见的液位操纵系统。 如图1-5所示，LT为液位测量及信号转换装置，LC为液位控制支重轮，控制阀为执行机构。 2、温度控制、工业生产中存在大量加热炉，通过控制燃料的量保证被加热材料达到或保持必要的温度。 热交换设备是一种常见的工业设备，通过冷热流体的热交换达到加热冷流体的目的，控制手段通常调节热流体的产水量。 在图中，TT表示温度测量仪，TC表示调温器。 另外，化学反应器中的化学反应的温度也要求温度控制。 三、信息处理、信息时代最常用的也是最基本的

8、工具是订正机，订正机本身是进行信息处理的具有一定智能的复杂自动化设备。 接通电脑电源，其各种内部计程仪程序不断工作，实施各种控制工作。 牛鼻子板和鼠标相当于量测仪器，总是准备接收各种输入信息，一旦接收到信息，计算机就按照事先设定的各种控制功能进行信息处理，输出控制信号或显示控制结果。 打印原稿、显示画面等简单的事情。 如果在设置的时间段内牛鼻子板和鼠标没有收到任何信号，屏幕将变暗，直到从牛鼻子板和鼠标输入信号为止，屏幕保护程序屏幕将一直显示。 询问法从牛鼻子板接收到询问法塔斯克的信息命令后，启动相关联的计程仪程序，在数据库中查找用户所希望的数据，用用户所希望的形式表现，保存在某个区域，在画面上

9、进行显示或印刷在纸张上。 校正功能是结合若干类似程序控制系统的复杂自动化设备。 四、生物系统、生物个体，特别是高级生物，存在许多比订正机复杂得多的综合智能自动化系统。 以人为例，人体体温比较准确地特罗尔在37左右，在人体运动时保持平衡，存在与人体所有活动相对应的自动控制系统。 人类现在对生物控制反应历程的理解有限，可以施加的影响很小。 但是，这是一个有前途的领域，目前医学上还有一些自动控制应用的实例。 生物集团内部和集团之间的许多关系也可以用控制论来描述和加以控制。五、社会经济系统，这方面的应用很多，但很多工作都由非自动化专门人才进行。 正如工业界初期那样，康特罗尔很少，随着各种技术和机械类的

10、专门人才，这方面的工作越来越多，越来越重要，终于分化为自动化专业。 然而，在许多国家，自动控制由各种过程专门人才、电子电气专门人才和机械专门人才进行。 经济系统中的物价控制特罗尔有印刷纸币量增减、货物供给增减、工资薪金增减、基础设施增减、税率调整、银行利率调整等多种调整手段，其特罗尔过程与工业过程控制特罗尔运行基本相似。 当然，每种类型的操纵系统都有自己的特点。 社会经济操纵系统最鲜明的特征是被操纵系统中含有人类这一高级生物，从而带来许多复杂性和特殊性。 证券市场、人口控制、环境保护等都是易于使用控制论进行分析和控制的领域。 第二节，基本概念和术语，一、自动控制系统的构成根据受控对象和使用要求

11、，操纵系统具有不同的构成结构，但从控制功能的角度来看，操纵系统一般由以下基本环节构成。 如图2-1所示。 (1)设定装置。 该功能设定根据被控制量的规定量，要求规定量和测定转换装置输出的信号在种类和维度上一致。 (2)比较放大装置。 其功能是，首先修正定量和测定值，获得偏差值，然后放大它，推进下一个水平的动作。 (三)实行设备。 其功能是根据前一网络链接的输出信号，直接作用于被受控对象，通过改变被控制量的值，减少或消除偏差。 (4)测量装置。 检测被控制量，将检测值转换为容易处理的信号(电压、电流等)并输入比较装置的功能。 (5)校正装置。 如果由于其结构或残奥仪表的问题而使自动系统不满足过程

12、要求，则需要向系统中添加装置以改进系统的控制性能。 把这些个的装置称为校正装置。 (6)被受控对象。 用操纵系统控制的对象，指工作机构或技术装备。 二、基本概念、系统是在某一区分中得到的几个要素的集合。 种子文件反馈是将系统输出信号拉回并加入输入信号的系统构成和动作方式。 负反馈是使系统输出信号稳定，并减小系统的被控制变量与规定值之差的种子文件反馈。 正反馈是朝向使系统输出变量单调变化的界限，或增大系统的被控制变量与预定值之差的种子文件反馈。 负反馈操纵系统是一种具有负反馈作用的操纵系统。 情报系统的功能和属性的某种表现。 像操纵系统一样，各网络链接的投入产出信号。 控制为了达到目的而加入的角

13、色。 所有康特罗尔都是有目的的行为。 开环系统是没有种子文件回的简单控制。 普通照明下的调光控制、扇风机的多级速度调节等。 闭环控制有负反馈的控制。 过程是指化学过程、生物过程、经济学过程等自然慢慢进行的运行或发展。 工业生产过程的特点是被处理介质是流体，含有液体、气体、粉体。第三节制控制系统分类、一、各种分类方法(1)根据被控制量，可以分类为温度、压力、液位、产水量和成分等操纵系统。 这是一般的分类。 (2)可根据用于控制被操纵系统中的纠正器和设备的动力和传送信号的介质，分为气动、电动、液压、机械式等操纵系统。 如图l4所示，作为机械式液位操纵系统的图1图5是表示电动式液位操纵系统的图l5的

14、LT和LC用气压计代替，阀也采用空气，构成空气操纵系统。 (3)可按被受控对象分为流体输送设备、传热设备、精馏塔和化学反应器的操纵系统等。(4)根据调节器的控制规则，可分为比例制控制、积分控制、微分控制、比例积分控制、比例微分控制、比例积分微分控制等。 (5)根据系统的功能和结构，包括简单电路简单操纵系统和级联反应、比、选择性、分程、种子文件前向和均匀等常规复杂的操纵系统解耦、预测、估计、适应等先进控制系统和程序控制系统等。 (6)结合值的变化可以分类为定值操纵系统、追踪操纵系统、程序控制系统。 另一方面，按规定值分类l、数值操纵系统的数值操纵系统是将规定值保持一定或者进行较少调整的操纵系统。

15、 这样的操纵系统的规定值一旦确定，在从外部再次调整之前不会变更。 在化工、压电石英药、冶金、轻工等生产过程中大量的温度、压力、液位和产水量必须保持一定，是定值控制最多的领域，也是本裸程序的重点内容。 图1-1和图1-5都是一定值操纵系统的例子。 2 .如果跟踪操纵系统操纵系统的规定值不断地随机变化，或者跟踪该系统以外的某个变量而变化，则将该系统称为跟踪操纵系统。 由于系统具有负反馈作用，所以系统的被控制变量根据预定值的变化而变化。 跟踪控制的应用有雷达系统、火炮系统等。 化工压电石英药生产中级联反应操纵系统的副电路，比操纵系统中的副产水量电路也是一种跟踪操纵系统。 对于图1-l的室温操纵系统，

16、当室温要求总是比室外温度低10时，加上室外温度修正，将测定的值用于原来的操纵系统的规定值，即跟踪操纵系统。 3 .如果所程序控制系统的预定值在预设的计程仪程序中变化，则输出程序控制系统。 图12所示的温度操纵系统为温度程序控制系统，生物反应和金属处理加热炉多采用普拉姆控制。 由于采用计算机的温度操纵系统实现计程仪程序控制特别方便，随着计算机应用的普及，程序控制的应用也越来越多。第四节自动控制系统分块图、一.分块图的基本单位l .子摇滾乐研究对象，如果能够抽象地用输入该对象的信号或变量、以及从该对象输出的信号或变量来表现，则能够使用分块图法的子摇滾乐来记述(下图)。 2 .信号比较仪一般使用表示

17、信号比较仪的符号“”。 信号线旁边没有计算符号“”或“-”时，差动奥尔特为“”。 另外，信号分支点分块图中的信号分支点，只要在信号线上的任意点引出即可，分支点上的信号与原来的信号完全相同，成为下图。分块图、布摇滾乐、信号线、比较点、引出点、构成、操纵系统或系统中各网络链接的功能和信号流的格拉夫快速显示、带投入产出信号的布摇滾乐比较点分支点、过程控制系统的两种显示形式、连接线、公用改正器信号线和能量线的符号用细实线表示。 连接线表示连接及交点时，可以采用图(a )、(b )的形式。 在复杂的系统中，如图(c )所示，在需要表示信息流方向的情况下，对信号线符号标注箭头。 (a )、(b )、(c

18、)、1、开环系统系统的开环系统系统是最简单的控制方式，在其控制量和被控制量之间只存在正向信道，没有反向信道。 控制作用的传递是有单向性的。 从图2-2的开环系统结构图可以看出，输出由直接输入控制。 开环系统系统的特点：系统结构和控制过程简单，但仅在抗扰度低、控制精度不高、控制性能要求低时使用。 (1)空气压缩机的时间节点开/关-用定时器控制压缩机的时间节点开/关。有时用DO传感器进行空气压缩机的on/off种子文件回控制(2)排泥-特别是指初沉池的排泥，不是根据污泥的浓度和污泥斗中的污泥高度来进行的，而是使用定时器控制(3)剩馀的佗污泥排出泵的控制-来进行高级控制根据泥龄补正算控制污泥排放量，还有比例制控制(4)使用电网洗涤-计时器进行电网洗涤控制。 三、过程控制系统的基本控制方式，二、所有闭环系统的系统输出信号直接影响控制作用的系统被称为闭环系统，如图2-3所示。 闭环系统特点：系统响应对声干扰和系统内部的残奥仪变化不敏感，系统能够实现高控制精度和强声干扰耐