《自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念課件.ppt（67頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、第三章自動(dòng)控制系統(tǒng)基本概念本章主要內(nèi)容一、化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的表示方法四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的主要類型五、自動(dòng)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)及要求主要內(nèi)容第一節(jié)化工自動(dòng)化的主要內(nèi)容自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)利用各種檢測(cè)儀表對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、指示或記錄的系統(tǒng)，稱為自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)?！傲私狻鄙a(chǎn)的任務(wù)。自動(dòng)信號(hào)和聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)自動(dòng)信號(hào)系統(tǒng)當(dāng)工藝參數(shù)超出要求范圍，自動(dòng)發(fā)出聲光信號(hào)聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)達(dá)到危險(xiǎn)狀態(tài)，打開安全閥或切斷某些通路，必要時(shí)緊急停車液位自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)示意圖自動(dòng)操縱及自動(dòng)開停車系統(tǒng)按預(yù)先規(guī)定好的步驟將生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)的投入

2、運(yùn)行或自動(dòng)停車自動(dòng)操縱系統(tǒng)根據(jù)預(yù)先規(guī)定的步驟自動(dòng)地對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行某種周期性操作自動(dòng)開停車系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)利用自動(dòng)控制裝置對(duì)生產(chǎn)中某些關(guān)鍵性參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)控制，使他們?cè)谑艿酵饨鐢_動(dòng)的影響而偏離正常狀態(tài)時(shí)，能自動(dòng)的回到規(guī)定范圍。液位自動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖 自動(dòng)控制系統(tǒng)是自動(dòng)化生產(chǎn)的核心部分，只有自動(dòng)控制系統(tǒng)才能自動(dòng)地排除各種干擾因素對(duì)工藝參數(shù)的影響，使它們始終保持在預(yù)先規(guī)定的數(shù)值上，保證生產(chǎn)維持在正?；蜃罴训墓に嚥僮鳡顟B(tài).自動(dòng)控制：是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（統(tǒng)稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律（給定值）

3、運(yùn)行。系統(tǒng)：是指按照某些規(guī)律結(jié)合在一起的物體（元部件）的組合，它們相互作用、相互依存，并能完成一定的任務(wù)。自動(dòng)控制系統(tǒng)：能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)就可稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)，一般由控制裝置和被控對(duì)象組成。第二節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 自動(dòng)控制系統(tǒng)是在人工調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，自動(dòng)控制系統(tǒng)是在人工調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，其主要裝置包括其主要裝置包括測(cè)量元件與變送器、自動(dòng)控制器、執(zhí)行器測(cè)量元件與變送器、自動(dòng)控制器、執(zhí)行器，分，分別代替了人的眼、腦、手三個(gè)器官。別代替了人的眼、腦、手三個(gè)器官?？刂破髯兯推鲌?zhí)行器 檢測(cè)檢測(cè) 運(yùn)算（思考）、運(yùn)算（思考）、命令命令 執(zhí)行執(zhí)行 人工操作液位控制系統(tǒng)溫度控制系

4、統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)量元件及變送器測(cè)量出被測(cè)參數(shù)的大小并將它轉(zhuǎn)化為一種特定、統(tǒng)一的信號(hào)輸出。自動(dòng)控制器將設(shè)定值與測(cè)量信號(hào)進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差,然后按照預(yù)先選定的控制規(guī)律進(jìn)行計(jì)算并將計(jì)算結(jié)果作為控制信號(hào)送給執(zhí)行裝置.執(zhí)行器作用是接受控制器的控制信號(hào)，直接推動(dòng)被控對(duì)象，使被控變量發(fā)生變化執(zhí)行器控制器變送器第三節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的表示方法方塊圖表示方式流程圖表示方式控制器操縱變量被控變量測(cè)量元件變送器控制閥對(duì)象給定值x偏差e控制器輸出pqy測(cè)量值z(mì)_干擾作用f方框、信號(hào)線、比較點(diǎn)、引出點(diǎn)方框、信號(hào)線、比較點(diǎn)、引出點(diǎn)組成組成控制系統(tǒng)或系統(tǒng)中每個(gè)環(huán)節(jié)的功能和信號(hào)流控制系統(tǒng)或系統(tǒng)中每個(gè)環(huán)節(jié)的功能和信號(hào)流向

5、的圖解表示向的圖解表示.帶有輸入輸出信號(hào)的方框比較點(diǎn)分支點(diǎn)方塊圖表示方式被控對(duì)象自動(dòng)控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過(guò)程、設(shè)備或機(jī)器等。被控變量被控對(duì)象內(nèi)要求保持設(shè)定值的工藝參數(shù)。控制器操縱變量被控變量測(cè)量元件變送器控制閥對(duì)象給定值x偏差e控制器輸出pqy測(cè)量值z(mì)_干擾作用f操縱變量受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持設(shè)定值的物料量或能量。干擾量除操縱變量以外，作用于被控對(duì)象并引起被控變量變化的因數(shù)?？刂破鞑倏v變量被控變量測(cè)量元件變送器控制閥對(duì)象給定值x偏差e控制器輸出pqy測(cè)量值z(mì)_干擾作用f給定值被控變量的設(shè)定值。偏差被控變量的給定值與實(shí)際值之差。控制器操縱變量被控變量測(cè)量

6、元件變送器控制閥對(duì)象給定值x偏差e控制器輸出pqy測(cè)量值z(mì)_干擾作用f輸入信號(hào)由外部加到系統(tǒng)中的變量，它不受系統(tǒng)中其他變量的影響和控制。輸出信號(hào)由系統(tǒng)或元件產(chǎn)生的變量，其中最受關(guān)注的輸出信號(hào)又稱為被控變量。控制器操縱變量被控變量測(cè)量元件變送器控制閥對(duì)象給定值x偏差e控制器輸出pqy測(cè)量值z(mì)_干擾作用f輸入信號(hào)的響應(yīng)由某一個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生的輸出信號(hào)又稱為該輸入信號(hào)的響應(yīng)。反饋信號(hào)是被控變量經(jīng)傳感器等元件變換并返回到輸入端的信號(hào)，一般與被控變量成正比。繪制方框圖注意事項(xiàng) 方框圖中每一個(gè)方框都代表一個(gè)具體的裝置。方框圖中每一個(gè)方框都代表一個(gè)具體的裝置。方框之間的連接線，只是代表方框之間的信號(hào)聯(lián)系，方框

7、之間的連接線，只是代表方框之間的信號(hào)聯(lián)系，并不代表物料聯(lián)系。并不代表物料聯(lián)系。箭頭也只是代表信號(hào)作用的方向，與工藝流程圖上箭頭也只是代表信號(hào)作用的方向，與工藝流程圖上的物料線是不同的。的物料線是不同的。各個(gè)組成部分在信號(hào)傳遞關(guān)系上都形成一個(gè)閉合環(huán)各個(gè)組成部分在信號(hào)傳遞關(guān)系上都形成一個(gè)閉合環(huán)路。路。指出此控制系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操縱變量。試畫出此自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖?？刂破鞑倏v變量被控變量溫度測(cè)量變送器控制閥加熱器給定值x偏差e控制器輸出pqT測(cè)量值z(mì)_干擾作用f指出此控制系統(tǒng)中被控對(duì)象、被控變量和操縱變量。試畫出此自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖。試分析出水量突然增大時(shí)，該系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)水位控制？反饋

8、反饋負(fù)反饋負(fù)反饋正反饋正反饋通過(guò)測(cè)量變送裝置將被控變量的測(cè)量值送回到系統(tǒng)的輸入端。反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)是具有被測(cè)變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。他與自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)操作等開環(huán)系統(tǒng)比較，最本質(zhì)的區(qū)別，就在于自動(dòng)控制系統(tǒng)有負(fù)反饋?？刂破鞑倏v變量被控變量測(cè)量元件變送器控制閥對(duì)象給定值x偏差e控制器輸出pqy測(cè)量值z(mì)_干擾作用f流程圖表示方式測(cè)量點(diǎn)測(cè)量點(diǎn)包括檢出元件、取樣點(diǎn)。是由工藝設(shè)備輪廓線或工藝管線引到儀表圓圈的連接線的起點(diǎn)。包括測(cè)量點(diǎn)、連接線、儀表的圖形符號(hào)和字母代號(hào)。通用的儀表信號(hào)線和能源線的符號(hào)是細(xì)實(shí)線。連接線表示相連及交叉時(shí)，可采用圖（a）（b）形式。在復(fù)雜系統(tǒng)中，當(dāng)有必要表明信息流動(dòng)方向時(shí)，應(yīng)在信號(hào)線符

9、號(hào)上加箭頭,如圖(c)所示。(a)(b)(c)連接線儀表的圖形符號(hào)儀表的圖形符號(hào)是一個(gè)細(xì)實(shí)線圓圈，直徑約10mm。序號(hào)序號(hào)安裝位置安裝位置圖形符號(hào)圖形符號(hào)備注備注序號(hào)序號(hào)安裝位置安裝位置圖形符號(hào)圖形符號(hào)備注備注1就地安裝儀表就地安裝儀表4集中儀表盤后集中儀表盤后安裝儀表安裝儀表嵌在管道嵌在管道中中2集中儀表盤面集中儀表盤面安裝儀表安裝儀表5就地儀表盤后就地儀表盤后安裝儀表安裝儀表3就地儀表盤面就地儀表盤面安裝儀表安裝儀表儀表安裝位置的圖形符號(hào)表示字母代號(hào)字字母母第一位字母第一位字母后繼字母后繼字母字字母母第一位字母第一位字母后繼字母后繼字母被測(cè)變量被測(cè)變量修飾詞修飾詞功能功能被測(cè)變量被測(cè)變量修

10、飾詞修飾詞功能功能A分析分析報(bào)警報(bào)警P壓力壓力C電導(dǎo)率電導(dǎo)率控制控制Q數(shù)量數(shù)量積分積分累積累積D密度密度差差R放射性放射性記錄記錄E電壓電壓S速度速度安全安全開關(guān)開關(guān)F流量流量比比T溫度溫度傳送傳送I電流電流指示指示V粘度粘度閥閥K時(shí)間時(shí)間W力力L物位物位YM水分水分Z位置位置執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)用來(lái)表示儀表的小圓圈的上半圓內(nèi)，一般寫有兩位字，第一位字母表示被測(cè)變量，后續(xù)字母表示儀表的功能。被測(cè)變量和儀表功能的字母代號(hào)第四節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)分類一、開環(huán)控制和閉環(huán)控制按照控制方式和策略，系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩大類。開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器和控制對(duì)象間只有正向

11、控制作用，系統(tǒng)的輸出量不會(huì)對(duì)控制器產(chǎn)生任何影響；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，容易控制，但控制精度低；一般適合于干擾不強(qiáng)或可預(yù)測(cè)的、控制精度要求不高的場(chǎng)合；如果系統(tǒng)的給定輸入與被控量之間的關(guān)系固定，且其內(nèi)部參數(shù)或外來(lái)擾動(dòng)的變化都比較小，或這些擾動(dòng)因素可以事先確定并能給予補(bǔ)償，則采用開環(huán)控制也能取得較為滿意的控制效果；對(duì)擾動(dòng)沒有抑制能力。開環(huán)控制系統(tǒng) 按干擾補(bǔ)償?shù)陌锤蓴_補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)計(jì)算計(jì)算控制對(duì)象控制對(duì)象測(cè)量測(cè)量被控量被控量執(zhí)行執(zhí)行干擾干擾 按給定值操縱的按給定值操縱的開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)計(jì)算計(jì)算控制對(duì)象控制對(duì)象給定值給定值（控制裝置）（控制裝置）被控量被控量執(zhí)行執(zhí)行干擾干擾(溫度溫度

12、)輸出量輸出量(手柄位置手柄位置)輸入量輸入量 調(diào)壓器調(diào)壓器 加熱加熱 電阻絲電阻絲 電爐電爐 恒溫箱恒溫箱 受控對(duì)象受控對(duì)象擾動(dòng)量擾動(dòng)量控制裝置控制裝置擾動(dòng)擾動(dòng)輸出量輸出量輸入量輸入量控制裝置控制裝置受控對(duì)象受控對(duì)象開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖 系統(tǒng)輸出量對(duì)控制作用有直接影響；實(shí)現(xiàn)了按偏差控制；也稱為反饋控制；閉環(huán)控制系統(tǒng)由前向通道（控制器和控制對(duì)象）和反饋通道（反饋裝置）構(gòu)成；反饋控制：正反饋和負(fù)反饋；具有正反饋形式的系統(tǒng)一般不能改進(jìn)系統(tǒng)性能，而且容易使系統(tǒng)性能變壞；通常而言，反饋控制就是指負(fù)反饋控制。閉環(huán)系統(tǒng)必須考慮穩(wěn)定性問(wèn)題閉環(huán)控制系統(tǒng)按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系

13、統(tǒng)控制系統(tǒng)比較、計(jì)算控制對(duì)象測(cè)量被控量執(zhí)行干擾給定值與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是檢測(cè)偏差、糾正偏差；從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，閉環(huán)系統(tǒng)具有反向通道；從功能上看，閉環(huán)系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：v由于增加了反饋通道，系統(tǒng)的控制精度得到了提高，若采用開環(huán)控制，要達(dá)到同樣的精度，則需要高精度的控制器，從而大大增加了成本；v由于存在系統(tǒng)的反饋，可以較好地抑制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中可能存在的擾動(dòng)和由于器件的老化而引起的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的不確定性；v反饋環(huán)節(jié)的存在可以較好地改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。閉環(huán)系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別開環(huán)控制開環(huán)控制閉環(huán)控制閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低簡(jiǎn)單、成本低復(fù)雜、成本高復(fù)雜、成本高精度精度精度低、對(duì)元器

14、件要精度低、對(duì)元器件要求高求高精度高、對(duì)元器件要求精度高、對(duì)元器件要求低低穩(wěn)定性穩(wěn)定性通常不考慮通常不考慮必須考慮必須考慮二、定值控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)按照輸入信號(hào)分類，自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。v輸入信號(hào)是恒值，要求被控變量保持相對(duì)應(yīng)的數(shù)值不變v室溫控制系統(tǒng)、直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)輸入信號(hào)是變化規(guī)律未知的任意時(shí)間函數(shù)；系統(tǒng)的任務(wù)是使被控變量按照同樣規(guī)律變化并與輸入信號(hào)的誤差保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；導(dǎo)彈發(fā)射架控制系統(tǒng)、火炮隨動(dòng)系統(tǒng)、雷達(dá)天線控制系統(tǒng)；隨動(dòng)控制系統(tǒng)輸入信號(hào)是按已知的規(guī)律（事先規(guī)定的程序）變化；要求被控變量也按相應(yīng)的規(guī)律隨輸入信

15、號(hào)變化，誤差不超過(guò)規(guī)定值；熱處理爐的溫控系統(tǒng)、機(jī)床的數(shù)碼加工系統(tǒng)和仿形控制系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)三、連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)中各部分的信號(hào)都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。離散控制系統(tǒng)在控制系統(tǒng)各部分的信號(hào)中只要有一個(gè)是時(shí)間的離散信號(hào)。離散模型是計(jì)算機(jī)控制的最主要模型第五節(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程及性能指標(biāo)一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)靜態(tài)：被控變量不隨時(shí)間而變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)。動(dòng)態(tài)：被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。被控對(duì)象。研究自動(dòng)控制系統(tǒng)的重點(diǎn)是研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。平衡（靜態(tài)）是暫時(shí)的、相對(duì)的、有條件的，不平衡（動(dòng)態(tài)）才是普遍的、絕對(duì)的、無(wú)條件的被控對(duì)象二、控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)

16、程自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程是控制作用不斷克服干擾作用影響的過(guò)程。系統(tǒng)從一個(gè)平衡狀態(tài)到另一個(gè)平衡狀態(tài)的過(guò)度過(guò)程中，被控變量隨時(shí)間變化的規(guī)律首先取決于干擾作用的形式。一般的階躍信號(hào)：突然、危險(xiǎn)、對(duì)被控參數(shù)影響很大。其它形式的干擾可用多個(gè)階躍信號(hào)代替被控對(duì)象被控對(duì)象系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程中，被控變量是隨時(shí)間變化的。了解過(guò)渡過(guò)程中被控變量的變化規(guī)律對(duì)于研究自動(dòng)控制系統(tǒng)是十分重要的。被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。常見典型信號(hào)階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)、脈沖信號(hào)、加速度信號(hào)和正弦信號(hào)等。階躍信號(hào)A 0 t0 t0 數(shù)學(xué)表達(dá)式為：當(dāng)A=1時(shí)稱為單位階躍信號(hào)。特點(diǎn)易產(chǎn)生對(duì)系統(tǒng)輸出影響大便于分析和計(jì)算斜

17、坡信號(hào)加速度信號(hào)脈沖信號(hào)自動(dòng)控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過(guò)渡過(guò)程有非周期衰減過(guò)程、衰減振蕩過(guò)程、等副振蕩過(guò)程、發(fā)散振蕩過(guò)程等四種。三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程是控制系統(tǒng)品質(zhì)的重要依據(jù)，我們假設(shè)在階躍干擾作用下，取自動(dòng)控制系統(tǒng)的衰減振蕩過(guò)程的形式來(lái)討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)。1、最大偏差和超調(diào)量2、衰減比3、余差4、過(guò)渡時(shí)間5、振蕩周期或頻率四、影響過(guò)渡過(guò)程品質(zhì)的主要因素自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)由兩大部分組成:1.工藝過(guò)程部分：只與自動(dòng)控制相關(guān)的工藝部分。2.自動(dòng)化裝置部分：實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制必備的自動(dòng)化設(shè)備。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，過(guò)度過(guò)程品質(zhì)的好壞，很大程度上決定于對(duì)象的性質(zhì)。自動(dòng)控制裝置應(yīng)按對(duì)象的性質(zhì)合理的選配控制系統(tǒng)。/10/2967.