自动化基础知识

x z
e 控制器
测量值
执行阀 变送器
被控对象

2、被控变量
是表征生产设备（过程）运行 情况是否正常而需要加以控制的物 理量。
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1.组成
给定值 偏差
x z
控制作用
扰动作用 被控变量 控制作用
控制器
执行阀 变送器
被控对象
测量值
3、控制作用 被自动化装置操纵，用以 使被控变量保持设定值的物料量 和能量。
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小
结：
本节课我们学习了化工自动化的组 成、分类 、过渡过程及品质指标，其中 各种品质指标的计算为本书的重点内容， 希望同学们能掌握。
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化工仪表及自动化 汇报课
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本节课结束
一、人工调节和自动控制
脑 手 眼
控制器 执行器
设 定
测量 变送
一个自动控制系 统就是对人工调 节过程的模拟。
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测量仪表相当于 人的眼睛，控制器相 当于人的大脑，控制阀 相当于人的手脚。
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液位控制系统实例
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流量控制系统实例
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在阶跃扰动（或给定）的作用下，控制系 统的过渡过程有如下五种基本形式。
被控变量
给定值 时间
（1）发散振荡过程
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被控变量
给定值
时间
（2）等幅荡过程
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被控变量
给定值
时间 （3）衰减振荡过程
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温度控制系统过渡过程曲线
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•解分析 过渡时间与规定的被控变量限制 最大偏差A＝230-200＝30℃ 余差C 范围大小有关，假定被控变量进入稳 ＝205-200＝５℃ 定值的±2％，就可以认为过渡过程已 经结束，那么限制范围为200×（±2 由图上可以看出，第一个波峰值B＝A％）＝±4℃。 C=230-205＝25℃，第二个波峰值B′＝ •210－205＝5℃， 这时，可在新稳态值（205℃） 两侧以宽度为±４℃画一区域，上图 故衰减比应为n=B:B′＝25:5＝5:1。 中以画有阴影线的区域表示，只要被 控变量进入这一区域且不再越出，过 振荡周期为同向两波峰之间的时间间 滤过程就可以认为已经结束。因此， 隔， 从图上可以看出，过渡时间ts为22min。 故振荡周期Tp＝20-5＝15（min）
通常都希望在受到扰动作用以后，被控 变量偏离设定值的程度要小一些，波动 要少一些，达到新的稳定状态所花费的 时间要短一些。也就是从准确性、稳定 性和快速性三个方面来评价它的控制质 量。对于最普遍希望的衰减振荡过程的 品质指标有最大偏差、衰减比、余差、 过渡时间和振荡周期等几项。
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被控变量
非周期 衰减 非周期 发散
给定值 时间
（4）非周期发散
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（5）非周期衰减
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被控变量
给定值
时间
阶跃给定作用下系统的过渡过程
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被控变量
时间
阶跃扰动作用下系统的过渡过程
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2. 控制系统的品质指标
幅值B`之比 化到新的稳态 差。 二个波峰出时 值所需时间。 所需时间
Tp
B n=B B ` B `
稳定值 设定值
C
时间t
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ts
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课 堂 练 习
某换热器的温度控制系统在单位阶跃干 扰作用下的过渡过程曲线下图所示。试 分别求出最大偏差、余差、衰减比、振 荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。
其基本功能是使被控变量与设定值一致。
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2.名词解释
给定值 偏差
被控对象
扰动作用 被控变量 控制作用
x z
e 控制器
测量值
执行阀 变送器
被控对象
1、被控对象
是指需要实现控制的工艺设 备、机械或生产过程。
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给定值 偏差
扰动作用 被控变量 被控变量 控制作用
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温度控制系统实例
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二、自动控制系统的组成及分类
给定值 偏差
1.组成 e 控制器
测量值
扰动作用 被控变量 控制作用
x z
执行阀 变送器
被控对象
自动控制系统是由变送器、控制器、执 行阀和被控对象四个环节组成的闭环负反馈 控制系统。
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指标有：最大偏差A （或超 调量）、衰减比n、余差C 、 过渡时间ts和振荡周期Tp 被控变量 y A
1.最大偏差A： 2.衰减比n：第 3.余差C：过渡 第一个波峰 一个波峰的幅 4.过渡时间ts： 过程结束后， 5.振荡周期Tp： 值B与同方向的 被控变量从原 的幅值B与设 被控变量稳定 第一个波峰出 第二个波峰的 来的稳态值变 定值之差。 值与设定值之 现到同方向第
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扰动作用
给定值 偏差
扰动作用 被控变量 控制作用
x z
e 控制器
测量值
执行阀 变送器
被控对象
4、扰动作用 除控制作用外，作用于对象并 引起被控变量变化的一切因素。
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给定值
给定值 偏差
扰动作用 被控变量 控制作用
x z
e 控制器
（２）随动控制系统 （也称为自动跟踪 系统） 这类系统的特点是设定值不断 变化，并要求系统的输出也跟着变化。
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（３）程序控制系统 （顺序控制 系统） 这类系统的设定值也 是变的，但它是一个已知的时 间函数，即生产技术指标需按 一定的时间程序变化。设定值 不断变化，并要求系统的输出 也跟着变化。
测量值
执行阀 变送器
被控对象
5、设定值 被控变量的预定（或希望）值。
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给定值 偏差
扰动作用 被控变量 控制作用
x z
e 控制器
测量值
执行阀 变送器
被控对象
测量值
6、测量值 与被控变量对应的变送器的输出值。通 常为0~10mA(或4~20mA)范围内的直流电流 或其它数字通讯协议。
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偏差
给定值 偏差
扰动作用 被控变量 控制作用
x z
e 控制器
测量值
执行阀 变送器
被控对象
7、偏差 偏差e = 测量值 — 给定值 测量值与设定值之差。它有大小、 方向和变化速率三个基本要素。
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3.自动控制系统的分类 按设定值的不同可分为三大类。 （１）定值控制系统 设定值不变的控制系统。工艺生产中 要求控制系统的被控变量保持在一个生 产技术指标上不变，这个技术指标就是 设定值。
第一节 自动化基础知识
本节主要知识点： 本节知识问答： •人工调节与自动 自动控制系统的任 控制 务是什么？它由哪些
•自动控制系统的 任务及基本组成 •自动控制系统的 过渡过程及品质 指标
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基本环节组成？ 什么叫被控对象、 被控变量、测量值、 设定值、偏差、扰动 作用和控制作用？
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化工仪表及自动化 汇报课
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三、过渡过程及品质指标
1、控制系统的过渡过程 从扰动作用，发生时起到控制器的 控制作用使系统达到新的平衡时为止， 这段时间内被控变量的变化过程，称 为控制系统的过渡过程。亦即系统从 一个平衡状态过渡到另一个平衡状态 的过程。
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