自动控制系统组成
自动控制系统简介
自动控制系统简介一、自动控制系统的组成1、看以下框图2、被控对象：需要实现控制的设备、机械或生产过程成为对象，如下塔、主冷、空冷塔、粗氩冷凝器。
3、被控变量：对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量称为被控变量。
如下塔液空液位、空冷塔液位、粗氩冷凝器液位。
4、控制变量（操作变量）：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变量。
如由下塔进入上塔经过液空节流阀（LV1）的液空。
5、干扰：除控制变量外作用于对象并能引起被控变量变化的一切因素。
比如进下塔空气量改变，影响液空产量，对下塔液空液位有影响。
6、给定值：工艺规定被控变量要保持的数值。
7、偏差：设定值与测量值之差。
8、控制器：对来自变送器的测量信号与给定值相比较所产生的偏差，并根据一定的规律进行运算（PID运算），并输出控制信号给执行器。
9、检测与变送装置：它测量被控变量，并将被控变量转换为特定的信号送给控制器的比较环节。
10、执行器：它根据控制器送来的信号相应地改变控制变量，以达到控制被控变量的目的。
如LV1根据控制器送来的信号，可以改变进入上塔的液空量（操作变量），从而控制了被控变量下塔液空液位。
11、正作用环节：输出信号随输入信号增加而增加的环节称为正作用，输出信号随输入信号的增加而减小的环节称为反作用环节。
12、执行器、变送器、被控对象三个环节组成广义对象，当广义对象为正作用时，控制器为反作用特性。
13、选择控制器的正反作用：13.1判断被控对象的正反作用方向。
当控制变量增加时，被控对象的输出（被控变量）也增加，控制变量减小时，被控对象的输出（被控变量）也减小，则被控对象为正作用方向。
如果被控变量与控制变量的变化方向相反，则被控对象为反作用方向。
13.2确定执行器的正、反作用方向。
气开阀为正作用，气闭阀为反作用。
执行器气开、气闭是根据工艺安全角度考虑。
13.3确定广义对象的正、反作用，一般变送器为正作用，只需根据被控对象和执行器的作用方向判断广义对象的作用方向，这两个环节同向，则广义对象为正作用，反之为反作用。
自动控制的原理、系统构成及应用
系统可靠性
在许多关键领域，如航空航天、核能等，自动控制系统的可靠性至关重要。如何提高系 统的可靠性，降低故障概率，是自动控制领域的重要研究课题。
人工智能与自动控制的融合发展
深度学习
深度学习是人工智能领域的重要分支，其在 自动控制领域的应用也日益广泛。如何利用 深度学习技术优化控制策略，提高控制精度 和稳定性，是当前研究的热点问题。
Байду номын сангаас
强化学习
强化学习是人工智能领域的另一重要分支， 其与自动控制的结合也具有广阔的应用前景 。如何利用强化学习技术实现智能控制，提 高系统的自适应性和鲁棒性，是未来研究的
重点方向。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
详细描述
智能家居系统通过集成各种家居设备，如照明、空调、门窗等，实现集中控制 和远程控制。用户可以通过手机、平板电脑等终端设备随时随地控制家居设备， 实现智能化管理，提高生活品质和舒适度。
交通运
总结词
交通运输领域中，自动控制系统用于提 高交通工具的安全性、效率和可靠性。
VS
详细描述
在交通运输领域，自动控制系统广泛应用 于航空、铁路、公路和航运等交通工具中 。例如，飞机自动驾驶系统能够自动控制 飞行姿态、速度和高度等参数，提高飞行 安全性和效率；智能交通系统能够实时监 测交通状况、优化信号灯控制和路线规划 ，提高道路通行效率和减少交通拥堵。
随着人工智能技术的发展，智能控制在自动 控制领域的应用越来越广泛。如何将智能控 制与其他控制策略相结合，实现更高效、更 智能的控制，是当前研究的热点问题。
控制系统的安全性问题
网络安全
随着网络技术的发展，自动控制系统与网络的结合越来越紧密，网络安全问题也日益突 出。如何保证自动控制系统的网络安全，防止黑客攻击和数据泄露，是当前亟待解决的
第2章自动控制系统的基本部件
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
主电路 电压信号
同步电路
移相控制
移相调节信号 （控制电压信号）
脉冲形成
功率放大 脉冲输出
脉冲电源
图2.28 触发电路的组成
图2.28 触发电路的组成
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
两个基极 阴极
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
• 2.晶闸管的保护 • 由于晶闸管承受过电压和过电流的能力较差，短时间的过电流和过电压就会把器件损坏。为了保证器件
能可靠地长期运行，除了留有余地合理选择器件外，还应采取恰当的保护措施。 • (1) 过电流保护 • 晶闸管在短时间内能够承受一定的过电流而不损坏。但是，如果短路或过载时过电流数值较大，而切断
2
图2图.220.2晶0 闸晶管闸工管工作作条条件件的的实实验验电 电路路
2.3.1 晶闸管
• (4) 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。此时 不论门极电压是正还是负，晶闸管将保持导通， 故导通的控制信号只需正向脉冲电压，称为触发 脉冲或触发信号，相应的门极控制电路称为触发 电路。晶闸管门极只能控制其导通，而不能使已 导通的晶闸管关断。因此晶闸管属于具有正向阻 断能力和单向导电性的半控型器件。
2.1.3 角位移检测元件
f
自整角机对
放大器
bs
G
i
o
R
交流伺服
SM
电动机
负载
图图22..99 角 角位位移移 随动随系动统系统
2.1.3 角位移检测元件
• 3. 光电编码盘 • 光电编码盘是一种按角度直接进行编码的码盘式角度—数字转换器。
其核心部件是编码盘。编码盘是一种按一定编码形式(如二进制编码、 循环码编码等)来分辨角度位移的圆盘。图2.10为一个四位二进制编码 盘。它的制作方法是：首先将圆盘按角度分为m等分(图中)，并分成n 个同心圆环(图中)，各圆环对应着编码的位数，称为码道。内圆环对 应编码的高位，外圆环对应编码的低位。然后将个(图中为64个)扇形 区，按二进制编码，划分为透明(白色)部分和不透明(黑色)部分，透明 (白色)部分表示“0”，不透明(黑色)部分表示“1”。由这些不同的黑、 白区域的排列组合即构成了与角位移位置相对应的数码。如“0000” 对应“0”号角度位，“0100”对应“4”号角度位。
自动控制系统概述
第一节 自动控制系统的组成
自动控制系统的组成：控制器、执行器、被控对象及 测量变送环节四部分组成。
自动控制系统方块图
第一节 自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备。
在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设
备、机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简 称对象。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之四
（4） 过渡时间
从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平 衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。一般在稳态 值的上下规定一个小范围，当被控变量进入该范围并不再 越出时，就认为被控变量已经达到新的稳态值，或者说过 渡过程已经结束这个范围一般定为稳态值的±５％（也有 的规定为±２％）。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之五
（5）震荡周期或频率
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振 荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同 的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短 一些为好。
第四节 过渡过程和品质指标
举例 某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过 渡过程曲线如下图所示。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℃）。
阶跃干扰作用
第四节 过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
非周期衰减过程 √
衰减震荡过程
√
对于控制质量要求不 高的场合，如果被控
等幅震荡过程 ？变的量范允围许内在振工荡艺（许主可要
指在位式控制时）， 才可采用。
发散震荡过程
X
自动控制系统基本概念
热工自动控制系统基本概念1．自动控制的组成调节器，执行机构，测量变送器，被控对象调节器的作用接受主信号和测量信号之间的偏差信号，进行一定规律的运算后产生一个调节信号送给执行机构执行机构通常包括执行器和阀门，它能接受执行机构送来的信号去完成被控对象的控制任务测量变送器由测量元件和变送器组成，是把非电量信号转成能进行控制的电量信号被控对象指需要进行控制的设备或生产过程，被控对象需要进行控制的物理量就叫被控量2．被控对象的动态特性被控对象的动态特性根据热工对象分：有自平衡和无自平衡有自平衡：给某热工对象加一扰动，不需外加调节凭自己的特性就能恢复到一个新的稳态无自平衡：给某热工对象加一扰动，不需外加调节凭自己的特性就能恢复到一个新的稳态y(∞x(t)YY(τ动态特性的描述：放大倍数：（K）为对象阶跃响应的终值Y（∞）除以阶跃扰动幅值ΔZ自平衡率：（ρ）为放大倍数的倒数迟延时间：（τ）时间常数：（Tc）飞升速度：（ε）K/Tc有自平衡能力的对象数学描述：Wd（s）=K/（1+Ts）nK为放大倍数，T为时间常数，n为阶数。
n≈[1.075t1/(t2-t1)+0.5]2T≈(t1+t2)/2.16nt1为0.4Y(∞)时对应的时间t2为0.8Y(∞)时对应的时间无自平衡能力的对象数学描述:Wd(s)=ε/s(1+Ts)n=1/Tas(1+Ts)nTa为飞升时间，Ta与ε互为倒数n≈1/12л*（Y0/Yτ）2Ta=1/ε=ΔZ*Tτ/ Y0 T= Tτ/n自动控制的基本方式1.开环控制被控量不影响系统控制的控制方式2.闭环控制被控量参与系统的空制方式，又称反馈控制热工对象的动态特性分类热工对象的动态特性分为两大类。
1．有自平衡能力对象。
其特点为：阶跃输入时，其输出（被控量）从零开始变化，变化速度越来越快，至最大变化速度（响应曲线有拐点），然后变化速度逐渐减慢，直至趋于某一常数（速度为零），即稳定到新的平衡值。
自动控制系统组成分类(工业仪表自动化)
控制系统
中,规定
偏差值是 给定值X e 设定值与
p
控制器
操纵 干扰f
被控
执行器 变量q 被控对象 变量y
测量值之
差, 即e =x-z
测量值Z
测量变送器
。
03
给定值X e
液位调 p 节仪
进料干扰f
出料
液位调 流量q
节阀
液体 储槽
储槽 液位y
测量值Z
液位变送器
储槽液位控制系统方框图
03自动控 制系统ຫໍສະໝຸດ 02（1）定值控制系统
在生产过程中，如果要 求控制系统使被控变量保持 在一个生产指标上不变，或 者说要求工艺变量的给定值 不变，这类控制系统称为定 值控制系统。
02
（2）随动控制系统
在生产过程中，控制系统 的给定值不是定值，而是无 规律变化的，自动控制的目 的是要使被控变量相当准确 而及时地跟随给定值的变化， 这类控制系统称为随动控制 系统。
00
CONTENTS
01
01
①眼看 储罐 ②脑想
③手动
用眼睛观察玻璃管液位计液位的 高低,并通过神经系统告诉大脑.
大脑根据眼睛看到的液位高度, 加 以思考分析, 然后根据操作经验, 经思考决策后发出命令。
根据大脑发出的命令 , 通过双手去 改变阀门开度.
02
用自动化装置来代替人工操作过程
（3）程序控制系统
可以理解为随动控制设定 值是一个已知时间函数，即 生产技术指标按一定时间程 序变化。
控制系统是开环还是闭环的 确定方法，根据具体的控制系统 分析测量值和操纵变量是否相互 影响，相互影响是闭环控制系统， 否则是开环控制系统。
自动控制系统的目的使 测量值=给定值
第一课 自动控制系统的组成
第一课自动控制系统的组成陶运道一液位控制系统的组成1 系统的组成如图是一液位控制系统，从图上可以看出控制系统由四个部分组成。
（1）对象：水箱（2）液位测量元件：变送器，将液位大小测量出来。
（3）控制器：将测量值和设定值相减得到偏差，根据偏差大小，输出一个值至执行元件。
（4）调节阀：执行元件，根据控制器输出信号大小，产生一开度，使液位回到给定值。
2 液位是被调节的量出口流量是调节的量，出口流量大小可以调节液位，使液位稳定。
二、控制系统的框图三、自动控制系统的过渡过程和品质指标1 在自动化领域中,把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
2 静态的特点：系统输入x、f不变，系统输出y不变，其他量如z、e、p、q均不变，但生产照常进行。
静态是相对而暂时的。
动态的特点：输入变化引起输出变化，其他量也跟着变化，以求系统建立新平衡。
动态是经常和绝对的。
自动控制系统的过渡过程：自动控制系统在动态过程中，被控变量是不断变化的，它随时间而变化的过程称为自动控制系统的过渡过程，也就是说，系统从一个平衡状态（静态）经过动态过渡到另一个新的平衡状态的过程。
3 干拢的形式系统在过渡过程中，被控变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰形式。
在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属于随机性质。
在分析和设计控制系统时，为了安全和方便，常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。
阶跃干扰（阶跃输入）的特点：比较突然、比较危险、对被控变量的影响最大，如果一个系统，能有效地克服这类干扰，对其他干扰就能很好地克服，同时数学处理和分析简单。
4 过渡过程的基本形式以上过渡过程的四种形式可以归纳为三类。
(1)过渡过程(d)是发散的，称为不稳定过渡过程，应竭力避免。
(2)过渡过程(a)和(b)都是衰减的，稳为稳定过程。
被控变量经过一段时间后，逐渐趋向原来的或新的平衡状态，这是所希望的。
自动化控制系统的组成部分及作用(一)
自动化控制系统的组成部分及作用(一)自动化控制系统的组成部分及作用概述自动化控制系统是由多个组成部分组成的复杂系统，这些部分协同工作，以实现对某个设备或过程的自动控制。
本文将介绍自动化控制系统的主要组成部分及其作用。
主要组成部分一个典型的自动化控制系统包括以下几个主要组成部分：1.传感器：用于采集设备或过程的各种信号，并将其转换为电信号。
传感器的作用是将物理量转换为可测量和可处理的信号，比如温度传感器、压力传感器等。
2.执行器：根据来自控制器的指令，对设备或过程进行操作，完成所需的动作。
执行器的作用是控制设备的某种机械运动或操作，如电动阀门、电动马达等。
3.控制器：接收来自传感器的信号，并根据预设的控制策略，产生相应的控制信号发送给执行器。
控制器的作用是根据输入信号进行决策，并生成输出信号来实现控制。
4.通信网络：用于传输传感器和控制器之间的信号。
通信网络的作用是确保传感器和控制器之间的数据传输的可靠性和及时性。
5.人机界面：提供给操作员与自动化控制系统进行交互的界面。
人机界面的作用是显示系统运行状态、接受操作员的控制指令，并向操作员提供实时的反馈信息。
各部分的作用各个组成部分在自动化控制系统中发挥着不同的作用：•传感器通过采集设备或过程的相关信号，将其转换为可处理的电信号，为控制器提供准确的输入信号。
•执行器根据控制器的指令，对设备或过程进行操作，实现所需的动作，如开关、调节、控制等。
•控制器基于传感器提供的信号，根据预设的控制策略进行决策，并向执行器发送相应的控制信号，以达到控制设备或过程的目的。
•通信网络确保传感器和控制器之间的数据传输的可靠性和及时性。
它将传感器采集到的信号传输给控制器，同时将控制器生成的指令传输给执行器。
•人机界面将自动化控制系统的运行状态、控制命令等信息展示给操作员，使其能够对系统进行监控和控制。
综上所述，传感器、执行器、控制器、通信网络和人机界面是自动化控制系统中不可或缺的组成部分，它们各自承担着重要的作用，共同实现对设备或过程的自动控制。
自动化控制系统的组成部分及其作用
自动化控制系统的组成部分及其作用1. 引言自动化控制系统是一种能够对工业或其他过程进行监测、调节和控制的系统。
它由多个组成部分组成，每个部分都有特定的功能和作用。
本文将详细介绍自动化控制系统的各个组成部分及其作用。
2. 传感器传感器是自动化控制系统中最基础的组件之一，它能够将物理量转换为电信号。
传感器可以测量温度、压力、流量、速度等各种物理量，并将其转换为电信号输入到控制系统中。
传感器的作用是实时获取被监测对象的状态信息，为后续的控制提供数据支持。
3. 执行器执行器是自动化控制系统中另一个重要组成部分，它能够根据控制信号执行相应的操作。
执行器可以是电动机、阀门、气缸等设备，通过接收来自控制系统的信号来实现运动或调节。
执行器的作用是根据控制算法输出相应的操作指令，对被控对象进行调节或操作。
4. 控制器控制器是自动化控制系统的核心组成部分，它根据传感器获取的数据和预设的控制算法来生成控制信号。
控制器可以是计算机、PLC（可编程逻辑控制器）等设备，它能够对传感器数据进行处理，并根据设定的控制策略来生成相应的控制信号。
控制器的作用是实现对被控对象的精确调节和控制。
5. 人机界面人机界面是自动化控制系统与操作人员之间进行交互和信息传递的界面。
它可以是触摸屏、键盘、显示屏等设备，通过这些设备操作人员可以监视和调节自动化控制系统的运行状态。
人机界面的作用是提供直观、友好的操作界面，使操作人员能够方便地监测和管理自动化过程。
6. 通信网络通信网络是自动化控制系统中各个组件之间进行信息传递和交互的媒介。
通信网络可以是以太网、现场总线（如Profibus、Modbus）等，它们能够实现传感器、执行器、控制器以及人机界面之间的数据交换。
通信网络的作用是实现各个组件之间的协同工作，提高自动化控制系统的整体性能。
7. 数据存储与处理数据存储与处理是自动化控制系统中一个重要的功能模块，它能够对传感器采集到的数据进行存储和分析。
自动控制系统主要有哪些环节组成
1.自动控制系统主要有哪些环节组成各环节的作用是什么a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。
b控制器：接收变送器送来的信号，与希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。
c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
d被控对象：控制装备所控制的生产设备。
2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置；被控变量：工艺上希望保持稳定的变量；操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。
给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值；干扰变量：造成被控变量波动的变量。
3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化）5.自动控制系统的基本要求：稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件快速性：反应系统在控制过程中的性能准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。
提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。
6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。
7.自动系统的控过渡过程及其形式控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程，等幅振荡过程，发散振荡过程8.衰减振荡过渡过程的性能指标衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。
（以新稳态值为标准计算）最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值与设定值之差。
调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~动态数学模型：表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述10.描述对象特性的参数放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
自动控制和自动控制系统的概念
自动控制和自动控制系统的概念自动控制是一种综合技术，它利用控制理论和工程技术来实现对各种过程、设备和系统的自动控制。
自动控制系统通常由传感器、执行器、控制器和通信网络等组成，通过对被控对象的监测和调节，实现对系统运行状态的控制和调节。
在工业自动化、航空航天、交通运输、环境保护等领域都有着重要的应用。
自动控制系统是实现自动控制的一种系统，它通过收集被控对象的信息，将其与期望值进行比较，然后根据比较结果对被控对象进行调节，使其达到期望状态。
自动控制系统广泛应用于生产过程控制、机械设备控制、环境监测与控制等领域。
在现代社会中，自动控制系统已成为各种机电一体化系统的核心，例如工业生产线、航空航天系统、交通信号灯等。
在自动控制领域，控制理论是一项重要的理论基础，它涉及到数学、物理和工程等多个学科的知识。
控制理论主要研究如何设计并实现控制系统，以确保被控对象在特定条件下能够稳定、准确地工作。
控制理论的研究内容包括系统建模、控制系统分析与设计、稳定性与鲁棒性、最优控制等。
在自动控制系统的设计和应用过程中，人们还需要考虑到系统的实时性、可靠性、可调性和适应性等方面的要求。
随着科技的不断发展，智能化技术的引入也使得自动控制系统具有了更强的智能化和自适应性，从而进一步提高了系统的性能和效率。
通过对自动控制和自动控制系统的深入研究和应用，能够提高生产效率、降低成本，提高生产质量，改善工作环境，保障人身安全，推动科技创新和社会发展。
在未来，自动控制技术还将在更多的领域得到应用，为人们的生活和工作带来更多的便利和福祉。
以上是对自动控制和自动控制系统的一些深入理解和概述，希望对您有所帮助。
如果您对自动控制和自动控制系统还有其他疑问或需要深入了解，可以随时向我沟通。
自动控制和自动控制系统是现代科技领域中非常重要的一部分。
它们不仅广泛应用于工业生产、交通运输、环境监测等领域，还在医疗保健、军事防卫、航空航天等领域发挥着重要作用。
自动控制原理基础知识点总结
自动控制原理基础知识点总结自动控制原理是研究自动控制系统的基本原理和方法的一门学科，其核心思想是通过输入-输出关系来实现对系统的控制和调节。
以下是自动控制原理的一些基础知识点总结：1. 控制系统的组成：自动控制系统主要由输入信号、控制器、执行器和被控对象组成。
其中输入信号是控制系统的指令，控制器是根据输入信号和输出信号之间的差异来生成控制信号，执行器将控制信号转换为作用于被控对象的物理量。
2. 反馈控制和前馈控制：反馈控制是指将系统输出信号通过传感器反馈到控制器中，并与输入信号进行比较来生成控制信号；前馈控制是指将输入信号直接作用于控制器，不考虑系统输出信号的影响。
反馈控制可以有效地补偿系统的不确定性和扰动，提高系统的稳定性和鲁棒性。
3. 系统的数学模型：自动控制系统的设计和分析通常需要建立系统的数学模型，常见的数学模型包括差分方程、微分方程和状态空间方程。
通过对系统的数学模型进行分析，可以获得系统的稳定性、响应速度、稳态误差等性能指标，并用于控制器的设计和参数调节。
4. 控制器的类型：常见的控制器类型包括比例控制器、积分控制器和微分控制器，它们分别根据输出信号与误差信号的线性关系、积分关系和导数关系对系统进行控制。
此外，还可以通过组合和级联这些控制器来设计更复杂的控制系统。
5. 根轨迹和频率响应：根轨迹图可以用来分析系统的稳定性和动态特性，通过观察根轨迹的形状和分布可以确定系统的稳定性和阻尼特性。
频率响应则是通过输入信号在不同频率下的响应来分析系统的频域特性和频率补偿。
6. 系统的稳定性：系统的稳定性是指在某种条件下，系统输出能够在有界的范围内保持稳定。
常见的稳定性分析方法包括稳定性判据、稳定裕度和相角裕度分析。
7. 系统的性能指标：常见的性能指标包括系统的超调量、调整时间、静态误差和稳态误差，这些指标用于评估系统的控制性能和稳定性。
8. 控制系统的校正和调节：通过对系统控制器参数的调整和优化，可以改善系统的控制性能和稳定性。
自动控制系统概述ppt课件
拉普拉斯变换
拉氏变换的实质：将实变量t的函数f（t），变换成复变量s（s=α+jβ）的函数F（s）。
F (s) f (t)estdt L[ f (t)] 0
其中： f (t) 为原函数， F(s) 为拉氏变换式（或象函数）
记为：
拉氏 变换 F(s) L[ f (t)]
第一节 自动控制系统的组成
进
料
口
调
节
器
变
送
器
执 行 器
进
料
口
调
节
器
变
送
器
进 料 口
变 送 器
控 制 站
执
执
行
行
器
器
控制系统的 4 个基本环节：
被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器
几个常用术语 ：
（1）被控对象 需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象，简称对象。 （2）被控变量 对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量称为被控
y (t ) B
e()
Sp
B
C
稳定误差范围： 2％ 或者 5％的新稳态值
0
t1
t2
t3
t
超调量σ： B/C *100%
衰 减 比n： n B / B
余差 e(∞)： e()
过渡时间tp： 振荡周期：
t p t3 t2 t1
自动控制系统希望的结果： •最大偏差（超调量）？ •答：越小越好 •衰减比？
的测量值而非实际值，因此，在控制系统中通常把设定值与测量值之差定义为偏 差。
第二节 自动控制系统的方块图：
一、信号和变量：
+
自动控制系统的基本组成与分类
自动控制系统的基本组成与分类自动控制系统的基本组成如前所述，自动控制系统(即反馈控制系统)由被控对象和控制装置两大部分组成，根据其功能，后者又是由具有不同职能的基本元部件组成的。
图1．12是一个典型的自动控制系统的基本组成示意图，图中组成系统的各基本环节及其功能如下。
1．被控对象如前所述，被控对象是指对其莱个特定物理量进行控制的设备或过程出即为系统的输出员，即被控量，通常以c(r)(或y(f))表示。
2．阁量元件测量元件用于对输出量进行测量，并将其反馈至输入端。
如果输出量与输入量的物理单位不同，有时还要进行相应的量纲转换*例如，温度测量装置(热电偶)用于团量湿度并转换为电压(见固1．2)，测速发电机用于测量电动机轴转速井转换为电压(见田1．9)。
3．给定元件根据控制日的，给定元件将给定量转换为与期望输出相对应的系统治入量(通常以r(‘)表示)，作为系统的控制依据。
例如，图1．9中，给定电压M2的电位器即为给定元件。
4．比较元件比较元件对输入量与测量元件测得的输出量进行比较，并产生偏差信号中的电压比较电路。
通常，比较元件输出的偏差信号以‘(2)表示。
5．放大元件放大元件是特比较元件结出的(檄弱的)偏差信号进行放大(必要时还要进行物理量的转换)。
例如，图1．9中的ATMEL代理放大器和晶闸管整流装置等。
6．执行元件执行元件的功能是，根据放大元件放大后的偏差信号，推动执行元件去控制被控对象，使其被控量按照设定的要求变化。
通常，电动机、液压马达等都可作为执行元件。
7．校正元件校正元件又称补偿元件，用于改善系统的性能，通常以串联或反馈的方式连接在系统中。
在图1．12中，作用信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称为前向通路；系统治出量经测旦元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路；前向通路和主反馈通路构成的回路称为主反馈回路，简称主回路。
除此之外，还有局部反馈通路以及局部反馈回路等*将只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，将包含两个或两个以上反馈通路的系统称为多回路系统。
自动控制系统的概念及分类
自动控制系统是指能够对某一系统的运行状态进行监测、比较和修正，以维持系统在某种期望状态或性能指标下运行的系统。
它主要包括感知部分、决策部分和执行部分。
感知部分负责获取系统的状态信息，决策部分进行状态比较和决策，执行部分则执行相应的控制操作。
自动控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统两大类。
开环控制系统（Open-Loop Control System）：开环控制系统是指控制器输出不受系统当前状态影响，只由输入信号决定的控制系统。
在开环系统中，控制器向执行器发送命令，执行器按照命令执行动作，但系统的实际状态变化不会反馈给控制器。
这种系统不具备自我调整的能力，对外界扰动和系统参数变化不敏感。
闭环控制系统（Closed-Loop Control System）：闭环控制系统是指控制器的输出受系统当前状态的反馈影响，通过不断调整输出来维持系统在期望状态。
在闭环系统中，感知部分负责获取系统状态信息，并将反馈信息传递给控制器，控制器根据反馈信息调整输出，实现对系统的动态调节。
这种系统能够更好地应对外界扰动和系统参数变化，具有自我调整的能力。
在闭环控制系统中，可以进一步根据控制器的结构和工作原理进行分类：比例-积分-微分（PID）控制系统：使用比例项、积分项和微分项来调节系统，以实现对系统的稳定性、精度和速度的控制。
状态空间控制系统：使用状态空间法描述系统，通过状态反馈或输出反馈来实现对系统的控制。
模糊控制系统：基于模糊逻辑的控制系统，适用于复杂、模糊和不确定的系统。
神经网络控制系统：利用神经网络模型进行控制，适用于非线性和复杂系统。
自适应控制系统：具有自适应性能，能够根据系统的变化实时调整控制策略。
总体而言，自动控制系统在工业、交通、航空航天、生活等领域有着广泛的应用，能够提高系统的稳定性、精度和鲁棒性。
典型自动控制系统的组成和工作原理
自动控制系统是一种利用传感器、控制器和执行器来感知、判断和控制环境 的系统。了解其组成和工作原理，可以更好地应用于实际工程领域。
自动控制系统的定义
自动控制系统是一种利用传感器、控制器和执行器对环境变量进行感知、判断和控制的系统。它能够以 反馈的方式实时调整控制策略，以实现预期的目标。
现系统的控制目标。
系统反馈信息通过传感器反馈给控制 器，形成一个闭环控制回路，实时调
整控制策略以适应环境的变化。
自动控系统的应用领域
• 工业自动化：在生产线上用于控制和监测机械设备的运行。 • 交通运输：用于自动驾驶、智能交通信号灯等领域。 • 建筑环境：用于自动调节室内温度、湿度、光线等参数。 • 能源管理：用于控制电网、发电机组、智能电表等领域。
总结
自动控制系统是一种利用传感器、控制器和执行器对环境进行感知、判断和控制的系统，具有广泛的应 用领域和重要的优势。了解其组成和工作原理对于实际应用具有重要意义。
自动控制系统的组成要素
传感器
传感器用于感知环境变量，如温度、湿度、压力等，并将其转化为可供控制器处理的电信号。
控制器
控制器根据设定值和传感器的反馈信号进行计算和控制，并生成控制信号发送给执行器。
执行器
执行器根据控制信号对系统进行操作，如调节阀门、开关电机等，以实现系统的控制目标。
自动控制系统的工作原理
1
传感器感知环境变量
传感器监测环境变量并将其转化为电
控制器根据设定值和反馈信号
2
信号，为控制器提供反馈数据。
进行控制
控制器根据预设的目标设定值以及传
感器反馈的数据，计算并生成相应的
3
执行器执行控制信号
自动控制系统基本概念,自动控制系统主要由哪些环节组成？
自动控制系统基本概念,自动控制系统主要由哪些环节组成？
自动控制系统基本概念
自动控制系统主要由哪些环节组成？
解：自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。
图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。
试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。
解：PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；
TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；
FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。
在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？
解：测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。
试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？
解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。
被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。
控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。
给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。
它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
自动控制系统的组成及功能实现
自动控制系统作为目前工业领域控制的核心，已经为大家所熟悉。
自动控制系统是指在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。
自动控制系统是实现自动化的主要手段，其组建了整个系统的大脑及神经网络。
自动控制系统的组成一般包括控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。
一、自动控制系统的分类
自动控制系统按控制原理主要分为开环控制系统和闭环控制系统。
（一）开环控制系统
在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。
开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统；由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。
主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制以及机械手和生产自动线。
（二）闭环控制系统
闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。
闭环控制系统又称反馈控制系统。
自动控制系统按给定信号分类，可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。
（三）恒值控制系统
给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。
如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。
（四）随动控制系统
给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。
如跟随卫星的雷达天线系统。
（五）程序控制系统
给定值按一定时间函数变化。
如程控机床。
在我们的工业领域中，因控制的工艺流程复杂、生产数多、对产品质量控制严格，所以一般控制系统均为闭环控制系统。
二、控制系统各部分的功能
（一）控制器
目前控制系统的控制器主要包括PLC、DCS、FCS等主控制系统。
在底层应用最多的就是PLC控制系统，一般大中型控制系统中要求分散控制、集中管理的场合就会采用DCS 控制系统，FCS系统主要应用在大型系统中,它也是21世纪最具发展潜力的现场总线控制系
统，与PLC和DCS之间有着千丝万缕的联系。
控制器是现场自动化设备的核心控制器，现场所有设备的执行和反馈、所有参数的采集和下达全部依赖于控制器的指令。
（二）被控对象
在自动控制系统中被控对象一般指控制设备或过程（工艺、流程等）等。
在自动控制系统中，广义的理解被控对象包括处理工艺、电机、阀门等具体的设备；狭义的理解可以是各设备的输入、输出参数等。
（三）执行机构
在自动控制系统中，执行机构主要是系统中的阀门执行器，根据不同的工艺及流程控制，控制器通过输出信号对执行机构进行控制，执行机构发生动作之后信号反馈给控制器，控制器接收到反馈信号后判断执行器完成了指定动作，一次控制完成。
（四）变送器
变送器是将现场设备传感器的非电量信号转换为0-10V或4-20mA标准电信号的一种设备。
例如温度、压力、流量、液位、电导率等非电量信号，经过变送器转换后才可以接到PLC等控制器接口，才能最终参与整个系统的参数采集和控制。
不过近些年来，大家也习惯的将这些非电量的变送器统称为传感器，对变送器不再专门进行划分。
三、自动控制系统的应用
污水处理厂工艺过程中要用到大量的阀门、泵、风机及吸、刮泥机等机械设备，它们常常要根据一定的程序、时间和逻辑关系定时开、停。
例如，在采用氧化沟处理工艺的污水处理厂，氧化沟中的转刷要根据时间、溶解氧浓度等条件定时启动或停止，在采用SBR工艺的污水处理厂，曝气、搅拌、沉淀、滗水和排泥应按照预定的时间程序周期运行；在采用活性污泥法的污水处理厂，初沉池的排泥，消化池的进、排泥也要根据一定的时间顺序进行。
另外，污水处理的工艺过程同其他工艺过程类似，也要在一定的温度、压力、流量、液位、浓度等工艺条件下进行。
但是，由于种种原因，这些数值总会发生一些变化，与工艺设定值发生偏差。
为了保持参数设定值，就必须对工艺过程施加一个作用以消除这种偏差而使参数回到设定值上来。
例如，消化池内的污泥温度需要控制在一定的范围内，鼓风机的出口压力需要控制在一个定值，曝气池内的溶解氧浓度要根据工艺要求控制在一定的范围内等。
（一）自动控制系统的功能
污水处理厂的自动控制系统主要是对污水处理过程进行自动控制和自动调节，使处理后的水质指标达到预期要求。
自动控制系统具有如下功能：
（1）控制操作：在中心控制室能对被控设备进行在线实时控制，如启停某一设备，调节某些模拟量输出的大小，在线设置PLC控制器的某些参数等；
（2）显示功能：用图形实时地显示各现场被控设备的运行工况，以及各现场的状态参数等；
（3）数据管理：利用实时数据库和历史数据库中的数据进行比较和分析，可得出一些有用的经验参数，有利于优化处理过程和参数控制；
（4）报警功能：当某一模拟量（如电流、压力、液位等）测量值超过给定范围或某一开关量（如电机故障、阀门开关故障等）发生变位时，可根据不同的需要发出不同等级的报警；
（5）打印功能：可以实现报表和图形打印以及各种事件和报警实时打印。
打印方式可以采用定时打印或事件触发打印；
（6）通讯功能：中控室所有信息均可传送公司并接收公司总调度室的指令；
（7）建立网络服务器：所有实时数据和统计分析数据均可通过企业内部网( Intranet) 或互联网( Internet)查询，各部门可共享生产运行信息。
（二）控制功能的实现
（1）逻辑控制功能
逻辑控制一般指控制器的开关量控制，对于自动化控制来说逻辑控制是最基本也是最广泛的应用，在水处理现场不仅对于单台设备，而且对于多台设备也同样适用。
逻辑控制是作为保护控制的最基本的组成部分。
（2）模拟量控制功能
在工厂的自动化控制中，有许多连续变化的量，例如温度、压力、流量、液位或者速度等都是在随着工艺流程不断变化的量，我们称之为模拟量。
但是要实现对这些模拟量的控制就必须进行模拟量与数字量的转换，即A/D转换。
当需要对模拟量进行控制时，我们有需要进行数字量与模拟量的转换，即D/A转换。
所以，控制器均配备了A/D和D/A转换模块，可以方便的用于对系统模拟量的监测及控制。
（3）过程控制功能的实现
过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量进行的闭环控制。
对于复杂的系统控制，控制器能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。
PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。
大中型PLC都有PID模块，目前许多小型PLC也具有此功能模块。
PID 处理一般是运行专用的PID子程序。
（4）数据处理功能
对于现代的PLC控制器具有数学运算、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。
这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。
（5）通信及联网功能
PLC 通信含PLC 间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。
随着计算机控制的发展，
控制器的网络通信也得到了迅猛的发展，目前有Modbus-RTU、Profibus总线、TCP/IP等多种网络通信方式，并且接口灵活，因此自动控制系统在网络组建方面变得灵活方便。
（三）专业化的程序模块
随着PLC等控制器的发展越来越成熟，嵌入专门化工艺程序的模块控制器会使用户在使用的过程中变得十分便利，缩短用户的程序开发时间和成本，同事可以提高控制器生产厂家在控制器市场上的竞争力和专业地位。