第1章-自动控制系统概述演示教学
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自动控制系统概述ppt课件
号
号
1 就地安 装仪表
2 集中仪 表盘面 安装仪 表
3 就地仪 表盘面 安装仪 表
4
嵌在管道 中
集中仪表 盘后安装 仪表
5 就地仪表 盘后安装 仪表
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
对于处理两个或两个以上被测变量，具有相同或不同 功能的复式仪表时，可用两个相切的圆或分别用细实线圆 与细虚线圆相切表示（测量点在图纸上距离较远或不在同 一图纸上），如下图所示。
对于一个稳定的系统（所有正常工作的反馈系统都是稳定系统 ）要分析其稳定性、准确性和快速性，常以阶跃作用为输入时 的被控变量的过渡过程为例，因为阶跃作用很典型，实际上也 经常遇到，且这类输入变化对系统来讲是比较严重的情况。
第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标
信号常见形式 斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号、阶跃信号等。
执行器
液位自动控制系统方框图
每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间用带箭 头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节输入，离 开方框的为环节输出。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
注意！
方框图中的每一个方框都代表一个具体的装置。 方框与方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联 系，与工艺流程图上的物料线有区别。 “环节”的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来直 接引起输入的变化。环节的这一特性称为“单向性” 。 自动控制系统是一个闭环系统
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
用同一种形式的方框图可以代表不同的控制系统
蒸汽加热器温度控制系统
给定值x
偏差e
控制器输出p
控制器
干扰作用f
操纵变量q 执行器
对 象 被控变量y
自动控制系统基本概念ppt课件
成正比。 1
P Ti edt
只要偏差存在，积分作用一直作用下去， 就有输出信号，能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ除余差
缺点：在偏差出现的瞬间不能立即作用
30
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
（四）微分控制（D控制） • 控制器的输出变化量与偏差变化速度成
13
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
过渡过程的几种基本形式图
14
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
又称自动调节系统 • 自动操纵系统：程序控制 1. 随动控制系统：自动跟踪系统
7
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
六、自动控制系统的方框图 1、方框图：反映系统各组成部分之间的相
互影响和信号联系。
3. 控制器比例度δ的大小与输入输出的关系
比例度与输入和输出的关系
28
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
4、特点 • 反应快、无滞后，偏差大，输出也变化
大，但存在余差，只适于有差调节系统。 • 存在余差的原因：负荷变化前，浮球在
PID控制器输出特性
35
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
P Ti edt
只要偏差存在，积分作用一直作用下去， 就有输出信号，能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ除余差
缺点：在偏差出现的瞬间不能立即作用
30
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
（四）微分控制（D控制） • 控制器的输出变化量与偏差变化速度成
13
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
过渡过程的几种基本形式图
14
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
又称自动调节系统 • 自动操纵系统：程序控制 1. 随动控制系统：自动跟踪系统
7
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
六、自动控制系统的方框图 1、方框图：反映系统各组成部分之间的相
互影响和信号联系。
3. 控制器比例度δ的大小与输入输出的关系
比例度与输入和输出的关系
28
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
4、特点 • 反应快、无滞后，偏差大，输出也变化
大，但存在余差，只适于有差调节系统。 • 存在余差的原因：负荷变化前，浮球在
PID控制器输出特性
35
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
自动控制系统课件第一章1
自动控制系统课件 第一章
目 录
• 自动控制系统概述 • 自动控制系统的基本组成 • 自动控制系统的分类 • 自动控制系统性能指标
01
CATALOGUE
自动控制系统概述
定义与特点
定义
自动控制系统是一种通过自动调节、 控制和监视设备或过程的系统，以达 到预定的目标或指标。
特点
自动控制系统具有自动化、快速响应 、高精度、高可靠性等特点，能够提 高生产效率、降低能耗和减少人工干 预。
实际输出与期望输出之间 的差值。
误差
动态误差 静态误差
快速性
响应时间
系统从开始响应到达到稳态所需的时间。
上升时间
系统从稳态的0%上升到稳态的90%所需的时间。
峰值时间
系统从开始响应到达到峰值所需的时间。
THANKS
感谢观看
04
CATALOGUE
自动控制系统性能指标
稳定性
1 2
稳定系统
在受到一定扰动后，系统能够回到原来的平衡状 态。
不稳定系统
在受到扰动后，系统无法回到原来的平衡状态。
3
稳定判据
用于判断系统稳定性的准则，如劳斯判据、赫尔 维茨判据等。
准确性
系统在过渡过程中，误差 的大小和性质。
系统处于稳态时，误差的 大小和性质。
02
CATALOGUE
自动控制系统的基本组成
控制器
控制器是自动控制系统的核心部分，负责接收来自传感器的信号，并根据 设定的控制算法产生控制信号，以控制执行器的动作。
控制器的种类繁多，常见的有比例控制器、积分控制器、微分控制器等。
控制器的设计需根据被控对象的特性和控制要求进行选择和调整，以达到 最佳的控制效果。
目 录
• 自动控制系统概述 • 自动控制系统的基本组成 • 自动控制系统的分类 • 自动控制系统性能指标
01
CATALOGUE
自动控制系统概述
定义与特点
定义
自动控制系统是一种通过自动调节、 控制和监视设备或过程的系统，以达 到预定的目标或指标。
特点
自动控制系统具有自动化、快速响应 、高精度、高可靠性等特点，能够提 高生产效率、降低能耗和减少人工干 预。
实际输出与期望输出之间 的差值。
误差
动态误差 静态误差
快速性
响应时间
系统从开始响应到达到稳态所需的时间。
上升时间
系统从稳态的0%上升到稳态的90%所需的时间。
峰值时间
系统从开始响应到达到峰值所需的时间。
THANKS
感谢观看
04
CATALOGUE
自动控制系统性能指标
稳定性
1 2
稳定系统
在受到一定扰动后，系统能够回到原来的平衡状 态。
不稳定系统
在受到扰动后，系统无法回到原来的平衡状态。
3
稳定判据
用于判断系统稳定性的准则，如劳斯判据、赫尔 维茨判据等。
准确性
系统在过渡过程中，误差 的大小和性质。
系统处于稳态时，误差的 大小和性质。
02
CATALOGUE
自动控制系统的基本组成
控制器
控制器是自动控制系统的核心部分，负责接收来自传感器的信号，并根据 设定的控制算法产生控制信号，以控制执行器的动作。
控制器的种类繁多，常见的有比例控制器、积分控制器、微分控制器等。
控制器的设计需根据被控对象的特性和控制要求进行选择和调整，以达到 最佳的控制效果。
自动控制原理课件：自动控制系统概述
本章思考题：
• 自动控制的实质是什么？ • 闭环控制的结构使得其具有哪些优缺点？ • 对自动控制系统的基本要求有哪些？
随动系统与自动调整系统 线性系统与非线性系统 连续系统和离散系统 单输入单输出系统和多输入多数出系统
1.5 自动控制系统的基本要求 稳定性 稳态性能指标 暂态性能指标
经典控制理论的主要分析方法:时域分析，频域分析
1.6 控制系统数字仿真实践的必要性
进行数字仿真实 验在某种意义上比理 论和试验对问题的认 识可以更为细致，不 仅可以了解问题的结 果而且可以通过设定 仿真条件等方式连续 动态、重复地显示控 制系统发展演化的中 间过程，方便了解直 观试验不易观测到的 整体与局部细节过程。
自动控制系统概述
目 录
CONTENTS
1.1 引言 1.2 开环控制和闭环控制 1.3 闭环自动控制系统的基本组成 1.4 自动控制系统的分类 1.5 自动控制系统的基本要求 1.6 控制系统数字仿真实践的必要性
1.1 引言
自动控制的基本概念
自动控制 自动控制是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和
闭环控制的特点
控制器与被控对象之间既有信号的正向作用，又 有信号的反馈作用。
优点：抗干扰能力强，稳态精度高、动态性能好等。
缺点：设计不合理时，将出现不稳定。在开控制器 2-控制对象 3-检测装置
1.3 闭环自动控制系统的基本组成
1.4 自动控制系统的分类
工艺过程进行合理的调节，使期望的物理量保持恒定，或者按照一定 的规律变化。
自动控制系统 自动控制系统是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有
机组合体。
1.2 开环控制和闭环控制
图1-1 电炉加热系统 1-控制器（调压器） 2-被控对象（电炉箱）
教学课件：第一章自动控制系统基本概念详解
教学课件：第一章自动控 制系统基本概念详解
• 自动控制系统概述 • 自动控制系统的基本组成 • 自动控制系统的分类 • 自动控制系统的性能要求 • 自动控制系统应用实例
01
自动控制系统概述
定义与特点
定义
自动控制系统是指在没有人直接 参与的情况下，利用控制装置使 被控对象或过程自动地按预定规 律运行的系统。
连续控制系统是指系统的参数连续变化的系统。
离散控制系统
离散控制系统是指系统的参数离散变化的系统。
04
自动控制系统的性能要求
稳定性
稳定性的定义
一个系统如果受到扰动后能够回 到原来的平衡状态，那么这个系
统就是稳定的。
稳定性的分类
根据系统在受到扰动后恢复平衡 状态的快慢，可以将稳定性分为
超调和欠调两种。
交通信号控制系统
总结词
优化交通流、提高安全性
详细描述
交通信号控制系统是城市交通管理的重要组成部分，用于优 化交通流和提高道路安全性。通过实时监测交通流量和路况 信息，系统能够自动调整信号灯的时长和配时方案，减少交 通拥堵和事故风险。
THANKS
感谢观看
闭环控制系统
闭环控制系统是指系统的 输出不仅受输入信号的影 响，还受反馈信号影响的 系统。
半开环控制系统
半开环控制系统是指系统 的输出只受部分反馈信号 影响的系统。
按输入信号变化规律分类
恒值控制系统
随动控制系统
恒值控制系统是指系统的输入信号为 一恒定值的系统。
随动控制系统是指系统的输入信号随 机变化的系统。
程序控制系统
程序控制系统是指系统的输入信号按 照一定规律变化的系统。
按系统参数分类
线性控制系统
• 自动控制系统概述 • 自动控制系统的基本组成 • 自动控制系统的分类 • 自动控制系统的性能要求 • 自动控制系统应用实例
01
自动控制系统概述
定义与特点
定义
自动控制系统是指在没有人直接 参与的情况下，利用控制装置使 被控对象或过程自动地按预定规 律运行的系统。
连续控制系统是指系统的参数连续变化的系统。
离散控制系统
离散控制系统是指系统的参数离散变化的系统。
04
自动控制系统的性能要求
稳定性
稳定性的定义
一个系统如果受到扰动后能够回 到原来的平衡状态，那么这个系
统就是稳定的。
稳定性的分类
根据系统在受到扰动后恢复平衡 状态的快慢，可以将稳定性分为
超调和欠调两种。
交通信号控制系统
总结词
优化交通流、提高安全性
详细描述
交通信号控制系统是城市交通管理的重要组成部分，用于优 化交通流和提高道路安全性。通过实时监测交通流量和路况 信息，系统能够自动调整信号灯的时长和配时方案，减少交 通拥堵和事故风险。
THANKS
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闭环控制系统
闭环控制系统是指系统的 输出不仅受输入信号的影 响，还受反馈信号影响的 系统。
半开环控制系统
半开环控制系统是指系统 的输出只受部分反馈信号 影响的系统。
按输入信号变化规律分类
恒值控制系统
随动控制系统
恒值控制系统是指系统的输入信号为 一恒定值的系统。
随动控制系统是指系统的输入信号随 机变化的系统。
程序控制系统
程序控制系统是指系统的输入信号按 照一定规律变化的系统。
按系统参数分类
线性控制系统
自控原理课件 第1章-自动控制系统概
2
第1章 自动控制系统概述
第1章 自动控制系统概述
1.1自动控制系统基础知识
3
第1章 自动控制系统概述
4
第1章 自动控制系统概述
开环控制系统是一种最简单的控制系统。下面举例 说明其结构特点和工作原理。 图1.1所示是一个电阻炉温度控制系统，希望电阻炉 的温度T c保持在允许范围内。在该系统中，可以通过调 整自耦变压器滑动端的位置来改变电阻炉的温度，并使 其保持在允许范围内。因而被控对象就是电阻炉，被控 量就是电阻炉的温度。自耦变压器滑动端的位置对应了 一个电压值uc，也就对应了一个电阻炉的温度Tc，改变 M c也就改变了T”在这个控制系统中，没有对电阻炉的实 际温度进行测量，就是说，实际温度Tc是多少不得而知 。当系统中出现外部扰动(如炉门开关频繁变化)或内部 扰动(如电源电压波动)时，了c将偏离“c所对应的数值， 5 结果温度可能比希望值偏高或偏低。
25
第1章 自动控制系统概述
而放大器的输入电压为给定电压与反馈电压比 较后的偏差电压ΔU=Ug-Ufn, 其中Ug是由给定电 位器给定的，Ufn是由测速发电机TG输出电压 经电位器分压获得的。 Ufn的大小取决于转速 的高低。因此,测速发电机和电位器构成检测元 件和反馈单元；由于Ug和Ufn极性相反，所以构 成负反馈。
第1章 自动控制系统概述
6．检测元件 该装置用来检测被控制量，并将其转换成与 给定量相同的物理量。检测元件的精度和特性逐 渐影响控制系统的控制品质，它是构成自动控制 系统的关键部件。在此系统中是热电耦。
20
第1章 自动控制系统概述
由图1.6可见．系统中作用量的被控制量如
下： 给定量：又称为控制量或参考输入量。它通 常由给定信号电压构成，或通过检测元件将非电 量转换成电压信号。如图1.6中的给定电压UsT。 输出量：又称为被控制量。它是控制对象的 输出，是自动控制的目标。如图1.6中的炉温T 。 反馈量：是通过检测元件将输出量转换成与 给定量性质相同且数量级相同的信号。图1.6中 的反馈量是由热电偶将炉温转换来的信号电压 UfT。
自动控制系统概述(ppt64页).pptx
DCS（集散控制系统）
先进控制和优化控制：CIPS、FCS，20世纪80年代 以后
• 自动化仪表的发展 模拟仪表 数字仪表 智能仪表
➢当前自动控制系统发展的一些主要特点 •生产装置实施先进控制成为发展主流 •过程优化受到普遍关注 •传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 •综合自动化系统（CIPS）是发展方向
➢控制理论的发展 经典控制理论:20世纪40年代～20世纪50年代 Nyquist(1932)频域分析技术 Bode(1945)图 根轨迹分析方法(1948)
特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究 问题。
适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。
以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计 PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一
1.2.2闭环控制与开环控制
闭环控制：
蒸汽
在反馈控制系统中， 被控变量的值被送回 输入端，与设定值进 行比较，根据偏差进 汽包 行控制，控制被控变 量，这样，整个系统 省煤器 构成了一个闭环。
LT
LC
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
➢闭环控制的特点（优
蒸汽
点）：
按偏差进行控制，使偏差 减小或消除，达到被控变 量与设定值一致的目的。 汽包
适用范围： 高维线性系统
智能控制理论:不需要建立被控对象的数学模型
➢控制系统结构及仪表的发展 •控制系统结构的发展
基地式：20世纪50年代，适用于单回路（就地式液 位控制器及自力式温度控制器）
单元组合式（按功能划分，然后组合）： 有DDZ, QDZ，20世纪60年代，仪表之间用标准统一信号联 系计算机：DDC,20世纪70年代
(3)根据命令操作给水阀， 使液位回到设定值。
先进控制和优化控制：CIPS、FCS，20世纪80年代 以后
• 自动化仪表的发展 模拟仪表 数字仪表 智能仪表
➢当前自动控制系统发展的一些主要特点 •生产装置实施先进控制成为发展主流 •过程优化受到普遍关注 •传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 •综合自动化系统（CIPS）是发展方向
➢控制理论的发展 经典控制理论:20世纪40年代～20世纪50年代 Nyquist(1932)频域分析技术 Bode(1945)图 根轨迹分析方法(1948)
特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究 问题。
适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。
以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计 PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一
1.2.2闭环控制与开环控制
闭环控制：
蒸汽
在反馈控制系统中， 被控变量的值被送回 输入端，与设定值进 行比较，根据偏差进 汽包 行控制，控制被控变 量，这样，整个系统 省煤器 构成了一个闭环。
LT
LC
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
➢闭环控制的特点（优
蒸汽
点）：
按偏差进行控制，使偏差 减小或消除，达到被控变 量与设定值一致的目的。 汽包
适用范围： 高维线性系统
智能控制理论:不需要建立被控对象的数学模型
➢控制系统结构及仪表的发展 •控制系统结构的发展
基地式：20世纪50年代，适用于单回路（就地式液 位控制器及自力式温度控制器）
单元组合式（按功能划分，然后组合）： 有DDZ, QDZ，20世纪60年代，仪表之间用标准统一信号联 系计算机：DDC,20世纪70年代
(3)根据命令操作给水阀， 使液位回到设定值。
自动控制基础知识.详解ppt课件
双位控制在给排水工程中采用普遍，如:水池、水箱的液 位控制，实验室恒温箱的温度控制等。
双位控制的特点：控制器只有最大和最小两个输出值，执 行器只有“开”和“关”两个极限位置。被控对象中物料 量或能量总是处于不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡， 得不到比较平衡的控制过程。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
（2）主要特点： 从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的
信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。 从控制作用的产生看，由偏差产生的控制作用使系统沿减
少或消除偏差的方向运动。——偏差控制
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、比例控制
定义：使被控量的偏差量与调节阀的开关量对应起来，如 图1.15所示的系统，当液面高于给定值Lo后，阀门不是全 关，而是关小，液面越高，阀关得越小；反之．液面低于 给定值Lo，阀也不是全开，而是开大，液面越低，阀开得 越大。例如，液面低于给定值Lo的10％时，则调节信号也 能使阀门开大10％。这样当对象负荷变化时，调节作用就 会与之相适应。这种控制器的输出与被控量的偏差值成比 例的调节方式称为比例控制，又称P控制。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
被控量——输出量 给定量——输入量
给定输入：决定系统输出量的变化 规律或要求值
扰动输入：系统不希望的外作用
双位控制的特点：控制器只有最大和最小两个输出值，执 行器只有“开”和“关”两个极限位置。被控对象中物料 量或能量总是处于不平衡状态，被控变量总是剧烈振荡， 得不到比较平衡的控制过程。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
（2）主要特点： 从信号传送来看，输出量经测量后回送到输入端，回送的
信号使信号回路闭合，构成闭环，即为负反馈。 从控制作用的产生看，由偏差产生的控制作用使系统沿减
少或消除偏差的方向运动。——偏差控制
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
二、比例控制
定义：使被控量的偏差量与调节阀的开关量对应起来，如 图1.15所示的系统，当液面高于给定值Lo后，阀门不是全 关，而是关小，液面越高，阀关得越小；反之．液面低于 给定值Lo，阀也不是全开，而是开大，液面越低，阀开得 越大。例如，液面低于给定值Lo的10％时，则调节信号也 能使阀门开大10％。这样当对象负荷变化时，调节作用就 会与之相适应。这种控制器的输出与被控量的偏差值成比 例的调节方式称为比例控制，又称P控制。
认识到了 贫困户 贫困的 根本原 因，才 能开始 对症下 药，然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视， 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
被控量——输出量 给定量——输入量
给定输入：决定系统输出量的变化 规律或要求值
扰动输入：系统不希望的外作用
自动控制原理概述 ppt课件
h(t)
阀门
水箱
浮球
8
第一节 自动控制与自动控制系统
二、自动控制系统的基本构成 及控制方式
不同的被控对象和不同的控制装 置构成了不同的控制系统，所以自动 控制系统的种类是很多的。自动控制 系统一般有两种基本控制方式.
1．开环控制
开环控制 控制装置与受控对象之间只
有顺向作用而无反向联系.
2020/12/27
例 液位自动控制系统
工系作统原组理成：： 水箱调节杆杠杠杆 长 杠浮杆度球机L 构，阀调通门节过 阀进门水的开出度水， 从杆而杠调长节度进水
L h
量被以7
7
第一节 自动控制与自动控制系统
系统
结构 框图
L h
hr(s) 杠 杆
机构
2020/12/27
被控量
控制分通析过和对设各计类自机控动器制器控、制各系种受统物控对的理象性参能量。、工
自业动示生图控下意产制面过系通程统过等的一的基些控本实制概例直念来接检说造测明福元自件于动社控会制。和
2020/12/27
3
第一节 自动控制与自动控制系统
例 水温人工控制系统 系工统 作的过构程成：： 受控手蒸对动汽象调通:水箱 节被过阀热控门传制的导量开器:水温 度件，把从热阀而量门调传 节递热蒸给传汽水导的,水器流的件 量温,度显来与示控蒸仪制汽表水 的的蒸温流汽度量.成排正水 比冷. 水但人工热难水以实现稳定的高质量控制.
怎样根据工作任务的不同,分析和设计 自动控制系统，使其对三方面的性能有所 侧重 ，并兼顾其它正是自控原理课程要 解决的问题。
2020/12/27
29
第一章 概 述
第四节 自动控制理论发展简述
自动控制理论是研究自动控制共同规 律的技术科学。
第一章自动控制系统概述ppt课件
当自动控制系统的输入发生变化后，被控变量 （即输出）随时间不断变化，它随时间而变化的过 程称为系统的过渡过程。也就是系统从一个平衡状 态过渡到另一个平衡状态的过程。
所有正常工作的反馈系统都是稳定系统,对于一 个稳定的系统,要分析其稳定性、准确性和快速性， 常以阶跃作用为输入时的被控变量的过渡过程为例， 因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到，且这类 输入变化对系统来讲是比较严重的情况。
自动化仪表的发展经历了如下过程： 模拟仪表 数字仪表 智能仪表。
➢当前自动控制系统发展的一些主要特点
•生产装置实施先进控制成为发展主流 •过程优化受到普遍关注 •传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 •综合自动化系统（CIPS）是发展方向
1.2 自动控制系统
1.2.1自动控制系统 自动控制的必要性
操纵变量：水的流量 扰动：水压力、蒸汽流量
操纵变量：受控 制器操纵的用以 克服干扰的影响， 使被控变量保持 设定值的物料量 或能量
扰动：除操纵变 量外，作用于被 控过程并引起被 控变量变化的因 素
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
设定值：工艺参 数所要求保持的 数值
偏差：被控变量 实际值与设定值 之差
1.2.3自动控制系统的组成及方框图
在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制系 统各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般都 采用方框图。每个方框表示组成系统的一个环节，两 个方框之间用带箭头的线段表示信号联系；进入方框 的信号为环节输入，离开方框的为环节输出。
控制器
扰动
比较
f(t)
广义对象
机构
（1）最大动态偏差（emax）或超调量（ ）
所有正常工作的反馈系统都是稳定系统,对于一 个稳定的系统,要分析其稳定性、准确性和快速性， 常以阶跃作用为输入时的被控变量的过渡过程为例， 因为阶跃作用很典型，实际上也经常遇到，且这类 输入变化对系统来讲是比较严重的情况。
自动化仪表的发展经历了如下过程： 模拟仪表 数字仪表 智能仪表。
➢当前自动控制系统发展的一些主要特点
•生产装置实施先进控制成为发展主流 •过程优化受到普遍关注 •传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 •综合自动化系统（CIPS）是发展方向
1.2 自动控制系统
1.2.1自动控制系统 自动控制的必要性
操纵变量：水的流量 扰动：水压力、蒸汽流量
操纵变量：受控 制器操纵的用以 克服干扰的影响， 使被控变量保持 设定值的物料量 或能量
扰动：除操纵变 量外，作用于被 控过程并引起被 控变量变化的因 素
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
设定值：工艺参 数所要求保持的 数值
偏差：被控变量 实际值与设定值 之差
1.2.3自动控制系统的组成及方框图
在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制系 统各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般都 采用方框图。每个方框表示组成系统的一个环节，两 个方框之间用带箭头的线段表示信号联系；进入方框 的信号为环节输入，离开方框的为环节输出。
控制器
扰动
比较
f(t)
广义对象
机构
（1）最大动态偏差（emax）或超调量（ ）
自动控制原理与系统__课件第一章自动控制系统的基本概念
（一）课程定位本课程是电气自动化类专业一门必修的专业主干课程。
本课程以自动控制原理为理论基础，以自动控制系统作为分析对象，在建立系统数学模型的基础上，对控制系统的性能进行分析与改进，对调速系统的组成、工作原理作了分析。
本课程的先修课为《高等数学》、《电路与磁路》、《电子电路分析与实践》、《电机与电气控制》和《电力电子变流技术》等，同时也为学习《变频器原理与应用》等后续课程奠定基础。
（二）学习目标通过本课程的学习和训练，使学生掌握分析企业典型自动控制系统功能所必须的专业理论知识，具有安装、调试和维护现代自动控制系统设备等专业能力，具有良好的职业道德素养和严谨的工作作风以及学习能力，能够适应工业自动化技术工作岗位的要求。
第一章自动控制系统概述2013-8-51.1引言自动控制是在没有人的直接干预下，利用各种控制装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使之达到人们所希望的状态和性能。
自动控制学科由自动控制技术和自动控制理论两部分组成。
自动控制技术广泛地应用于机械、冶金、石油、化工、电子、电力、交通运输、航天航空航海、生物工程及管理工程等各个学科领域。
如果生产过程十分简单，需要控制的物理量较少，变化也比较缓慢，此时采用人工操作，生产也可正常进行。
但是在庞大而复杂的生产过程中，需要加以控制的物理量多，变化也快，非人工操作所能胜任，而且某些环节生产环境是高温或有毒，如石油、化工、冶金生产是在密闭的罐、炉中进行的，此时只有通过自动控制技术来完成。
由此可见，自动控制技术的广泛应用，能使生产过程实现自动化，提高劳动生产率和产品质量，改善劳动条件，更为重要的是，一些人们难以或者根本无法实现的操作，可以通过自动控制技术来完成。
自动控制技术已经在国民经济和国防建设中起着越来越重要的作用。
自动控制理论就是在解决各种自动控制技术问题的过程中逐步形成和发展起来的研究自动控制技术的一门基础理论。
实现自动控制所采用的技术手段是多种多样的，可用机械方法实现自动控制，也可以用电气方法、液压方法、气动方法以及它们的组合方法等来实现自动控制。
一章自动控制系统概述ppt课件
被控变量
执行器
过程
q(t)
c(t)
测量值 y(t)
检测元件、变送器
闭环控制系统组成
控制系统的组成
定值元件：用来产生设定值或参考输入。 控制器：或称调节器。通过一定的控制规律给出控制
量，送到执行元件。 执行元件：完成功率转换或信号转换，常称为执行机
构或者执行器。 测量、变送元件：又称传感器，用于检测被控对象的
不断出现，当第一个干扰还未清除时，第二个干扰可能又出
现了，偏差有可能是叠加的，所以要限制最大偏差的允许值。
因此，在决定最大偏差的允许值时，要根据工艺情况慎重选
择。
y
B
B’
A
0
C t
（2）衰减比或衰减率
▪ 衰减比n是衡量过渡过程稳定性的动态指标。反 映了系统的衰减程度。
▪ 衰减比定义：第一个波的振幅与同方向第二个波 的振幅之比。
瓦特蒸汽机 的离心调节 器— 自动控 制领域的第 一项重大成 果（18世纪 中叶）
Polzunov发明的浮球调节器，用于水位控制 （1765年）
Gray设计的第一艘全自动蒸汽轮船“东方号” （1866年）
徐寿设计的中国第一艘蒸汽轮船“黄鹄”号 （1866年）
世界上第一台数控铣床（1952年）
▪ 单调发散 ▪ 等幅振荡
t (a)发 散 振 荡
t (b)单 调 发 散
▪ 衰减振荡
c(t)
c(t)
▪ 单调衰减
t
t
(c)等 幅 振 荡
(d)衰 减 振 荡
c(t) t
(e)单 调 衰 减
1.3.3 自动控制系统的品质指标
▪ 一个过程控制系统性能的好坏，只有在系统 过渡过程中才能反映出来。
第01章 自控系统概述ppt模版课件
前馈+反馈
前馈补偿器
变送器
SP
+e x
y－
调节器 +
+ 执行器
传感器、变送器
f 干 扰
对象
思考：什么时候才能使用 前馈控制？
z
10
浙江大学信息学院控制系
—过程控制基础及应用—
（3）按设定值的特点区分
定值控制系统――设定值是由工艺要求给出的不变常数 通常要求被控变量尽量与设定值保持一致。
随动控制系统――设定值随时间不断发生变化 通常要求被控变量尽可能地与设定值一起变化。
22
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—过程控制基础及应用—
1.5 方块图、拉普拉斯变换和传递函数
f
+ SP r
e 调节器 u
q
执行器
对象
z
－ y
传感器、变送器
已知，设定值发生单位阶跃变化，请 问：该闭环系统的输出是什么？
为简化起见，设有两个串联环节： x
y
f1 (•)
f2 (•) z
已知：
y a2 y a1y a0 y b2x b1x b0x z c2z c1z c0z d2 y d1y d0 y
3
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控制系统的方块图：
+ SP－
4～20mA 调节器
4～20mA
执行器
被控对象
测量变送装置
—过程控制基础及应用—
进
料 口
调
变
节
送
器
器
执 行 器
+
控制器
SP －
D/A A/D
4～20mA 4～20mA
数字信号
执行器
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干扰作用 —— 进料流量的/温改度变的f改变 f
操纵介质 —— 流蒸体汽
—化工仪表及自动化—
控 制 器
5
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—化工仪表及自动化—
第二节 自动控制系统的方块图
进 蒸汽料 口加热器温度控制系统
方块
连线 箭头
给定值
ｘ
偏差
－ｘ ｚ
测量值
控制器
控制器输出
ｐ
进料流量变化 进料温度的变化 加热蒸汽压力变化
（
控
控 制
制仪
变
器
表 ）
送
器
手动
脑想
液位的人工控制
执
行
器
执行
运算
液位的自动控制 2
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—化工仪表及自动化—
进
料
口
调
节
器
变
送
器
进 料 口
变 送 器
控 制 站
执
执
行
行
器
器
3
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—化工仪表及自动化—
控制系统的 4 个基本环节：
f 干扰变量
被给定 控x 值对象－偏e差、检控测制器仪表控(制测器p 输量出 变送执行环器节)操、纵q变控量 制器对、象 执被行控y变器量
正作用环节：输出信号随输入信号的增加而增加的环节。 反作用环节：输出信号随输入信号的增加而减小的环节。 例如：对于控制器来说，测量值增大，输出增大，称为正作用控制器
能否构成负反馈系统和系统中各环节的特性有关
进
料
“正”
“正”
“反”
口
控 制 器 变
+
液位
控制器
SP
－ “反”
执行器
“反”
液体储槽
送
液位变送器
工业控制系统一般情况下都应为负反馈。ｆ 干扰作用
给定值 偏差
控制器输出
操纵变量
被控变量
Ｘ+
e
控制器
ｐ
－
控制阀
ｑ 被控对象
ｙ
ｚ 测量值
测量元件
变送器
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② 闭环与开环
—化工仪表及自动化—
闭环——系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较 的系统称为闭环系统，此时系统根据偏差控制， 直至消除偏差。
对象
x
y
－
z
传感器、变送器
干扰f（t）被控变量调节器 操纵变量补偿干扰
前馈
传感器、变送器
p
q
前馈补偿器
执行器
f
干 扰
对象
干扰f（t）变送器补偿器 y 操纵变量补偿干扰
前馈+反馈
前馈补偿器
变送器
f
干
SP
+
扰
+ e 调节器
y
执行器
对象
x
+
z－
传感器、变送器
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—化工仪表及自动化—
器
“正”
由于对象和执行器的特性是由实际的工艺
执
现场条件决定的，所以应当通过控制器的
行
正、反作用特性来满足系统负反馈的要求.
器
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—化工仪表及自动化—
第三节 自动控制系统的分类
（一）按设定值的特点区分: （按照需要控制的给定值是否/如何变化来分类）：
1、定值控制系统：设定值是由工艺要求给出的不变常数; 通常要求被控变量尽量与设定值一致。
+
SP
－
控制器
执行器
被控对象
测量变送装置
开环——系统的输出没有被反馈回输入端，执行器仅只根 据输入信号进行控制的系统称为开环系统。
系统的输出与偏差无关。
要实现自动控制，系统必须闭环—前提
闭环控制系统稳定运行的必要条件是负反馈。
9
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—化工仪表及自动化—
③正作用与反作用(如何保证系统是负反馈的）
（4）干 扰 除操纵变量,作用于对象并引起被控变量变化的其他因素.
（5）给 定 值 工艺规定被控变量所要保持的数值。
（6）偏 差 设定值与测量值之差。
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进f
蒸汽料 口加热器温度控制系统
变 送 器
y
被控对象 —— 贮加槽热器 被控变量 —— 液出位料口y 温度T
执 行 器
q
操纵变量 —— 控加制热阀蒸出汽料流流量量q q
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反馈与闭环
—化工仪表及自动化—
系统运行的基本要求:
自动控制系统的（最）基本要求是系统运行必须是稳定的.
反馈:是控制系统的输出（即被控变量）通过测量变送返回
到控制系统的输入端，并与设定值比较的过程。
负反馈:反馈的结果使系统的输出减小的反馈类型。e=x- z
正反馈:反馈的结果使系统的输出增加的反馈类型。e=x+z
蒸汽流量的变化 ｆ
干扰作用 出料口温度
控制阀
操纵变量
ｑ 被控对象
加热器
被控变量
ｙ
测量元件 变送器
二者存在一一对应关系6 ！
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自动控制系统方块图：
+ 控制器
SP －
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执行器
被控对象
测量变送装置
补偿因素
+ 控制器
SP －
固定因素
广义对象
执行器、被控对象及测量变送环节统称为广义对象 7
z
测量值
几个常用术语 ：
测量元件 变送器
f 干扰变量
给定值
偏差
（1）被控x对象－ e
需要控制实器现控控制制器p的输出设备执、行机器 械操或纵q生变量产过对程象称为被被控y变控量 对象。
（2）被控变量z 对象内要求保持一定数值（或按规律变化）的物理量。
（3）操纵变量 测量受值 执行器控制，用以测使量元被件控变量保持一定数值、起控制 （控制变量） 作用的变量称为操纵变变送器量（控制变量）。
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第一章 自动控制系统概述
第一节 自动控制系统的组成 第二节 自控系统的方块图 第三节 自控系统的分类 第四节 过渡过程和品质指标 第五节 工艺管道及控制流程图
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第一节 自动控制系统的组成
眼看
进
料 口
检测
—化工仪表及自动化—
第四节 控制系统的过渡过程和品质指标
一、控制系统的静态（稳态）与动态
控制系统的作用：尽可能使被控变量与设定值保持一致（或随设定值变化），当被控变量受 干扰而偏离设定值时，控制作用必须驱使它（被控变量）回到设定值。
静态：被控变量不随时间变化的平衡状态（不是静止）。
如果控制系统是稳定的，假设设定值和干扰都保持不变， 经过足够长的时间，控制系统中各参数必然会到达一个“相 对”平衡状态，这种状态就是所谓的“静态”或“稳态”。
2、随动控制系统：设定值随时间不断发生变化; （自动跟踪系统） 通常要求被控变量与设定值）即生产技术指标按一定时间程序变化。
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（二）按补偿干扰的方法分:
—化工仪表及自动化—
SP
f
反馈
+
e 调节器 u
q
执行器
（三）按控制系统的复杂程度区分: 简单控制系统 复杂控制系统
（四）按控制变量的名称区分: 温度控制系统 压力控制系统 ……
（五）按调节规律区分: P、PI、PD、PID、预估控制 ……
（六）按被控变量对操作变量的影响分: 闭环控制系统——如：反馈控制 开环控制系统——如：前馈控制
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