自动化概论第3章
自动化概论PPT课件(38页)精选全文
自动控制理论的经典著作
控制系统的一种自然模型
控制器(计算机) 大脑 控制理论 思想、智能 传感器 感觉器官 执行器 肌肉 能量 食物
更好的执行器 提供更好的体能
更好的传感器 提供更好的视觉
更好的控制 使传感器和执行器的组合以更智能的方式提供更灵巧 的作用
自然模型
自动化技术的发展
检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线
机械化（应用机器系统） 电气化（加入电机、网络） 自动化（加入自动控制器） 数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络） 先进自动化（系统、管理） 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
工业化 信息化 知识化
社 会 总 发 展
嫦娥一号 中国自主研制、发射的第一个月球探测器
北京现代汽车车身车间焊接机器人
清华大学提出的电力系统的混成控制
离散逻辑控制指令～连续动态
底层（动态电力系统） 电厂、变电站&FACTS设备
电力 系统 混成 控制
中间处理与操作层 Processing & Operating
最高决策与指挥层 Decision–making & Commanding
小结
自动化是一个发展充分、工程概念强、内容丰富、应用领域广泛的技术学科，是人类文明进步和社会现代化的标志。 自动化是信息化的必然，是智能化的基础，是人类体能和智力扩展的关键技术，是从信息社会迈向知识社会的必经之路。 自动化专业培育高素质的控制、管理、决策人才，要求：理论与实践（抽象思维与动手，数学方程与物理概念）、硬件与软件、强电与弱电并重
中间层信息
控制指令 (事件驱动)
Data
底层设备的反馈控制
操作命令
底层信息
自动化讲义第09讲第三章
执行器技术
执行器的基本原理
执行器是一种能够将电信号转换 为机械运动的装置，是实现自动 化控制的关键部分之一。
执行器的分类
执行器可以分为电动式、气动式 和液压式等多种类型，每种类型 都有其特定的应用场景和优缺点。
执行器的选择与应
用
选择合适的执行器需要考虑驱动 信号、输出力或力矩、响应速度 和精度等因素，同时还需要考虑 环境条件和使用寿命。
信号处理技术
信号处理的基本概念
信号处理是一种将信号进行变换、分析和处理的技术，目 的是提取有用的信息或改善信号的质量。
信号处理的常用方法
信号处理的方法包括滤波、放大、调制与解调、频谱分析 等，这些方法可以根据具体的应用需求进行选择和应用。
数字信号处理技术
数字信号处理技术是一种基于计算机技术的信号处理方法， 具有精度高、稳定性好和处理能力强等优点，在自动化控 制领域得到了广泛应用。
农业无人机
利用无人机技术进行农田监测 、喷药、施肥等作业，提高农
业管理和作业效率。
交通自动化
自动驾驶汽车
通过传感器、计算机视觉和控制系统 实现汽车的自动驾驶功能，提高交通 效率和安全性。
交通信号控制
利用计算机和传感器技术实现交通信 号的自动控制，提高交通流畅度和通 行效率。
智能停车系统
通过自动化设备和软件实现停车位的 自动搜寻、预约和管理，提高停车效 率和便利性。
自动化控制
通过计算机、控制器和执行器实现对 工业过程的自动控制，提高生产效率 和安全性。
农业自动化
自动化种植
利用智能农业设备和技术实现 种植过程的自动化，提高种植
效率和产量。
自动化灌溉
通过传感器和控制系统实现灌 溉过程的自动化，节约水资源 和提高灌溉效率。
自动化 概论
所谓自动化(Automation)，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。
广义地讲，自动化还包括模拟或再现人的智能活动。
自动化技术广泛用于工业、农业、国防、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务以及家庭等各方面。
采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展、放大人的功能和创造新的功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。
因此，自动化是一个国家或社会现代化水平的重要标志。
与自动化密切相关的一个术语是自动控制(Automatic Contr01)，两者既有联系，但也有一定的区别。
自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和技术。
一般地说，自动化主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制则除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。
例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归人自动化的研究领域。
不过人们提到自动控制，通常是指工程系统的控制，在这个意义上自动化和自动控制是相近的。
目前，在我国的高等院校中，有的设置的是自动化系，有的设置的是自动控制系，它们都是同样属性的系别。
为了强调信息(1nfor mation)在自动化或自动控制中的重要作用，有的高等院校将该类专业系名取为信息与控制工程系。
在系统总结自动控制中反馈等思想的基础上，i948年M维纳(Wiener)提出r控制论(Cybernetics)，将控制论定义为“研究动物和机器中控制和通信的科学”。
但随着电子计算机技术的高速发展和应用，控制论已经成为研究各类系统中共同的控制规律的科学。
由于自动化或自动控制具有明显的工程特点，一般又将本学科称为控制科学与工程(Control Science and Technology)，以此作为本类专业较有包容性的统称。
控制科学与工程的核心问题是信息，包括信息提取、信息传播、信息处理、信息存储和信息利用等。
自动化学科概论-作业--130508
自动化学科概论作业（选修课）任课教师：刘慧贤2012—13学年一、任务与要求每位同学从以下21个思考题中选4题：●第1章：思考题2，32、简述你选择自动化专业的原因或动机。
3、如何理解“如果把整个科学技术比作茂密的树林、各个学科（专业）比作树林中的一棵棵不同种类的参天大树，则构成自动化学科的知识就是自动化参天大树上的枝和叶”？你准备如何去认识这些“枝和叶”？●第2章：思考题3，5，11，153、请以日常生活中自动化设备为例，说明其工作原理。
5、发挥你的想象，试述自动化还可能应用于什么领域。
11、自动化科学与技术的核心概念有哪些？15、试述本科自动化专业与研究生自动化学科之间的联系。
●第3章：思考题1，4，8，101、什么是自动控制系统？一个典型的自动控制系统怎样组成？4、自动控制系统有哪些基本性能要求？8、你能说出计算机控制系统的大致组成吗？10、从信息技术的角度出发，你如何理解自动控制系统及它的各个组成部分？●第4章：思考题6，96、什么是集成自动化系统？它与传统的自动化系统有什么区别？9、你了解在国民经济、社会发展的各个领域中的自动化科学和技术的应用吗？试举一些例子。
●第5章：思考题2，3，9，122、自动化学科知识体系的核心知识域是哪三个，为什么？3、用你自己的语言，试述控制知识层中各知识域间的关系。
9、用你自己的语言，试述课程与知识、课程体系与知识体系之间的关系。
12、你认为，在通识教育课、专业基础课和专业课中，各有哪几门课程最重要，你准备如何学好这些课程？●第6章：思考题2，4，6，9，112、为什么说自动化专业培养的是宽口径、多面手、综合复合型人才？4、“系统集成者”的含义是什么？6、“控制中心论”和“（计算机）软件中心论者”各自的观点是什么？为什么说这两种观点都不全面？9、当前，自动化科学技术学科面临的主要挑战是什么？如何应对？11、你认为自动化专业应该如何发展（往哪个方向发展）？要求：①选做不少于4题，但一章中最多选1题；②至少有1题需结合上网（浏览自动化相关网站）完成。
第3章-5 电力系统自动化《自动化概论(第2版)》课件
主要内容
电力系统自动化的基本概念 电力系统自动化的重要性 电力系统自动化的主要内容
电力调度自动化， 发电厂自动化， 变电站自动化 电力系统自动化发 展趋势与展望
一、电力系统自动化的基本概念
电力主要来源于火电、水电和核电，其他如太阳 能、风能、海洋能、生物能等产生的电力目前还 只能是一种补充。
正是由于采用了自动监控和远动控制技术，才使 得电力系统的规模能够不断扩大；
电力系统中存在各种干扰，包括系统故障等，系 统故障有时会使电力系统失去稳定，造成灾难性 后果，因此，如何控制才能保证稳定，或出现不 稳定后怎样恢复稳定，已成为电力系统自动化的 重大课题之一；
总而言之，安全供电、保证良好的电能质量、经 济运营等都需要自动化。
发电机组厂房
三峡电站水轮机和发电机正在吊装
3. 变电站自动化
变电站的作用是变换电压、接受和分配电能、控 制电力流向等，主要通过变压器将各级电压的电网 联系起来。
随着微机监控监测技术引入变电站，变电站正在 向综合自动化方向发展，我国已实现了变电站的远 程监控、远动和继电保护微机化，同时大力推广无 人值班变电站。
电力调度中心
2. 发电厂自动化
无论是火电、水电、核电或其他发电方式，都是 通过某种动力机械驱动发电机发电，因此其自动化 系统也具有很多共同点，既要分别控制动力装置、 发电机及其他辅助设备，又要对各个控制系统进行 协调和统一管理。
核电已成为继火电、 水电之后的第三大能源， 对自动化系统的要求更 为严格和苛刻，特别是 可靠性。
无人值班变电站将会使变电站综合自动化程度推 向一个更高的阶段，其功能包括变电站的远动、继 电保护、远方开关操作、自动测量、故障和事故的 自动记录以及运行参数自动打印等功能。
自动化概论PPT课件(38页)
课程基本情况
学时：27 作业：（无） 成绩评定：
平时（考勤）30% 期末考查（开卷笔试）70%
专业的前身
工业企业电气化及自动化专业 （简称工企专业 ）
工业电气自动化专业 工业自动化专业
生产过程自动化 仪表自动化
自动化概论
本课程的主要内容
1.自动化的概念和发展简史 2.自动控制系统的类型和组成 3.基本的控制方法 4.控制和自动化的应用范畴 5.控制和自动化的展望 6.自动化专业概览
教材与参考书
[1] 西安交大万百五主编《自动化（专业）概论》（第二版），武 汉理工大学出版社，2005年。
[2] 电子书《信息爆炸时代的控制》——关于控制、动力学和系统 未来方向的专家小组报告，2003年。
自动化技术的发展
检测、计算、通信、执行和复杂性技术成本/性能曲线
自动化与工业化、信息化、知识化的关系社 会来自机械化（应用机器系统）
电气化（加入电机、网络）
工业化
自动化（加入自动控制器）
总
数字化（应用数字计算机） 网络化（实现计算机网络）
信息化
发 先进自动化（系统、管理）
展 智能化（引入智能） 知识化（处理知识）
先进自动化（综合集成了系统、管理）
实现先进自动化，就完成（工业）信息化 先进自动化是信息化的最重要标志
（国内总体，数字化、网络化已有一定规模）
（基础）自动化（核心是控制） 是工业化完成与否的标志
自动化技术是工业化的核心技术
先进自动化（核心是信息、控制、系统） 是信息化完成与否的标志
先进自动化技术是信息化的核心技术
自动化概论
自动化之我见机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程，其目标是“稳，准，快”。
自动化技术广泛用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、商业、医疗、服务和家庭等方面。
采用自动化技术不仅可以把人从繁重的体力劳动、部分脑力劳动以及恶劣、危险的工作环境中解放出来，而且能扩展人的器官功能，极大地提高劳动生产率，增强人类认识世界和改造世界的能力。
因此，自动化是工业、农业、国防和科学技术现代化的重要条件和显著标志。
今天，自动化已远远突破了上述传统的概念，具有更加宽广和深刻的内涵。
自动化的广义内涵至少包括以下几点：在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动，制造系统中人机及整个系统的协调、管理、控制和优化。
在功能方面，自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一部分。
自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。
在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。
自动化是一门涉及学科较多、应用广泛的综合性科学技术。
作为一个系统工程，它由5个单元组成：①程序单元。
决定做什么和如何做。
②作用单元。
施加能量和定位。
③传感单元。
检测过程的性能和状态。
自动化控制装置④制定单元。
对传感单元送来的信息进行比较，制定和发出指令信号。
⑤控制单元。
进行制定并调节作用单元的机构。
自动化的研究内容主要有自动控制和信息处理两个方面，包括理论、方法、硬件和软件等，从应用观点来看，研究内容有过程自动化、机械制造自动化、管理自动化、实验室自动化和家庭自动化等。
现代控制理论的迅速发展，形成了多个重要分支，如，系统辨识、建模与仿真；自适应控制和自校正控制器；遥测、遥控和遥感；综合自动化；模式识别和人工智能；智能控制等。
发展趋势是系统化、柔性化、集成化和智能化。
自动化技术不断提高光电子、自动化控制系统、传统制造等行业的技术水平和市场竞争力，它与光电子、计算机、信息技术的融合和创新，不断创造和形成新的行业经济增长点，同时不断提供新的行业发展的管理战略哲理。
自动化导论第三章 PPT课件
对正弦信号的响应——非线性系统输出的幅值Ac与ω的关
系可能会发生跳跃谐振和多值响应。
不稳定振荡
跳跃
跳跃
谐振
谐振
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本 章小 结
控制的目的是要求系统状态向期望状态转移，而要实现 这种转移则必须采用适当的控制方式。在自动控制系统 中，有前（顺）馈控制（开环控制） 、反馈控制（闭 环控制）和复合控制三种基本的控制方式。
（如弹道修正——射表）
思考3-2：可实施顺馈控制的条件有哪些？
2020/4/8
8
3.2.2 反馈控制方式
• 复习：什么叫反馈？ • 示例：手动控制液位过程：
希望液位
大脑
决策
手或脚及
操纵量
阀门 VG
U (w)
浴盆
实际液位
实际液位的测量值
测量装置
2020/4/8
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如果能用一些相应的元部件来代替人工控制时各 部分的功能 ，可以组成仿人液位控制系统：
x(t) x0et 1x0 x0et
几个平衡态？ 几个稳定态？
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3.5* 控制系统中的非线性现象
3.5.3 非线性控制系统的典型特征
时间响应与输入信号的大小和初始条件有关。
C(t)
线性系统
非线性系统
R2
R1
0
t
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3.5* 控制系统中的非线性现象
3.5.3 非线性控制系统的典型特征
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3.3.2 不同输入信号下的控制
（3）程序控制
自动化概论
2020/12/17
自动化概论
本课程的主要内容
1.自动化的概念和发展简史 2.自动控制系统的类型和组成 3.基本的控制方法 4.控制和自动化的应用范畴 5.控制和自动化的展望 6.自动化专业概览
自动化概论
教材与参考书
[1] 西安交大万百五主编《自动化（专业）概论》（第二版），武 汉理工大学出版社，2005年。
机械化（大规模使用机器系统）
电气化（加入电机、电网络） 自动化（加入自动控制器）
实现自动化，就完成工业化 目前来说：自动化是工业化的最重要标志 （我国总体来说，已机械化、自动电化概论气化）
信息化特点：不单指工业，包含第一、三产业 仅从工业的角度，信息化发展也可分三阶段： 一定在工业化的基础上
计算机化（大规模使用数字计算机） 网络化（实现计算机网络） 先进自动化（综合集成了系统、管理） 实现先进自动化，就完成（工业）信息化
的控制问题。
自动化概论
自动化技术的两方面：
①动力方面的自动化技术 ——工业化 ——人的手、脚、各种感觉的延长
②信息处理方面的自动化技术——信息化 ——延伸人的信息获取、 处理和决策控制等功能
自动化概论
自动化学科的内容
自动化是一门涉及多个学科、应用广泛的综
合性科学技术，它主要涉及自动控制和信息处理 两个方面，主要研究内容包括理论、方法、硬件 和软件。在我国，自动化学科的正式名称为“控 制科学与工程” 学科，属工科门类下的一级学科， 共包括五个下属二级学科：
先进自动化是信息化的最重要标志 （国内总体，数字化、网络化已有一定规模）
自动化概论
（基础）自动化（核心是控制） 是工业化完成与否的标志
自动化技术是工业化的核心技术
自动化概论
第二次演讲从科学技术对工业的发展影响的角度来讲，世界范围的工业化进程大致可以分为顺序发展的三个阶段：机械化，电气化，自动化。
在今天看来一个国家仅仅完成了机械化是不可能称为工业化国家，因为这样的工业化是没有竞争力的。
而真正衡量一个国家是否实现工业化，不仅仅要看其机械化水平，电气化水平，更重要看其自动化水平。
从一定程度上来讲，自动化是工业化的重要标志。
下面我们就两个具体的方面来说明自动化在工业化中的核心地位。
纺织业对于我们来说，纺织业可能是我们比较熟悉的工业之一，因为它与我们的生活息息相关。
我们都知道，第一次工业革命首先是从纺织业开始的。
这个行业在第一次工业革命时取得了让人瞩目的成就。
比如，1733年凯伊·约翰发明了飞梭，1765年詹姆士·哈格里夫斯方明了珍妮纺纱机。
那么我们不禁要问，这个行业在当今的工业化程度是怎么样的？工业控制自动化技术能用控制理论仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高品质、降低消耗和确保安全的综合性技术。
正是由于自动化技术在纺织业的广泛应用，推动着纺织新工艺、新技术的不断成熟和推广，日益改变着世界纺织工业的生产技术面貌。
据报道，由于纺织业的光电检测、压力传感、位移传感、信号转换、迅速发展，一些发达国家被称为“夕阳工业”的纺织工业，又焕发出新的生机。
在国外，自动化早已渗入这个行业的方方面面。
比如自动化技术应用于并条工序，稳定了棉条支数，自动化技术应用于络筒机，保证了纱团松紧均匀，自动化技术运用于粗纱机，改善粗纱条干水平。
自动化技术应用于环锭纺纱系统，使之向全流程连续化生产发展。
（下面括号是资料，部分主题上面重复，自己选一些好说的来说）（1、自动化技术应用于清梳联设备，保证了轻纱的质量和稳定性清梳联单机和全流程采用的伺服系统控制、计算机处理、变频调速、自调均匀、计算机综合监控技术提高了全流程的稳定性、可靠性，保证了全流程连续、同步、平稳运行，从而保证了成纱质量和稳定性。
自动化概论论文
自动化概论论文引言概述：自动化技术是指利用计算机、电子技术、机械技术等手段，实现对生产、工程、管理等过程的自动控制和操作。
自动化技术的应用已经渗透到各个领域，对提高生产效率、降低成本、改善生活质量等方面都起到了重要作用。
本文将从五个方面详细阐述自动化技术的概论。
一、自动化技术的发展历程1.1 工业革命与自动化技术的兴起1.2 自动化技术在生产领域的应用1.3 自动化技术在农业和交通领域的应用二、自动化技术的基本原理2.1 控制系统的基本组成2.2 传感器和执行器的作用2.3 自动化控制的闭环原理三、自动化技术的应用领域3.1 工业自动化3.2 农业自动化3.3 交通运输自动化四、自动化技术的优势和挑战4.1 提高生产效率和质量4.2 降低生产成本和资源消耗4.3 面临的挑战和发展方向五、自动化技术的未来展望5.1 智能制造与工业互联网的融合5.2 人工智能与自动化技术的结合5.3 自动化技术在生活中的应用前景正文内容：一、自动化技术的发展历程1.1 工业革命与自动化技术的兴起自动化技术的起源可以追溯到18世纪的工业革命时期，当时机械化生产的兴起催生了自动化技术的发展。
通过使用机械设备和自动控制系统，生产过程中的人力劳动得到了极大的减轻，生产效率大大提高。
1.2 自动化技术在生产领域的应用自动化技术在制造业中得到了广泛的应用。
通过自动化控制系统，可以实现生产线上的自动运行和自动调节，大大提高了生产效率和产品质量。
自动化技术还可以应用于危险环境下的生产，如化工行业和核能行业。
1.3 自动化技术在农业和交通领域的应用除了工业领域，自动化技术也在农业和交通领域得到了广泛的应用。
在农业领域，自动化技术可以实现农田的自动灌溉、自动播种和自动收割，提高了农业生产的效率和产量。
在交通领域，自动驾驶技术的发展使得无人驾驶汽车成为可能，大大提高了交通的安全性和效率。
二、自动化技术的基本原理2.1 控制系统的基本组成自动化控制系统由传感器、执行器、控制器和人机界面等组成。
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⑹给定环节
给定环节是根据工艺要求给出被控量的期望值 来产生 控制输入信号的装置
⑺比较部件
比较部件用于对控制输入信号进行比较，得出偏差信号。
简单的水箱液位控制
水箱液位自动控制系统
3.1 自动控制系统的组成
2.控制系统中常用的名词术语
系统输入量 xi 也称给定值(Set Value)，它是指对系 统输出量的预定要求（期望值）。其数值大小与生产 工艺有关。 控制输入信号r 也称给定信号，它是给定环节的输 出信号，并直接作用于比较部件上的输入信号。其与 反馈信号具有同一种能量形式的信号。 系统输出量 xo 也称被控量(Controlled Variable)， 它是由控制系统加以控制的被控对象的运动参数或状
3.2.2 按控制方式分类
零阶保持器的信号保持过程
3.3.2 计算机控制
A/D和D/A构成了计算机与自动控制系统其它部分联 系的桥梁，一个采用计算机控制的典型自动控制系统可 以表示成下图。
3.2.2 按控制方式分类
数字计算机的工作需要硬件和软件两大支撑条件， 一个计算机控制系统也必须包括硬件和软件两部分。 1. 硬件组成
态的物理量。
3.1 自动控制系统的组成
反馈信号 xb 利用测量变送元件把系统输出量检测出来并 经变换处理后的信号，送回到系统输入端的比较元件中 去，则称该信号为反馈信号(Feedback Signal)。若反馈 信号与控制输入信号相减，则称为负反馈，反之，若相 加，则称为正反馈。
误差信号（误差）e 误差信号(Error Signal)是控制输 入信号与反馈信号之差 e r xb
3.2.2 按控制方式分类
二、软件组成 软件是计算机控制系统的神经中枢，负责指 挥计算机控制系统的活动。软件主要有系统软件 和应用软件两部分。
系统软件 指为用户使用、管理、维护计算机所提 供的计算机程序，一般包括操作系统、算法语言、 数据库、诊断程序等。 应用软件 指为完成具体对象自动控制任务而编制 的专用软件，通常包括数据采集及处理程序、控 制程序、过程监视程序、打印制表程序等。
3.1 自动控制系统的组成
2. 随动控制系统 ：随动控制系统又称为伺服控
制系统(Servo-contrlled System)或跟踪控制系
统(Follow-up control System)，这类控制系统 的给定值不是一个常量，而是一个事先难于确定 的随时间任意变化的量。要求系统的被控量能以 一定的精度迅速平稳地跟踪给定值的变化。 国防上的火炮跟踪系统、雷达导引系统和天文望 远镜的跟踪系统等都属于随动系统。
基本特征：
控制系统中各个组成部件之间存在着控制和信息联系， 控制的目的是使被控对象的输出能自动地按预定的规律
运行，达到预期目标。
3.1 自动控制系统的组成
给定 信号 输入量
ni
扰 动 量 输出量
xi
给定 环节
+
e
r
－
串联 校正
+
-
放大 元件
执行 机构
被控 对象
xo
并联 校正
xb
测量 元件
自动控制系统基本组成方框图
变送器
3.1 自动控制系统的组成
电压传感器
电流互感器
3.1 自动控制系统的组成
⑷校正装置（Correcting Device） 也称为控制器(Controller)或补偿装置。 它根据误差信号并按照某种控制规律产生控制信 号，通过执行机构对被控对象施加影响，使被控
对象按照预定要求进行工作。目前控制器大多采
⑵执行机构
执行机构(Actuator)根据控制信号的大小和方向对被控 对象进行直接操作，使其被控量按要求发生变化。 常用执行机构 气动调节阀
电动调节阀
电动机及液压马达
变频器
3.1 自动控制系统的组成
3.1 自动控制系统的组成
交流电动机与变频器
3.1 自动控制系统的组成
⑶测量元件 测量元件(Measurement Element)用来测量被控 量（系统输出量）的实际值，并经过信号处理 转换为与被控量有一定函数关系，且与控制输 入信号具有同一种能量形式的信号。测量元件 是一种典型的反馈部件。
3.1 自动控制系统的组成
温度传感器
压力传感器
3.1 自动控制系统的组成
System)。反馈控制方式是自动控制系统最基本的控制
方式，也是应用最广泛的一种控制方式。
3.2.2 按控制方式分类
3. 复合控制系统：在反馈控制方式的基础上增加了对 主要扰动的前馈控制方式称为复合控制方式。按复合 控制方式组成的系统称为复合控制系统(Compound Control System)。对于可测量的主要扰动，可以采用
用计算机。
3.1 自动控制系统的组成
可编程控制器（PLC）
3.1 自动控制系统的组成
单片机系统
3.1 自动控制系统的组成
数字化仪表
3.1 自动控制系统的组成
工业控制计算机（IPC）
3.1 自动控制系统的组成
⑸放大元件
将控制器输出信号放大并进行能量形式变换，使其在 形式、幅值及功率上能满足执行机构要求。
适当的补偿装置（前馈控制器）实现对其进行控制，
同时，再组成反馈控制系统实现按偏差控制，以消除 其余扰动产生的偏差。
3.2.3按控制系统元件的特性分类
⒈线性控制系统 ：当控制系统的各个元件的输入/输出 特性是线性特性，控制系统的动态过程可以用线性微分
方程（或线性差分方程）来描述。则称这种控制系统为
线性控制系统。 ⒉非线性控制系统 ：当控制系统中的一个或一个以上的 非线性元件时，控制系统的动态过程就用非线性方程来 描述，由非线性方程描述的控制系统称为非线性控制系
3.1 自动控制系统的组成
1.自动控制装置
过程控制系统 实验装置
3.1 自动控制系统的组成
⑴被控对象
被控对象(Plants)是控制系统所控制和操纵的对象，一 般指所需控制的设备或生产过程。 常见的控制对象有：
锅炉
加热炉 反应釜 压缩机 旋转窑等生产设备
3.1 自动控制系统的组成
特征、控制方式、控制元件的特性分类。
3.2.1 按控制系统输入信号变化规律分类
1. 恒值控制系统 ：恒值控制系统的给定值为常量，控 制系统的任务是尽量排除各种扰动的影响，以一定精度 维持系统被控量在期望的数值上。
炉温自动控制系统
由给定环节给出的电压Ur代表所要求保持的炉温，它与表示实际炉 温的测温热电偶的电压Uf 相比较，形成误差电压△U=Ur-Uf 。△U经过 放大器放大后带动电动机M向一定方向转动，并使调压器提高或降低加 热电压，以使Uf达到Ur并使 △U=0 。这时，电动机不再转动，自动调节 系统达到新的平衡点。这里，电动机有一个正确的旋转方向问题。当 炉温自动调节系统Ur>Uf ，即△U>0，此时表示炉温低于所要求保持的 恒值，则电动机的旋转方向应该使调压器的滑动触点向上以增加加热电 压。这里可以看到，系统的作用是闭合的，即形成闭环系统，也即说明 有反馈回路。而反馈的性质使炉温回复到给定的恒值；而不是炉温Uf大 于Ur时，反馈使得炉温更大，或者Uf小于Ur时反馈使炉温更小。后述系 统不能正常保持被调量为恒值。这说明自动调节（控制）系统，一定要 有“负反馈”。在恒值自动调节系统中，由给定环节给出的给定作用为 恒值。它应赋予“+”号。反馈量应赋予“-”号。这样才能保证实现 “负反馈”。即误差电压△U的形成是：△U=Ur-Uf 。
自动化教研室
3.2.2 按控制方式分类
1. 开环控制系统 ：开环控制(Open-loop Control)是 一种最简单的控制方式，它是指控制装置与被控对象之 间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，按这种方 式组成的控制系统称为开环控制系统(Open-loop Control System)。 2. 闭环控制系统 ：闭环控制系统(Closed-loop Control System)又称反馈控制系统(Feedback Control
变 换 放大器
电动机
工作 机床
切削 刀具
位移
反馈测 量元件
当自动控制系统的给定信号 (相当于上节中的Ur ) 是已知的时间函数时，称这类系统为程序控制系统 （Program Control System）。图3.2表示一个仿模铣床 的原理示意图。这是一个闭环控制系统。但是制做一个 精确的立体木模是一个精细、费工的工作。所以后来又 将木模以纸带（或磁带）上的脉冲系列来代替，这时的 闭环控制系统如图3.3所示。加工时，由光电阅读机把 记录在穿孔纸带（或磁带）上的程序指令，变成电脉冲 （即指令脉冲），送入运算控制器。运算控制器完成对 控制脉冲的寄存、交换和计算，并输出控制脉冲给执行 机构。执行机构根据运算控制器送来的电脉冲信号，操 作机床的运动，完成切削成型的要求。
扰动量 ni 扰动(Disturbances)是指那些对系统输出量不 利的信号，它使被控量向偏离给定值方向变化。如果扰 动产生在系统的内部，称为内部扰动；反之，当扰动产 生在系统的外部时，则称之为外部扰动。
3.2 自动控制系统分类
自动控制系统由于其结构性能和完成的控制任务
不同，分类方法较多，可按控制系统的输入信号
统。
3.3 计算机控制系统
计算机控制是自动控制发展中的高级阶段，是自动控制 的重要分支。计算机控制系统利用计算机的硬件和软件 代替自动控制系统的控制器，它以自动控制理论、计算 机技术和检测技术等为基础。计算机控制广泛应用于工
业、国防和民用的各个领域。
3.3.1 从模拟量到数字量
绝大多控制系统的被控量是连续时间信号 计算机等数字运算装置只能处理数字信号 连续信号变换为离散信号的采样过程