控制系统的结构分解课件
控制系统的组成及框图
2 控制系统的组成及框图以上所列举的控制系统都属于简单控制系统，与其他任何的控制系统相同，这些控制系统均由下列基本单元组成。
○1被控对象（也称被控过程）是指被控制的生产设备或装置。
针对以上三例，分别是液罐、蒸汽加热器、气罐系统。
○2测量变送器用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号输出。
依据电器标准的不同，常用的标准信号包括：0—10mA DC信号（DDZ 二型仪表）、4—20mA DC信号（DDZ 三型仪表）、0.02—0.10MPa气动信号等。
○3执行器常用的是控制阀。
它接受来自控制器的命令信号u，用于自动改变控制阀的开度。
如例1中，控制器通过改变出水阀门的开度以调节水量Q。
，最终达到克服外部扰动对被控变量h的影响。
○4控制器（也称调节器）它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号e（t），并按一定的规律给出控制信号u（t），对于工业中常用的各类控制器，其输入输出信号大都为标准的电流信号，如DDZ三型仪表的4—20mA DC信号。
通常，用文字叙述的方法来描述控制系统的组成和工作原理较为复杂，而在过程控制实践中常常采用直观的方框图来表示。
如图1.1.5为液体储罐液位控制对应的方框图，一般的单回路控制系统的方框图可用如图1.1.6所示的方框图来表示方框图中每一条线代表系统中的一个信号，线上的箭头表示信号传递的方向；每个方块代表系统中的一个环节，它表示了其输入对其输出的影响。
方框图可以把一个控制系统变量间的关系完整的表达出来。
3 过程控制的术语○1被控变量（Controlled Variable，CV）也称受控变量或过程变量（Process Variable，PV）。
他是指被控对象需要维持在其理想值的工艺变量，如上述各例中的夜罐液位、换热器工艺介质出口温度、罐内压力。
在过程控制中常用的被控变量包括：温度、压力/差压、液位/料位、流量、成分含量等实际物理量。
有时，也可以用过程变量的检测电信号来表示被控变量，该测量信号称为过程变量的测量值（Measurement）。
控制系统构造及原理讲义(PPT 89页)
3
维护指示灯
系统处于服务模式
4 安全系统开指示灯
安全系统紧停触发
5
紧停指示灯
紧停开关触发
6 转子锁定指示灯
风轮锁定
7 测试脉冲指示灯
PLC 处于运行状态
2.2.1登录及权限
2.2 显示屏操作
2.2.2. 实时数据监控
2.2 显示屏操作
2.2.2.1 天气 瞬时风速，m/s；暴风警报； 25s平均风向，deg(°)； 2.2.2.2 桨叶&风轮 3个叶片的平均桨距，deg(°)； 风轮转速，rpm； 2.2.2.3 机舱振动 X轴方向机舱振动，g； Y轴方向机舱振动，g； 2.2.2.4 环境温度 机舱环境温度，℃； 塔底环境温度，℃； 机舱外温度，℃； 机舱控制柜温度，℃； 塔底控制柜温度；℃
《风力发电技术》
项目十一 控制系统构造及原理
主讲教师：张为宾 山东职业学院机电装备系
新能源应用技术教研室
主要内容
1 控制系统 2 W2000型风机控制系统
任务1 控制系统
1 控制系统
2 安全保护
3
安全链
4 信号测量
1、控制系统的总体结构
风力发电机组的控制系统采 用微机控制，属于离散型控制。 是将风向标、风速计、风轮转速 ，发电机的电压、频率、电流， 电网的电压、电流、频率，发电 机和增速齿轮箱等的温升，机舱 和塔架的振动，电缆过缠绕等传 感器的信号经过模／数转换输送 给微机，由微机根据设计程序发 出各种控制指令。
任务2 W2000型风机控制系统
1 偏航系统
2 执行机构
3
传感器
4 控制系统
SEC-W2000型风机
SEC-W2000型风机 SEC-W2000型风机是三叶片、变桨控制、上风向风机，额定功率为 2MW。 变桨系统作为风机的低速轴刹车系统，每个叶片具有独立的电变桨控 制，各自备有蓄电池以保证失电安全。 机械刹车是风机的二级刹车系统，安装在驱动链的高速轴侧。当低速 轴刹车系统失效时，机械刹车能够保证风机运行在允许的范围内。 变桨系统和机械刹车由风机的控制系统和安全系统共同控制，安全系 统优先于控制系统。
控制系统的组成和描述.ppt.ppt
一、开环控制系统的组成和描述 二、闭环控制系统的组成和描述
回忆 飞镖的控制过程？
期望值 大脑
输入量
控制器
肢体
执行器
飞镖 落点
被控对象
输出量
1、系统的输出量仅受输入量控制 2、控制系统的输出量对系统的控制不产生任何影响 3、输入量到输出量之间的信号是单向传递。
简单开环控制系统的方框图
问题：根据空调器的工作过程，试画出其温度控制系统的方框图。
如设定温度为25oC，室内温度如果高于25oC，那么空调通 过比较，控制电路发出信号促使压缩机进行工作；
当温度达到25oC时，控制电路发出信号，压缩机停止工 作，风扇照常工作。
因此，空调温度控制系统中有从输出端返回到输入端的信息 反馈，它是闭环控制系统。
1．李鸿章1872年在上海创办轮船招商局，“前10年盈和，成
为长江上重要商局，招商局和英商太古、怡和三家呈鼎立
之势”。这说明该企业的创办
()
A．打破了外商对中国航运业的垄断
B．阻止了外国对中国的经济侵略
C．标志着中国近代化的起步
D．使李鸿章转变为民族资本家
解析：李鸿章是地主阶级的代表，并未转化为民族资本家； 洋务运动标志着中国近代化的开端，但不是具体以某个企业 的创办为标志；洋务运动中民用企业的创办在一定程度上抵 制了列强的经济侵略，但是并未能阻止其侵略。故B、C、D 三项表述都有错误。 答案：A
(2)特点：进程曲折，发展缓慢，直到20世纪30年代情况才发生变 化。
3．交通通讯变化的影响 (1)新式交通促进了经济发展，改变了人们的通讯手段和 ，出行 方式转变了人们的思想观念。
(2)交通近代化使中国同世界的联系大大增强，使异地传输更为便 捷。
控制系统结构框架图
一．控制系统结构框架图数据总线由用于RS-485通信的双绞线和一根数据发送允许控制线——使能控制线组成。
示意图如下：当某个PLC需向其他PLC发送数据时，首先判断I0.0是否为高电平，如果为高电平，说明总线处于空闲状态，那么首先将Q0.0输出口导通，把使能找到的电平拉去，如果判断为低电平，则要一直要等到使能线上的电平为高时，才能发送数据，此种方法好处是每个单元都可作为主站或从站，串口数据由固定顺序的4个字节组成（数据1、数据2、数据3、数据4）主控板发送出的数据的含义数据1：主控板标志设定为0xaa数据2：电梯位于的楼层值数据3：电梯的运行方向数据4：电梯预到达的楼层楼层单元板发送数据的含义数据1：单元板标志设定为0x55数据2：乘坐者位于的楼层数据3：乘坐者预到的楼层数据4：乘坐者坐电梯的方向，向上运行设定为0x66,向下运行设定为0x99接受到数据后的运算处理：主控板PLC接收完成一组数据，首先判断数据4的值，若为0x66，时将数据2和数据3的值保存在VB2—VB6的存储器中，方法是：如果数据等于（a）,则VB(a)=0×66，若为0×99，则将数据2和3的值保存在VB11—VB15.楼层单元板PLC接收完一组数据后，要先判断数据1的值，若为0xaa说明是主控PLC发来的数据，则把数据2和数据3送给显示模块，判断数据4的值，点亮相对应的指示灯，若为0x55，则说明是楼层单元PLC发来的数据，则判断数据2和数据3的值，点亮相对应的指示灯。
三．电梯运行状态的控制电梯上点后，首先进行自检，包括厅门是否关闭，车厢门是否关闭，电梯是否为于正确的楼层位置，然后电梯自动运行到都正常的状态，（厅门关闭、车厢门关闭，读取到正常的楼层信息）静止下来，等待命令电梯在静止状态时，接收到的楼层单元发来的信息，判断数据2的大小，如果小于电梯位于的楼层值，电梯向下运行，否则电梯向上运行，电梯在运行的状态下，实时接收各楼层单元发来的数据并进行相应的处理，向下运行时，不断检测VB11—VB15，存储器中的值，在到达对应的楼层时停靠，并清零对应的存储器的值，直至VB1为零，电梯暂停，系统开始判断VB2—VB6中是否有存储器的值为0x66，如果有时开始向上运行，到达相应的楼层。
自动控制原理--系统的结构图
R(s)
C(s)
G(s)
(-)
B(s)
R(s) G(s)
B(s) G(s)
C(s) (-)
•相 加 点 的 移 动
3. 交换或合并相加点
C(s)=E1(s)+V2(s) = R(s)-V1(s)+V2(s) = R(s)+V2(s)-V1(s)
V2(s)
R(s)
E1(s)
C(s)
(-) V1(s)
系统动态结构图
定义：将系统中所有的环节用方框图表示， 图中标明其传递函数，并且按照在系统中各 环节之间的联系，将方框图连接起来。
系统动态结构图的绘制步骤：
● (1)首先按照系统的结构和工作原理，分解出各环 节并写出它的传递函数。
● (2)绘出各环节的动态方框图，方框图中标明它的 传递函数，并以箭头和字母符号表明其输入量和输 出量，按照信号的传递方向把各方框图依次连接起 来，就构成了系统结构图。
C(s)
G(s)
R(s)
1 G(s)H(s)
• 例2.9
R(s) G1(s)
G2(s)
(-)
G3(s)
(-)
C(s) G6(s)
G4(s) G5(s)
G 236 (G 2 G 3 )G 6
G 54 G 5 G 4
G
1
G 236 G 236G 54
G1
● 比较点和引出点的移动： 等效原则：前向通道和反馈通道传递函数都不变。
G4
(a)
(b)
•其 它 等 价 法 则
1. 等效为单位反馈系统
R(s)
C(s)
G(s)
(-)
H(s)
R(s) 1
工业控制系统架构课件
01
02
03
外部威胁
工业控制系统可能面临来 自外部的多种威胁，如网 络攻击、病毒传播、黑客 入侵等。
内部威胁
工业控制系统也可能受到 来自内部的威胁，如内部 人员误操作、非法访问和 恶意软件感染等。
数据泄露风险
工业控制系统的数据传输 和存储过程中可能存在数 据泄露的风险，需要采取 措施确保数据的安全性。
缺点
随着系统规模扩大，集中式架构 可能面临性能瓶颈和安全风险， 中央控制器容易成为攻击的目标。
分散式架构
优点
分散式架构将系统划分为多个独立的子系统，每个子系统具有一定的自治能力，能够减轻中央控制器的负担。
缺点
分散式架构增加了系统的复杂性，可能面临通信延迟和协同问题。
分布式架构
优点
分布式架构将系统划分为多个独立的节点，每个节点具有完整的自治能力，能 够实现并行处理和负载均衡。
RTOS能够根据优先级调度和时间片轮转等方式，对系统资源进行合理分配，确保实 时任务的执行。
RTOS还提供了丰富的中间件和应用程序接口，方便开发者进行应用程序的开发和集 成。
控制算法
控制算法是工业控制系统中最 为核心的部分，用于实现系统 的控制逻辑。
常用的控制算法包括PID控制、 模糊控制、神经网络控制等， 根据不同的应用场景选择合适 的控制算法。
案例五：工业控制系统的数据可视化解决方案
总结词
数据可视化是工业控制系统中的重要环节，通过数据 可视化可以更好地理解工业控制系统的运行状态和性 能指标。
详细描述
工业控制系统的数据可视化解决方案主要包括数据采 集、数据处理和数据展示三个环节。数据采集主要是 通过传感器和其他设备对工业控制系统的运行数据进 行采集和传输。数据处理则是对采集到的数据进行处 理和分析，提取出有用的信息和指标。数据展示则是 将处理后的数据通过图形、表格等方式展示出来，以 便更好地理解工业控制系统的运行状态和性能指标。
42控制系统的基本组成 共80页PPT资料
第二节
控制系统的基本组成与工作过程
回顾复习 1.控制的含义
2.控制的分类
3.开环和闭环控制系 统
• 第二节 控制系统的组成与描述
学习目标
• 1.理解控制系统的概念和组成； • 2.熟悉简单控制系统的工作过程； • 3.分析典型案例，熟悉简单的开环
控制系统的基本组成和简单的工作 过程。
• 自动门的动作过程是：当门口没有人 时，门是关着的；当有人来到门口时， 门打开；当人离开门口后一段时间， 门又关闭。
• 自动门的功能和技术要求有：
• 功能：
• （1）无人时，常关；
• （2）有人时，开门。
• 技术要求： • （1）当人距门1m时，门即打开。 • （2）门打开后，延时10s后关门。
微波传感器
• 自动门传感器分为微波传感器和红 外传感器。
• 微波感应器是基于一独特的微波传 输技术，其超薄的天线能实现多种 频谱。微波传感器应用Doppler （多普勒）雷达定理传送低功率微 波并接收物体反射回的能量。若物 体的运动被自动门传感器检测到， 其反射微波频率与传送频率产生偏 移，从而在输出端产生一低频电压 。
什么是控制系统？
1、控制系统： 任何一种控制的实现，都要通过若干个
环节，这些环节就构成了一个控制系统。
• 控制系统一般都有“输入环节”+“控制环 节”+“执行环节”“输出环节”。
2、组成： 传感器、控制器、执行器、被控对象。
画出控制系统方框图：
脚踩的力 (输入)
脚蹬、曲柄、链轮、 中轴、链条、飞轮
红外线探测器
• 在红外线探测器中，热电元件检 测人体的存在或移动，并把热电 元件的输出信号转换成电压信号。 然后，对电压信号进行波形分析。
控制系统构造及原理讲义(PPT 89页)
控制系统构造及原理讲义(PPT 89页)任课教师教研室主任年月日任课教师教研室主任年月日任课教师教研室主任年月日任课教师教研室主任年月日1) 控制器的处理模块(CPU模块)位于塔基控制柜，主要完成数据采集及I/O信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与机舱控制柜光纤通信，接收机舱信号，返回控制信号；与中央监控系统通信，传递信息。
2) 对变流器、变桨距系统、液压系统，偏航系统，润滑系统，齿轮箱及机组关键设备的温度及环境温度等作监控；变流器和变桨距系统的耦合控制，与变流器通信，实现机组变速恒频运行、有功及无功调节、功率控制、高速轴紧急制动、偏航自动对风、自动解缆、发电机和主轴自动润滑、主要部件的除湿加热和散热器开停。
3) 对定子侧和转子侧的电压、电流测量，除了用于监控过电压、低电压、过电流、低电流、三相不平衡外，也用于统计发电量，以及并网前后的相序检测。
4）通过和机舱控制柜相连的信号线实现系统安全关机、紧急关机、安全链复位等功能。
3、控制系统的功能①根据风速信号自动进入起动状态、并网或从电网切出；②根据功率及风速大小自动进行转速和功率控制；③根据风向信号自动对风；④根据功率因数自动投入(或切出)相应的补偿电容(对于设置补偿电容的机组)。
当发电机脱网时，能确保机组安全关机；⑤在机组运行过程中，能对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，并能够根据记录的数据，生成各种图表，以反映风力发电机组的各项性能指标；⑥对于在风电场中运行的风力发电机组还应具备远程通信的功能。
二、安全保护风力发电机组的控制系统具有两种基本功能：一个是运行管理功能，一个是安全保护功能。
1、安全保护系统1）大风保护安全系统多数机组取l0min平均25m/s为切出风速，由于此时风的能量很大，系统必须采取保护措施。
在关机前对失速型风力发电机组，风轮叶片自动降低风能的捕获，风力发电机组的功率输出仍然保持在额定功率左右。
控制系统的结构分解
逆的。
3. 按下列方式组成变换矩阵，P q 1 , ,q k,q k 1 , q n
4. 计算 A P 1A P ,BP 1B ,C C P
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5
• 定理1：对不完全能控的系统，利用上述算法求
达形式，即
xˆ
o
xˆ o
Aˆ o Aˆ 2 1
0 Aˆ
o
xˆ o xˆ o
Bˆ o Bˆ o
u
y Cˆo
0
xˆo xˆo
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14
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15
对系统的能观性的结构分解做几点说明
（1）在系统的能观性分解中，系统被分解为完全能 观和完全不能观的两个子系统。
• 研究系统的结构分解可以更深刻地了解系统的结构 特性，也有助于更加深入地揭示系统的状态空间描 述和输入－输出描述之间的本质区别。
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2
能控性、能观性在线性非奇异变换下的性质 • 对于线性定常系统(A, B,，C)经过线性非奇异变
换为 ( A，, B即, C )两者之间具有如下的关系
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x1 xcox2,
x7
xco xx53,
xcoxx84,
xco x6
23
• 按此顺序重新排列系数矩阵A，B，C的行和列，
有
3 1 0 0 3 0
00
1 3
00
5 7
xco xco xco
0
xco
05
0
4 0 1
0 1 0
4
1 0 0 0
0 1
控制系统的基本组成与工作过程课件
自动门的动作过程
当门口没有人时，门是关着的；
当有人来到门口时，门自动打开； 当人离开门口后一段时间，门又自动关闭。 提问：当人站在门口不动，大门会怎样？
门的开启人工控制框图
输入
眼睛
大脑
手
输出
门
控制装置
被控对象
自动门的控制过程
控制装置
被控对象
输入 传感器
控制器
执行器
输出 被控对象
红外装置检测到 人体热辐射发出 的信号
控制电路
电机
门的开启
门
或关闭
人工控制与自动控制的区别
人工控制
自动控制
门
门
输入：开/关
眼睛
传感器
传感器
大脑
控制器
控制器
手
电机
执行器
门
门
被控对象
典型控制系统案例分析
2、水箱水位控制
以抽水马桶水箱为例
水箱水位控制——自动控制
水箱水位控制——人工控制
系统组成：水箱（包括水箱内的水）、进水 阀门、人
工作过程：当水面低于设定水位时，人打开 阀门放水入水箱，人眼监视水面高度；当 水面达到设定的水位时，人关闭阀门。
归纳、抽象以上活动的特征 :
一个输入信号（如手拔开关）对应着 一个输出信号（如灯亮或不亮）。
一般的控制过程都有一个输入和一个输出。
任何一种控制的实现，都要通过若干 个环节，这些环节构成一个系统，我们称 之为控制系统。
控制系统的输入输出之间有一定的 对应关系。
对于自动控制系统，区别 系统是开环控制还是闭环 控制的关键就是：
3.闭环控制系统由下列各个环节组成（ C ）
①控制器 ②执行器 ③被控对象 ④检测装置 A、①②③ B、①③④ C、①②③④ D、①②④
现代控制理论课件_线性系统结构分解
Bc R k l
清华大学 现代控制理论课件
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7.2 可控性结构分解
最后得到按可控性分解的系统描述： A A ˆ ˆ x xc Bc c c 12 ˆ x u ˆ xc 0 Ac xc 0 ˆ 其中子系统 Ac ,B c 是状态完全可控的，称 之为可控子系统。 可控性矩阵为 Bc ˆ Qc 0
清华大学 现代控制理论课件
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7.1 举例
可观状态
1 3 1 x 例： x1 1 x x2 2 3 5 x 3 x3 4 1 4 4 x 4 x 4 0 5 1 1 x x5 1 6 1 x x6 0 x 5 1 x7 9 7 x x 0 5 8 8 y1 3 1 0 5 0 0 3 6 X 4 0 2 0 0 7 1 1 y2 3 7 3 0 u1 6 u 2 0 2 0
清华大学 现代控制理论课件
AB
A2 B
A n 1 B
t k 1 t n
其中t k 1 ,t k 2 , ,t n 是彼此线性独立且与t1 ,t 2 , ,t k 线性
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7.2 可控性结构分解
令 T 1 l1T l T 2 T ln tk l1T l T 2 tk 1 tk 2 T lk T lk 1 l T k 2 tk 1 tk 2 T ln tn t n
清华大学 现代控制理论课件
第5章 控制系统的结构与程序管理优秀课件
2. 分级控制方式
随着微处理机的发展，程控数字交换机里可配备若干 个微处理机分别完成不同的工作，这样使程控数字交换机 在处理机配置上构成了二级或二级以上的结构。图5-5所示 为三级处理机控制系统。
在图5-5所示的三级处理机控制系统中，外围处理机用 于控制电话外设，完成诸如监视用户摘、挂机状态等简单 而重复的工作，以减轻呼叫处理机的负担；呼叫处理机完 成呼叫的建立；运行维护处理机完成系统维护测试工作。
热备用方式的优点是：呼叫处理的暂时数据基本不丢失， 原来处于通话状态的用户不中断，如图5-4所示的热备用方 式还具有发现故障及时的优点。
图5-4中，两台处理机同时接收输入信息，执行相同的 程序，并比较其一致性，一致就继续执行下一条指令，不一 致说明系统出现了异常，应பைடு நூலகம்即调用故障诊断程序。
图5-4 热备用方式
第5章 控制系统的 结构与程序管理
5.1 控制系统的组成
程控数字交换机的控制系统主要由处理机(CPU)、内存 储器(RAM)和各种输入/输出设备(I/O)组成。控制系统与交 换网络、接口设备的关系如图5-1所示。
图5-1 控制系统与交换网络、接口设备的关系
1) 处理机
处理机(CPU)主要用于收集输入信息、分析数据和输出 控制命令。
图5-6 分级多机系统
在分级多机系统中，每一级功能相同的处理机均采用 负荷分担方式。负荷分担是指同级处理机都具有完全的呼 叫处理能力，正常情况下它们均匀分担话务量，共享存储 器，并由同一操作系统控制。当一台处理机发生故障后， 仅会造成其余处理机负荷增加，总体处理速度下降，而不 会引起整个系统停运。
图5-8 全分散控制方式
全分散控制方式的优点是：系统的可靠性高，不管是 哪一个处理机出现问题，都只影响局部用户的通信；有助 于整个系统硬件、软件的模块化，使系统扩充容量方便， 能适应未来通信业务发展的需要。因此，全分散控制系统 代表了交换系统的发展方向。