第六章 自动控制基本原理

第六章自动控制基本原理

第六章自动控制基本原理

第六章自动控制基本原理

生产实践中，人们总是希望生产过程按人们的期望进行，而生产过程中会

发生各种各样的变化，这些变化可能是

人们所希望的，也可能是人们所不希望

的。为了是生产过程按人们预期的方式

进行，就需要对生产过程进行干预，从

而按某种规律变化。这些干预可由操作

人员按生产要求进行操作，这叫做人工

操作。也可能由一些装置代替人们按一

定规律对生产过程进行操作，则生产也

能按要求进行下去。这叫做自动操作。

生产过程总是会受到各方面的影响，产生会发生各种各样的变化，人们

希望生产过程受到影响之后还能按预先

希望的那样，按某种规律变化。这种为

抵抗干扰所做的干预可能是人为进行

的，也可能是自动进行的。当人们发现

生产过程偏离了预先期望，由人手工进

行干预，这叫做人为控制。如果由检测

装置检测生产过程状况，当生产过程偏

离的预期状态，按预先设计好的控制策

略，由某些装置进行自动干预，使得生

产过程回到预期状态，这种控制方式为

自动控制。

总结上面的描述，自动控制是利用一些装置替代人对生产过程进行干预，

这种干预方式叫做生产过程的自动控

制。

第一节基本概念

一．系统的概念

系统是一个比较模糊的概念。系统的基本定义可概括为：由若干个具有相

互作用的环节构成一个系统。

环节是构成系统的单元，系统的单元也可能是一个子系统。一个系统也可

能是一个大系统的环节。

具有相互作用是指环节之间具有某些信息联系。某种信息联系是指人们

所关注的信息。不同的关注会构成不同

的系统。例如某个固定的人群，在疾病

防治人员眼里是疾病发生、传染与防治

系统；在心理学家眼里是一个社会心理

学系统；在管理学者眼里是一个人力资

源管理系统。系统分析中强调的是环节

间的信息联系。

关注点不同系统与环节之间关系也不同，某些场合下系统本身就是一个

环节，而环节又可能是一个系统，所以

系统与环节之间没有本质区别。在系统

分析过程中，常常会将一个系统等效为

一个环节，也可能对某个环节进行深入

分析，此时该环节就演变为一个系统了。二．开环控制与闭环控制

上面所介绍的这两种情况都是干预生产过程的方式，人工操作与自动操作是按一定规律对生产过程进行干预，而操作人员或操作装置不检查干预的结果。人为控制与自动控制则是根据生产过程偏离期望状态对生产过程进行干预。

例如煤气发生炉，根据生产要求，首先需要向炉子内鼓风，使得炉内温度升高，然后向炉子内通入水蒸汽使得炉内产生半水煤气。随着蒸汽的通入，炉内温度会下降，然后需要停止向炉内通入蒸汽，对炉子内部进行吹扫以便将炉子内部的半水煤气吹扫干净，再向炉子内部鼓风一提高炉温。接下来进入下一个循环。可以由操作人员直接操作生产设备上的阀门进行人工操作，也可以利用自动化设备对设备上的阀门进行自动操作。

这种操作可由图6．1-1的方块图来表示。

煤气

阀

图6．1-1煤气发生

该操作的特点是，操作人员按一定的时间规律进行操作，而并不穿插操作的结果。

还有另一类，例如生产过程中对储水槽内的水温进行控制。储水槽上有两条管道，一条是热水管道，一条是冷水管道。每条管道上都装有阀门。首先向储水槽内放一些冷水，然后打开热水阀门向里注入热水，根据储水槽内水温的情况，开大或关小热水阀门，直至水温符合要求为止。同样，可以由操作人员直接操作生产设备上的阀门进行人工操作，也可以利用自动化设备对设备上的阀门进行自动操作。

这种操作可由图6．1-2的方块图来表示。

图6．1-2中操作人员观察储水槽水温，与期望数值进行比较，然后根据偏

储阀图6．1-2储水槽水

水

观

离期望数值的高低和大小，来判断是开

大热水阀还是关小热水阀，需要开大或

关小多少。如此循环往复，经过几个调

整步骤之后，使水温达到期望数值。与

图6．1-1方块图比较可知，操作人员对

水温的观察会影响到操作人员对阀门的

操作，对对阀门的操作影响水温，再进

一步影响操作人员的操作。

观察图6．1-1和图6．1-2可以看出，图6．1-2中有一个封闭的环路，图

6．1-1则没有环路。所以类似于图6．1-1

所示的系统叫作开环系统，类似于图

6．1-1所示的系统叫作闭环系统。如果

将图6．1-1和图6．1-2中的操作人员换

成自动化设备，则变为开环自动操作系

统和自动闭环控制系统。

第二节自动控制系统组成

自动控制系统是仿照人的控制方式工作的。人的控制方式是首先观察被控

参数的情况如何，偏离了预先设定数值

有多少。然后根据偏差的大小与正负，

去改变其他参数使得被控参数重新回到

预期数值。下面图6．1-3是人控制一个

液位的示意图。

根据图6．2-1，可以画出人控制液位的方块图，方块图如图6．2-2所示。

采用自动控制器进行自动控制时，其示意图如图6．2-3所示。

储入口图6．2-2储水槽液液观比期望

根据图6．2-3，可以画出人控制液位的方块图，方块图如图6．2-4所示。

``

图6．2-3 液位储控制图6．2-4储水槽液

液检控期望—