第7章控制基本概念

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第二节 自动控制系统的方块图
方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差信 号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被控变量； f 指扰动作用。当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反 馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正反馈。
自动控制系统方块图
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第二节 自动控制系统的方块图
将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定 值是否变化和如何变化来分类，这样可将自动控制系 统分为三类，即定值控制系统、随动控制系统和程序 控制系统。
其中第三种分类方法最普遍
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第一节 自动控制系统的组成与分类
1.定值控制方法 “定值” 是恒定给定值的简称。工艺生产中，若要求控
制系统的作用是使被控制的工艺参数保持在一个生产指标 上不变，或者说要求被控变量的给定值不变，就需要采用 定值控制系统。
C(sG ) (s)E G (s()s)[R B((ss))] G(s)[R H((ss))C(s)]
C(s) G(s) R(s) 1G(s)H(s) 结论：具有负反馈结构环节传递函数等于前向通道 的传递函数除以1加（若正反馈为减）前向通道与反 馈通道传递函数的乘积。
第二节 自动控制系统的方块图
说明
r(t)
c(t)
R(s) +
R(s) C(s) R(s)
C(s) G(s)
R(s)
C(s)
-
C(s)
C(s)
(a)
(b)
(c)
(d )
（a） 信号线；
（b）分支点(又叫测量点)；
（c）比较点(求和点)； （d）方块（又叫环节）；
方块图实质上是将原理图与数学方程两者结合起来，它一 种对系统的全面描写。
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。
要选择好控制系统 的对象
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第一节 自动控制系统的组成与分类
三、自动控制系统的分类
按被控变量来分类，如温度、压力等控制系统；
按控制器具有的控制规律来分类，如比例、比例积分、 比例微分、比例积分微分等控制系统；
图7-1 人工操作图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要
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图7-2 液位自动控制图
第一节 自动控制系统的组成
图7-2 液位自动控制
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第一节 自动控制系统的组成与分类
二、自动控制系统的组成
测量元件与变送器
自动化装置 组 成
被控对象
自动控制器 执行器
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第一节 自动控制系统的组成与分类
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
为了便于分析,有时将控制器以外的各个环节 (包括 被控对象、测量元件及变送器、控制阀)组合在一起看 待,称之为广义对象,这样,整个系统可认为是由控制器与 广义对象两者所构成,其方块图可简化。
给定值
x - 控制器
干扰作用f
被控变量测量值z 广义对象
简化方块图
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第二节 自动控制系统的方块图
二、方块图运算法则：
第二节 自动控制系统的方块图
3、自动控制系统方块图
在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一 般都用方块图来表示控制系统的组成。
下页图为液位自动控制系统的方块图，每个环节表示组 成系统的一个部分，称为“环节”。两个方块之间用一 条带有箭头的线条表示其信号的相互关系，箭头指向方 块表示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个环 节的输出。线旁的字母表示相互间的作用信号。
G1(s)G2(s)
结论：多个环节并联后的传递函数等于所有并联 环节传递函数之和。
G(s) = G1(s) + G2(s) + + Gn(s)
第二节 自动控制系统的方块图
3、反馈运算法则
R(s) + E(s)
C(s)
G(s)
_
B(s)
H (s)
前向通道和反馈通道传递函数分别为G ( s )、 H ( s )
2.随动控制系统（自动跟踪系统）
给定值随机变化，该系统的目的就是使所控制的工艺参 数准确而快速地跟随给定值的变化而变化。
3.程序控制系统（顺序控制系统）
给定值变化，但它是一个已知的时间函数，即生 产技术指标需按一定的时间程序变化。这类系统在间 歇生产过程中应用比较普通。
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第二节 自动控制系统的方块图
自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。 它与自动测量、自动操纵等开环系统比较,最本质的 差别,就在于控制系统有无负反馈存在。
操纵指令
操纵作用
工艺参数
自动操纵装置
对象
自动操纵系统方块图
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第二节 自动控制系统的方块图
三、方块图的等效变换
序
变换方式
原方块图
A+
1、串联运算法则
X1(s)
因为
G1 (s)
X2 (s) X1(s)
G1(s)
X 2 (s)
G2(s)
X3 (s) X2 (s)
G2 (s)
G (X X s1 3(()s s))X X 1 2((s s•X X ))2 3((s s))G 1(s2 )(G s)
X3(s)
源自文库
结论：多个环节串联后总的传递函数等于每个环 节传递函数的乘积。
G(s) = G1(s) G2(s) Gn(s)
第二节 自动控制系统的方块图
2、并联运算法则
G1(s) X1(s)
R(s)
+ C(s)
G2 (s)
X 2 (s)
因为 所以
G1 (s)
X1(s) R(s)
G2(s)X R 2(s(s)) X1(s)X2(s)C(s)
G(s)C(s) X1(s)X2(s)X1(s)X2(s) R(s) R(s) R(s) R(s)
一、方块图 二、方块图运算法则 三、方块图等效变换 四、传递函数与L变换 五、例题
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第二节 自动控制系统的方块图
一、方块图 1、信号与变量
载有变量信息的物理变量是信号。
u
y
系统或环节
图7-3 输入、输出变量图
输入变量 输出变量 多输入多数出系统
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第二节 自动控制系统的方块图
2、方块图基本单元
图模型的一个突出优点是直观、形象，是工程上用来分析 复杂系统的重要手段。方块图组成的四个基本单元：
化工仪表及自动化
第七章 自动控制系统概述
内容提要
自动控制系统的组成与分类 自动控制系统的方块图 过渡过程和品质指标 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与分类
一、人工操作与自动控制 二、自动控制系统组成 三、自动控制系统的分类
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第一节 自动控制系统的组成与分类
一、人工操作与自动控制比较