自动控制系统的基本元件与设备
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
控制系统的基本组成与工作过程
控制系统的基本组成与工作过程控制系统是由各种元件和设备组成的，在工业自动化以及其他领域中发挥着重要的作用。
它可以对各种物理过程进行监控和控制，使得系统能够自动运行以实现预期的目标。
本文将介绍控制系统的基本组成和工作过程。
1. 控制系统的基本组成控制系统的基本组成包括传感器、执行器、控制器和信号传输系统四个部分。
1.1 传感器传感器是控制系统的输入设备，用于感知被控制对象的状态或参数，并将其转化为电信号。
传感器可以测量各种物理量，例如温度、压力、速度等，常见的传感器有温度传感器、压力传感器和光电传感器等。
1.2 执行器执行器是控制系统的输出设备，用于根据控制信号控制被控制对象的状态或参数。
执行器接收到来自控制器的命令后，将通过电、气或机械方式对被控制对象施加控制。
常见的执行器包括电动阀门、电机和液压缸等。
1.3 控制器控制器是控制系统的核心部分，负责对输入信号进行处理并发出控制指令。
控制器通常由一或多个计算机芯片或微控制器组成，通过算法和逻辑运算来实现对被控制对象的精确控制。
控制器可以根据事先设定的规则和算法，对输入信号进行处理和分析，并生成控制信号发送给执行器。
1.4 信号传输系统信号传输系统负责传递传感器采集到的信号和控制器生成的控制信号。
它通常由电缆、电线、总线或者无线传输等方式组成。
信号传输系统的可靠性和稳定性对于控制系统的正常运行至关重要。
2. 控制系统的工作过程控制系统的工作过程可以简要概括为感知、决策和执行三个过程。
2.1 感知过程控制系统首先通过传感器感知控制对象的状态或参数。
传感器将实时采集到的物理量转化为电信号，并将其发送给控制器。
感知过程的准确性和实时性对于控制系统的性能和稳定性起着重要的作用。
2.2 决策过程控制器接收到传感器采集到的信号后，将进行数据处理和分析。
控制器使用预先设定的控制算法和规则，对采集到的信号进行处理，并生成相应的控制信号。
控制器可以根据目标任务和要求，对输出的控制信号进行调整和优化。
自动控制系统概述
控制装置(简称控制器）使被控对象（或生产过程等）的某
一物理量（如温度、压力等）准确地按照预期的规律运行。
二、自动控制系统的常用术语
在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象 或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量 的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正 常控制的所有因素称为扰动量。给定量和扰动量都是自动控 制系统的输入量。扰动量按其来源分内部扰动和外部扰动。
第一章 自动控制系统概述
三、闭环控制系统
系统的控制装置和被控对象不仅有顺 向作用，而且输出端和输入端之间存在反 馈关系，所以称为闭环控制系统，闭环控 制系统就是反馈控制系统。
第一章 自动控制系统概述
直流电动机调速系统
第一章 自动控制系统概述
恒温箱
闭 环 控制
第一章 自动控制系统概述
系统框图
第一章 自动控制系统概述
返回
第一章 自动控制系统概述
第五节 自动控制系统的性能指标
一、稳定性
系统的稳定性：系统在受到外部作用后，能否恢复平衡状态
稳定
的能力。
不稳定
第一章 自动控制系统概述
稳定的重要性：不稳定的系统是无法进行工作的；因此，对
任何自动控制系统，首要的条件便是系统能 稳定正常运行。
二、快速性
系统响应的快速性：是指在系统稳定性的前提下，通过系统 的自动调节，最终消除因外作用改变而引起的输出量与给定 量之间偏差的快慢程度。一般用调节时间来衡量 。如图1-16 所示，系统输出即系统响应经过几次振荡后，达到新的稳定 状态。对于系统动态过程性能的优劣除了快速性之外，还有 反映系统动态过程平稳性指标，故将快速性和平稳性作为表 征系统动态性能的指标，统称为动态性能指标。
第2章自动控制系统的基本部件
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
主电路 电压信号
同步电路
移相控制
移相调节信号 （控制电压信号）
脉冲形成
功率放大 脉冲输出
脉冲电源
图2.28 触发电路的组成
图2.28 触发电路的组成
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
两个基极 阴极
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
• 2.晶闸管的保护 • 由于晶闸管承受过电压和过电流的能力较差，短时间的过电流和过电压就会把器件损坏。为了保证器件
能可靠地长期运行，除了留有余地合理选择器件外，还应采取恰当的保护措施。 • (1) 过电流保护 • 晶闸管在短时间内能够承受一定的过电流而不损坏。但是，如果短路或过载时过电流数值较大，而切断
2
图2图.220.2晶0 闸晶管闸工管工作作条条件件的的实实验验电 电路路
2.3.1 晶闸管
• (4) 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。此时 不论门极电压是正还是负，晶闸管将保持导通， 故导通的控制信号只需正向脉冲电压，称为触发 脉冲或触发信号，相应的门极控制电路称为触发 电路。晶闸管门极只能控制其导通，而不能使已 导通的晶闸管关断。因此晶闸管属于具有正向阻 断能力和单向导电性的半控型器件。
2.1.3 角位移检测元件
f
自整角机对
放大器
bs
G
i
o
R
交流伺服
SM
电动机
负载
图图22..99 角 角位位移移 随动随系动统系统
2.1.3 角位移检测元件
• 3. 光电编码盘 • 光电编码盘是一种按角度直接进行编码的码盘式角度—数字转换器。
其核心部件是编码盘。编码盘是一种按一定编码形式(如二进制编码、 循环码编码等)来分辨角度位移的圆盘。图2.10为一个四位二进制编码 盘。它的制作方法是：首先将圆盘按角度分为m等分(图中)，并分成n 个同心圆环(图中)，各圆环对应着编码的位数，称为码道。内圆环对 应编码的高位，外圆环对应编码的低位。然后将个(图中为64个)扇形 区，按二进制编码，划分为透明(白色)部分和不透明(黑色)部分，透明 (白色)部分表示“0”，不透明(黑色)部分表示“1”。由这些不同的黑、 白区域的排列组合即构成了与角位移位置相对应的数码。如“0000” 对应“0”号角度位，“0100”对应“4”号角度位。
自动控制理论
⾃动控制理论第⼀章⾃动控制系统概述1、组成⾃动控制系统的基本元件或装置有哪些？各环节的作⽤？控制系统是由控制对象和控制装置组成，控制装置包括：(1) 给定环节给出与期望的输出相对应的系统输⼊量。
(2) 测量变送环节⽤来检测被控量的实际值，测量变送环节⼀般也称为反馈环节。
(3) ⽐较环节其作⽤是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输⼊值进⾏⽐较，求出它们之间的偏差。
(4) 放⼤变换环节将⽐较微弱的偏差信号加以放⼤，以⾜够的功率来推动执⾏机构或被控对象。
(5) 执⾏环节直接推动被控对象，使其被控量发⽣变化。
常见的执⾏元件有阀门，伺服电动机等。
2、什么是被控对象、被控量、控制量、给定量、⼲扰量？举例说明。
被控对象指需要给以控制的机器、设备或⽣产过程。
被控量指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量，被控量⼜称输出量、输出信号。
控制量也称操纵量，是⼀种由控制器改变的量值或状态，它将影响被控量的值。
给定值是作⽤于⾃动控制系统的输⼊端并作为控制依据的物理量。
给定值⼜称输⼊信号、输⼊指令、参考输⼊。
除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是⼲扰，⼲扰⼜称扰动。
⽐如⼀个⽔箱液位控制系统，其控制对象为⽔箱，被控量为⽔箱的⽔位，给定量是⽔箱的期望⽔位。
3、⾃动控制系统的控制⽅式有哪些？⾃动控制系统的控制⽅式有开环控制、闭环控制与复合控制。
4、什么是闭环控制、复合控制？与开环控制有什么不同？若系统的输出量不返送到系统的输⼊端（只有输⼊到输出的前向通道），则称这类系统为开环控制系统。
在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作⽤，若能取⾃被控量的反馈信息（有输出到输⼊的反馈通道），即根据实际输出来修正控制作⽤，实现对被控对象进⾏控制的任务，这种控制原理被称为反馈控制原理。
复合控制是闭环控制和开环控制相结合的⼀种⽅式，既有前馈通道，⼜有反馈通道。
5、⾃动控制系统的分类（按元件特性分、按输⼊信号的变化规律、按系统传输信号的性质）？按系统输⼊信号的时间特性进⾏分类，可分为恒值控制系统和随动系统。
自动控制基本知识
自控根本知识〔一〕根本概念 (2)〔二〕自动控制系统的组成 (2)〔三〕自动调节常用术语 (2)〔四〕调节对象的特性 (4)〔五〕调节器的特性 (6)〔六〕调节器的种类 (8)〔七〕对自动调节系统的要求 (12)〔一〕根本概念自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节空调参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足空调房间的要求。
现在国内自动控制采用的方法，都是先测出调节参数对给定值的偏差，然后根据这个偏差，经控制系统的调节，消除干扰的影响，使调节参数再回到给定值(或允许范围)。
〔二〕自动控制系统的组成目前空调自动控制系统多采用电动调节。
这样的控制系统可由下面所示方块图表示：附图：自动控制系统方块图由于外扰的作用，调节对象的调节参数发生变化，经敏感元件测量并传送给控制机构〔调节器〕，调节器根据调节参数对给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，去调节调节对象的负荷，使调节参数回到原来的给定值。
在给执行机构供电的主电路上，为使调节稳定，常装有通断机构，以便对执行机构间断供电。
〔三〕自动调节常用术语1．调节参数(也叫被调参数)需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数，叫做调节参数。
空调中的调节参数主要是温度、湿度、压力，还有水位等等。
2．给定值(也叫定值值)就是根据需要给调节参数预先规定的不变值或波动范围，叫做给定值。
例如规定维持房间温度为23±℃，这个数值(即波动范围22.5～℃)就是室温调节系统的给定值(范围)。
3．偏差调节参数的实际数值同给定值之间的差值，叫做偏差。
例如，规定控制温度(给定值)为20℃，而实际却是21℃，它们相差的1℃即为偏差。
4．扰动能引起调节参数产生偏差的因素，叫做扰动或干扰。
空调中引起空调房间温度变化的因素，象室外温度变化、送风温度变化以及室内余热变化等等，都是室温的扰动。
自动调节的作用，也正是为消除扰动的影响，使调节参数恒定或在要求范围内。
自动控制基础知识.详解
例2：“是”函数的真值 表
例3：“与”函数的真值 表
例4：“或”函数的真值 表
三、卡诺图
卡诺图：就是按一定规则画出的方块图。
图中一个方块就代表变量的一种取值情况，和真值表类似， 有n个逻辑变量，在卡诺图中就有2n 个格。
0 a1
aa
图1.19 单变量 卡诺图
3 复合控制
计算
给定值
计算
执行
测量
干扰
受控对象
被控量
测量
图1.7 复合控制框图
§1.2 传递函数与环节特性
一、比例环节
其传递函数为：
特点：当输人信号变化时，输出信号会同时以一定的比例 复现输入信号的变化。
x(t)
y(t)
A A
KA A
图1.8 比例环节动态特性
二、一阶环节
其传递函数为： 特点：当输入信号x(t)作阶跃变化后，输出信号y(t)立刻以
“非”函数可用常闭开关符号代表：
“非”函数的基本性质如下：
(2) 双变量(多变量)运算
设变量“a、b、c、d…”，函数S，有如下运算： a．“与”函数
又称“逻辑乘”，表示“同时”、“共同 ” 等价表于达两式个为常：开开关串联：
基本性质： 置换律： 结合律： 几个特殊关系：
当有n个变量时，“与”函数可表示为： 上述性质均成立
（2）过渡过程的5个品质指标
y
图1.13 定值系统的过渡过程
最大偏差A 过渡时间ts 余差C 衰减比ψ 振荡周期Tp
§1.4 自动控制的基本方式
f 被控对象
uห้องสมุดไป่ตู้
控制器
c
c
e
r0
图1.14 控制系统方框图
自动化设备的基本组件解析
自动化设备的基本组件解析自动化设备是现代工业生产中的重要组成部分，它们通过使用各种基本组件来实现任务的自动执行。
在本文中，我将对自动化设备的基本组件进行解析，以帮助您更好地理解这些关键技术。
让我们从机械部件开始讨论。
在自动化设备中，机械部件是实现物理动作的基础。
这些部件包括齿轮、传动轴、连杆、轴承等等。
齿轮可以将旋转运动转化为线性运动或改变运动的方向和速度。
传动轴用于连接不同的部件，将力和运动传递到其他机械部件。
连杆可以将旋转或线性运动转化为另一种运动形式，从而实现所需的动作。
除了机械部件，电子元件也是自动化设备不可或缺的组成部分。
电子元件主要用于控制和监测自动化设备的运行。
传感器是一种常见的电子元件，用于检测环境参数（如温度、压力、光线等）并将其转化为电信号。
这些信号可以通过控制装置进行处理和分析，以便根据需要采取适当的行动。
电子元件还包括电机、运动控制器、计时器、计数器等，用于控制和调整自动化设备的运动和操作。
在现代自动化设备中，计算机控制系统扮演着至关重要的角色。
计算机控制系统能够通过编程和算法实现复杂的任务，并对自动化设备的性能进行监控和优化。
传感器和执行器与计算机控制系统连接，通过实时数据传输和反馈机制，实现设备的智能化控制。
这使得自动化设备能够根据不同的情况做出即时的反应和调整，提高生产效率和质量。
除了上述基本组件，还有一些其他的关键技术对于自动化设备的功能和性能也起着重要作用。
其中之一是通信技术，它用于设备之间的数据传输和远程监控。
通过使用通信技术，自动化设备可以实现远程操作和监控，从而提高工作效率和运行安全性。
另外，还有各种控制算法和软件工具，用于优化生产过程、调整设备参数和预测故障，以实现智能化和自适应性的控制。
自动化设备的基本组件包括机械部件、电子元件、计算机控制系统以及通信技术和其他关键技术。
这些组件共同作用，使自动化设备能够实现高效、精确和可靠的任务执行。
在未来，随着技术的不断发展，自动化设备将变得更加智能化和灵活，为各行各业的生产方式带来革命性的改变。
自动化系统构成概述 - 副本
气动马达
二、各模块简介 3.3气动执行元件
气缸
二、各模块简介 3.4液动执行元件（hydraulic actuator）
将液压能转换为机械能以实现往复运动或回转运动的执行元件，分为液压 缸、摆动液压马达和旋转液压马达三类。液压执行元件的优点是单位重量和单 位体积的功率很大，机械刚性好，动态响应快。因此它被广泛应用于精密控制 系统、航空和航天等各部门。导弹舵机采用液压缸推动舵面，可以减轻导弹重 量、提高舵系统的快速性和动态、静态刚度。它的缺点是制造工艺复杂、维护 困难和效率低。
二、各模块简介 3.2电动执行元件（electric actuator）
将电能转换成机械能以实现往复运动或回转运动的电磁元件。常用的有直 流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电动机、电磁制动器、继电器等。电动 执行元件具有调速范围宽、灵敏度高、响应速度快、无自转现象等性能，并能 长期连续可靠地工作。在特殊环境条件下，还能满足防爆、防腐、耐高温等特 殊要求。随着自动控制技术的发展，电动执行元件的品种不断更新，性能不断 提高。无刷电动机、低惯量电动机、慢速电动机、直线电动机和平面电动机等， 都是很有发展前途的新型电动执行元件。
二、各模块简介 2.3光敏元件
生活中的例子，如：红外 体温计
二、各模块简介 2.4气敏元件
气敏传感器是用来检测气体浓度和 成分的传感器，它对于环境保护和安全 监督方面起着极重要的作用。气敏传感 器是暴露在各种成分的气体中使用的， 由于检测现场温度、湿度的变化很大， 又存在大量粉尘和油雾等，所以其工作 条件较恶劣，而且气体对传感元件的材 料会产生化学反应物，附着在元件表面， 往往会使其性能变差。所以对气敏传感 器有下列要求：能够检测报警气体的允 许浓度和其他标准数值的气体浓度，能 长期稳定工作，重复性好，响应速度快， 共存物质所产生的影响小等。
自动控制元件及线路
s
∫ B cos θ d S
B, θ 不变
Φ = Φm cosθ
可以认为磁密B与 可以认为磁密 与 磁场强度向量H 有关。 磁场强度向量 有关。 磁场强度向量H 的关系是: 磁场强度向量 与B 的关系是 B=µH
从物理角度，磁场是由？产生的？ 从物理角度，磁场是由？产生的？ 磁场是由电流产生的。 电流产生的 磁场是由电流产生的。 磁场与电流的关系由？定律描述？ 磁场与电流的关系由？定律描述？ 安培环路定律（全电流定律）。 安培环路定律（全电流定律）。 的关系。 描述 H 与 I 的关系。
自动控制技术应用广泛。 自动控制技术应用广泛。 从被控制的变量看，有机械转速，机械位移， 从被控制的变量看，有机械转速，机械位移， 温度，压力，流量， 重量。 温度，压力，流量，液位 ，重量。 从控制装置所在环境看， 从控制装置所在环境看，空中的飞行器 ， 大海中的现代化舰船， 地面上的自动化装置 ，大海中的现代化舰船， 深海中的潜艇。 深海中的潜艇。 有现代化设备的地方，就有自动控制技术。 有现代化设备的地方，就有自动控制技术。
Fem
1 2 dRδ = Φδ 2 dδ
3）磁极间的力 ） 同性相斥，异性相吸，与距离平方成反比。 同性相斥，异性相吸，与距离平方成反比。
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ
p =1
0
∼
+
90
o
0
+
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
θ 0 ∼ 90 p=1 0 + +
o
∼
180
o
+
0
0.3.5 圆柱面磁场间的力矩
3．放大元件 功能是将微弱信号放大。 ． 功能是将微弱信号放大。 分为前置放大元件和功率放大元件两种。 分为前置放大元件和功率放大元件两种。 功率放大元件的输出信号具有较大的功率， 功率放大元件的输出信号具有较大的功率， 可以直接驱动执行元件。 可以直接驱动执行元件。 4．补偿元件（校正元件） 为了确保系统稳 ．补偿元件（校正元件） 定并使系统达到规定的精度指标和其他性能 指标，控制系统的设计者增加的元件。 指标，控制系统的设计者增加的元件。 作用是改善系统的性能， 作用是改善系统的性能，使系统能正常可靠 地工作并达到规定的性能指标。 地工作并达到规定的性能指标。
自动控制原理知识点
第一章自动控制的一般概念1.1 自动控制的基本原理与方式1、自动控制、系统、自动控制系统◎自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律（给定值）运行。
◎系统：是指按照某些规律结合在一起的物体（元部件）的组合，它们相互作用、相互依存，并能完成一定的任务。
◎自动控制系统：能够实现自动控制的系统就可称为自动控制系统，一般由控制装置和被控对象组成。
除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须具备以下三种职能部件。
•测量元件：用以测量被控量或干扰量。
•比较元件：将被控量与给定值进行比较。
•执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象。
参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。
2、自动控制原理及其要解决的基本问题◎自动控制原理：是研究自动控制共同规律的技术科学。
而不是对某一过程或对象的具体控制实现（正如微积分是一种数学工具一样）。
◎解决的基本问题：•建模：建立系统数学模型（实际问题抽象，数学描述）•分析：分析控制系统的性能（稳定性、动/稳态性能）•综合：控制系统的综合与校正——控制器设计（方案选择、设计）3、自动控制原理研究的主要内容4、室温控制系统5、控制系统的基本组成◎被控对象：在自动化领域，被控制的装置、物理系统或过程称为被控对象（室内空气）。
◎控制装置：对控制对象产生控制作用的装置，也称为控制器、控制元件、调节器等（放大器）。
◎执行元件：直接改变被控变量的元件称为执行元件（空调器）。
◎测量元件：能够将一种物理量检测出来并转化成另一种容易处理和使用的物理量的装置称为传感器或测量元件（热敏电阻）。
◎比较元件：将测量元件和给定元件给出的被控量实际值与参据量进行比较并得到偏差的元件。
◎放大元件：放大偏差信号的元件。
◎校正元件（补偿元件）：结构参数便于调整的元件，用于改善系统性能。
自动控制元件及线路 第五版 梅晓榕 课后答案
自动控制元件及线路第五版梅晓榕课后答案第一章简介1.1 自动控制的定义自动控制是指利用设备和线路来实现对系统或过程的自动管理和控制。
通过引入传感器、执行器和控制器等元件，可以使系统实现自动运行、自动调节和自动控制。
1.2 自动控制系统的组成自动控制系统主要由以下几个部分组成：•传感器：用于感知被控对象的状态或变量。
•执行器：用于执行控制信号，控制被控对象的状态或变量。
•控制器：通过对传感器的反馈信息进行处理，并生成控制信号，实现对被控对象的控制。
•信号调理电路：用于处理传感器信号，使其符合控制系统的输入要求。
•电源电路：为控制系统提供稳定的电源。
•通信线路：用于传输控制信号和传感器信号。
•被控对象：即需要被控制的系统或过程。
1.3 自动控制系统的分类自动控制系统可以按照不同的标准进行分类。
常见的分类方法包括按照控制方式、按照控制对象、按照控制任务等等。
按照控制方式可以分为开环控制和闭环控制。
开环控制是指控制器仅根据系统输入信号的设定值进行控制，不考虑被控对象的实际输出信号。
闭环控制则是根据系统输出信号与设定值的偏差来调节控制器的输出信号，实现对被控对象的精确控制。
按照控制对象可以分为连续控制系统和离散控制系统。
连续控制系统是指被控对象的输入与输出变量是连续变化的，如温度、压力等。
离散控制系统则是指被控对象的输入与输出是离散的，如开关等。
按照控制任务可以分为调节控制和跟踪控制。
调节控制是指对被控对象的输出变量进行调节，使其达到设定值。
跟踪控制则是指控制系统需要根据某个参考输入信号来跟踪输出信号，如跟踪轨迹等。
第二章传感器2.1 传感器的基本原理传感器是通过物理、化学、生物等效应来实现将被测量物理量转换为电信号的装置。
传感器的基本原理可以分为以下几种：•电阻性原理：根据被测量物理量对电阻的影响，如热敏电阻、应变电阻等。
•电容性原理：根据被测量物理量对电容的影响，如电容式湿度传感器等。
•压阻性原理：根据被测量物理量对压阻的影响，如压力传感器等。
自控复试面试题目(3篇)
第1篇一、基础知识部分1. 题目：请简述自动控制系统的基本组成和功能。
解析：自动控制系统通常由被控对象、控制器、执行机构和反馈环节组成。
被控对象是系统要控制的设备或过程；控制器根据给定值与反馈值的偏差，产生控制信号；执行机构将控制信号转换为对被控对象的控制作用；反馈环节将被控对象的输出反馈给控制器，形成闭环控制系统。
2. 题目：什么是开环控制系统？什么是闭环控制系统？请比较两者的优缺点。
解析：开环控制系统是指控制信号不反馈到控制器，仅根据输入信号进行控制。
闭环控制系统是指控制信号反馈到控制器，根据输入信号和反馈信号进行控制。
开环控制系统的优点是结构简单、成本低；缺点是鲁棒性差，容易受到外部干扰的影响。
闭环控制系统的优点是鲁棒性好、稳定性高；缺点是结构复杂、成本高。
3. 题目：什么是比例控制器、积分控制器、微分控制器？它们各自的特点是什么？解析：比例控制器（P控制器）只对输入信号进行比例放大，无积分和微分作用；积分控制器（I控制器）对输入信号的积分进行放大，用于消除稳态误差；微分控制器（D控制器）对输入信号的微分进行放大，用于预测系统的动态响应。
比例控制器适用于无稳态误差的系统；积分控制器适用于有稳态误差的系统；微分控制器适用于需要快速响应的系统。
4. 题目：什么是PID控制器？简述其特点和应用。
解析：PID控制器是比例、积分、微分控制器的简称，它结合了比例、积分、微分控制器的优点。
PID控制器具有以下特点：①可以消除稳态误差；②具有良好的动态响应特性；③易于实现。
PID控制器广泛应用于工业控制、航空航天、机器人等领域。
5. 题目：什么是系统稳定性？如何判断一个系统的稳定性？解析：系统稳定性是指系统在受到扰动后，能否恢复到初始状态。
判断系统稳定性的方法有：①奈奎斯特判据：通过绘制系统的Nyquist图，判断系统是否稳定；②Bode图：通过绘制系统的Bode图，判断系统是否稳定；③根轨迹法：通过绘制系统的根轨迹，判断系统是否稳定。
生产线自动化控制系统设计与实现
生产线自动化控制系统设计与实现随着现代制造业的不断发展，自动化控制系统已经成为了必不可少的一部分。
对于生产线来说，自动化控制系统可以提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量，还可以增强企业的竞争力。
一、生产线自动化控制系统的基本原理当我们需要对生产线进行自动化控制时，需要考虑生产线所要进行的工艺过程、所需要完成的动作、所需要使用的控制元件等。
基本的控制元件包括传感器、执行器、计算机、PLC等。
生产线自动化控制系统的核心是PLC（可编程逻辑控制器），其主要通过输入模块获取感应器的信号，并通过处理能够对执行器进行控制，从而实现对生产线的自动化控制。
PLC通过运行控制程序对生产线的各个环节进行控制，而控制程序是根据生产线的需要进行编写的程序，一旦编写完成后，程序将随时对生产线进行控制，直到程序被修改为止。
二、设计生产线自动化控制系统的方法和技巧1、明确生产线要求在设计生产线自动化控制系统时，首先要明确生产线所要进行的工艺过程、要完成的动作，需要使用的控制元件等，从而能够准确把握整个生产线的控制需求。
2、确定PLC型号在进行生产线自动化控制系统设计时，需要先明确所需要使用的PLC型号，一般情况下，PLC需要根据所控制的机器和设备的复杂程度来选购，以确保控制能力的稳定性和可靠性。
3、程序设计在整个生产线的自动化控制系统设计中，程序设计是最为重要的一个步骤。
程序设计需要根据控制需求编制相应的程序，并进行调试和修改，从而确保程序的可靠性和稳定性。
同时，需要在程序设计中考虑到可能出现的异常情况，比如说控制元件出现故障时应该如何处理等。
4、安装和测试在程序设计完成后，需要对整个系统进行安装和测试，确保系统的工作能力和稳定性。
在安装和测试中，需要检查控制元件的连接和布线，以及各个控制元件的动作是否准确、灵敏等。
三、生产线自动化控制系统的优点与局限1、优点(1)提高生产效率：自动化控制系统可以实现自动化生产，减少人力参与，提高生产效率。
一级建造师机电工程考点问答(81-100)
81、高压负荷开关的特点和作用是什么?答：高压负荷开关(QL)具有简单的灭弧装置，能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但是不能用它来断开短路电流，它常与熔断器一起使用，具有分断短路电流的能力。
高压负荷开关大多还具有隔离高压电源，保证其后的电气设备和线路安全检修的功能，因为它断开后通常有明显的断开间隙，与高压隔离开关一样，所以这种负荷开关有“功率隔离开关”之称。
82、各种断路器的各自特点是什么?答：(1)油断路器按油量大小又分为少油和多油两类。
少油断路器的油量少，只作灭弧介质用。
少油断路器因其成本低，结构简单，依然应用于不需要频繁操作及要求不高的各级高压电网中，但压缩空气断路器和多油断路器已基本淘汰。
(2)真空断路器和SF6断路器目前应用较广，高压真空断路器是利用“真空”作为绝缘和灭弧介质，具有无爆炸、低噪声、体积小、重量轻、寿命长、电磨损少、结构简单、无污染、可靠性高、维修方便等优点，因此，虽然价格较贵，仍在要求频繁操作和高速开断的场合，尤其是安全要求较高的工矿企业、住宅区、商业区等被广泛采用。
(3)SF6断路器具有下列优点：断流能力强，灭弧速度快，电绝缘性能好，检修周期长，适用于需频繁操作及有易燃易爆炸危险的场所;但是，SF6断路器的要求加工精度高，密封性能要求严，价格相对昂贵。
83、高压开关柜在结构设计上要求具有的“五防”功能是什么?答：所谓“五防”是指防止误操作断路器、防止带负荷拉合隔离开关(防止带负荷推拉小车)、防止带电挂接地线(防止带电合接地开关)、防止带接地线(接地开关处于接地位置时)送电、防止误入带电间隔。
1H411050 自动控制系统类型、组成和自动控制方式1H411051 掌握自动控制的方式84、自动控制系统的基本元件是什么?答：自动控制系统的基本元件是测量元件、变送器、自动控制器、执行元件。
85、什么是自动控制系统的开环控制方式?答：开环控制是最简单的一种控制方式，按照控制信息传递的路径，它所具有的特点是：控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反向通路。
自动控制系统主要有哪些环节组成
自动控制系统主要有哪些环节组成1.自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。
b控制器：接收变送器送来的信号，与希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。
c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
d被控对象：控制装备所控制的生产设备。
2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置；被控变量：工艺上希望保持稳定的变量；操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。
给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值；干扰变量：造成被控变量波动的变量。
3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化）5.自动控制系统的基本要求：稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件快速性：反应系统在控制过程中的性能准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。
提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。
6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。
7.自动系统的控过渡过程及其形式控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程，等幅振荡过程，发散振荡过程8.衰减振荡过渡过程的性能指标衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。
（以新稳态值为标准计算）最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值与设定值之差。
调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~动态数学模型：表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述10.描述对象特性的参数放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
自动化控制系统的组成
自动化控制系统的组成自动化控制系统是指通过一定的技术手段，实现对生产、工艺、设备等系统的自动化控制和调节，以达到提高生产效率、降低成本、提高产品质量等目的的系统。
它由三大部分组成：传感器与执行元件、控制器和执行机构。
1. 传感器与执行元件传感器是自动化控制系统中最基本的组成部分之一，它可以将被测量对象（如温度、压力、流量等）转换为电信号，供后续处理使用。
传感器根据其测量原理可以分为多种类型，如热敏电阻、热电偶、压力传感器、光电传感器等。
执行元件是自动化控制系统中另一个重要的组成部分，它能够根据控制信号来实现某种特定功能。
例如，气动执行元件可以将气体压缩或释放来完成机械运动；液压执行元件则能够通过液体的压缩或释放来完成机械运动。
2. 控制器控制器是自动化控制系统中最核心的组成部分之一，它能够对传感器采集到的数据进行处理，并输出相应的控制信号，以实现对被控制对象的控制和调节。
根据其工作原理，控制器可以分为多种类型，如PLC、DCS、PID等。
PLC（可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于工业自动化领域的控制器，它可以通过编程来实现对生产线、机械设备等的自动化控制和调节。
DCS（分布式控制系统）是一种在大型工业生产中广泛使用的控制系统，它能够对整个生产过程进行全面监测和管理，并实现对各个子系统的集中控制。
PID（比例-积分-微分）是一种常用的闭环反馈控制方法，它能够根据被测量对象与目标值之间的差异来输出相应的调节信号，以实现对被控对象的精确调节。
3. 执行机构执行机构是自动化控制系统中最终实现对被控对象进行操作的组成部分。
例如，在工业生产中常用的电机、气缸、液压马达等都属于执行机构。
执行机构能够将由传感器和控制器提供的信号转换为相应的物理运动或力量输出，从而完成对被控对象的控制和调节。
总之，自动化控制系统由传感器与执行元件、控制器和执行机构三大部分组成。
它能够实现对生产、工艺、设备等系统的自动化控制和调节，从而提高生产效率、降低成本、提高产品质量等目的。
自动控制系统的基本组成与分类
自动控制系统的基本组成与分类自动控制系统的基本组成如前所述，自动控制系统(即反馈控制系统)由被控对象和控制装置两大部分组成，根据其功能，后者又是由具有不同职能的基本元部件组成的。
图1．12是一个典型的自动控制系统的基本组成示意图，图中组成系统的各基本环节及其功能如下。
1．被控对象如前所述，被控对象是指对其莱个特定物理量进行控制的设备或过程出即为系统的输出员，即被控量，通常以c(r)(或y(f))表示。
2．阁量元件测量元件用于对输出量进行测量，并将其反馈至输入端。
如果输出量与输入量的物理单位不同，有时还要进行相应的量纲转换*例如，温度测量装置(热电偶)用于团量湿度并转换为电压(见固1．2)，测速发电机用于测量电动机轴转速井转换为电压(见田1．9)。
3．给定元件根据控制日的，给定元件将给定量转换为与期望输出相对应的系统治入量(通常以r(‘)表示)，作为系统的控制依据。
例如，图1．9中，给定电压M2的电位器即为给定元件。
4．比较元件比较元件对输入量与测量元件测得的输出量进行比较，并产生偏差信号中的电压比较电路。
通常，比较元件输出的偏差信号以‘(2)表示。
5．放大元件放大元件是特比较元件结出的(檄弱的)偏差信号进行放大(必要时还要进行物理量的转换)。
例如，图1．9中的ATMEL代理放大器和晶闸管整流装置等。
6．执行元件执行元件的功能是，根据放大元件放大后的偏差信号，推动执行元件去控制被控对象，使其被控量按照设定的要求变化。
通常，电动机、液压马达等都可作为执行元件。
7．校正元件校正元件又称补偿元件，用于改善系统的性能，通常以串联或反馈的方式连接在系统中。
在图1．12中，作用信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称为前向通路；系统治出量经测旦元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路；前向通路和主反馈通路构成的回路称为主反馈回路，简称主回路。
除此之外，还有局部反馈通路以及局部反馈回路等*将只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，将包含两个或两个以上反馈通路的系统称为多回路系统。
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5.4 信息应用设备——执行器
常用工业执行器 变压器
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5.4 信息应用设备——执行器
常用工业执行器 直流电机
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同时控制网络还要在与操作终端、上层管理网络的数据连 接和信息共享中发挥作用。近年来，随着互联网技术的发展， 已经开始对现场设备提出了参数的网络浏览和远程监控的要 求。
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5.3 信息处理设备——控制器
控制器的作用
控制器的作用是把控制对象输出的实际值和参考输入（参 据量）进行比较，以得到偏差，并根据偏差产生一个控制信 号，使偏差减小期望的范围。自动控制以这种方式产生控制 信号，称为控制作用。
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5.1 信息获取元件——传感器
传感器的分类
1）按传感器测量原理分类，传感器可分为电阻式传感器、电 容式传感器和超声波传感器
2）按信号变换特征分类，传感器可分为物性型和结构型。
3）按敏感元件与被测对象之间的能量关系，传感器可分为能 量转换型与能量控制型。
按要求变化所需要的能量或物质。
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本章作 业
P137 T1，T2，T3, T7， T8
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传感器的英文 sensor，比中文更传神！顾名思义，就是可 以像我们的身体器官一样感受周围环境的一种装置。
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5.1 信息获取元件——传感器
什么是传感器？
系统
输入
输出
传感器
x(t)
y(t)
外驱动 yd
输入
传感器 x(t)
输出
y(t) yd
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5.1 信息获取元件——传感器
几种常见的传感器
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5.1 信息获取元件——传感器
新型汽车主要传感器分布图
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5.2 信息传输设备——信号转换与传输网络
模糊控制器、 专家系统控制器、 神经网络控制器等等。
在这里，控制器的分类是一个发展的概念，随着控制 方法的日新月异，新的控制器也将不断出现。
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5.4 信息应用设备——执行器
执行器的作用
执行器是控制系统中的功率部件，是被控制对象的直接 驱动装置，控制器的指令一般要通过执行器得以实现，而 执行器的驱动输出取决于控制器的控制作用。
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5.2 信息传输设备——信号转换与传输网络
点对点控制系统
传统控制理论研究的系统大多是“点对点控制系统”，其 结构也就是一般反馈控制系统的结构图所示，它认为系统中 信息由一个元件向下一个元件的传输是立即发出并立即到达 的，可以认为没有传输的时间延迟（时延）。
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5.2 信息传输设备——信号转换与传输网络
网络控制系统
“网络控制系统”的信息传输要经过通讯网络，其信号的传输 相对比较复杂，如存在传输时延和数据包的丢失等现象。网络 控制系统已被广泛应用于大型工业过程控制及小型局域系统 （如航天器、船舶和新型高性能汽车等）中；由于将通讯网络 引入了实际控制系统，系统的信号传输要经过实时网络，从而 使系统的分析和设计变得比较复杂。
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5.4 信息应用设备——执行器
常用工业执行器 交流电机
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5.4 信息应用设备——执行器
常用工业执行器 步进电机
电源
工作
机构
脉冲发生器
脉冲分配
放大
电动机
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从信息传输和处理角度看，执行器是信息处理的落足点， 是信息流对能量流、物质流的转换装置，执行器可实现对 信息的应用，将控制信号变换为导致被控量按要求变化所 需要的能量或物质。
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5.4 信息应用设备——执行器
常用工业执行器 电磁铁和电磁继电器
《自动化导论》
《Introduction to Automation》
南京大学工程管理学院 周献中
zhouxz@
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第五章 自动控制系统的基本元件与设备
5.1 信息获取元件——传感器 5.2 信息传输设备——信号转换与传输网络 5.3 信息处理设备——控制器 5.4 信息应用设备——执行器
4）按被测量分类即按用途分类，传感器可分为三大类： (1) 按传感器上所依据转换原理可分为：物理、化学、生物传
感器等； (2) 按传感器测量量的性质可分为：压力、加速度、气体浓度、
离子浓度等； (3) 按传感器应用可分为：汽车、医学、航天等。
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5.1 信息获取元件——传感器
自动控制系统的信息获取是通过测量实现的。
什么是测量？
定义：测量就是以同性质的标准量与被 测量比较，并确定被测量对标准 量的倍数。标准量称为单位量， 测量的结果称为测量量。
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自动控制系统中信息传输
自动控制系统的信息传输要求具有快速性、可靠性和准确 性，但这些性能的保证要受信息传输环节的影响，传输网络 结构的差异决定了系统信息传输的特点和性能。
自动控制系统按照其信息传输的途径和特点可以分为 “点对点控制系统”和 “网络控制系统”两大类。
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5.2 信息传输设备——信号转换与传输网络
控制网络的任务
控制网络要将现场运行的各种信息传送到远离现场的控制 室，在将生产现场设备的运行参数、状态以及故障信息等送 往控制室的同时，又将各种控制、维护、组态命令等送往位 于现场的测量控制现场设备中，起着提供现场级控制设备之 间数据联系与沟通的作用。
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本 章小 结
一个具有反馈结构的自动控制系统，其本质是信息的处理和控 制，其功能的发挥必须通过一系列基本元件和设备来完成，其 中最关键的基本元件和设备是传感器、控制器和执行器。
自动控制系统的信息获取主要是通过各种传感器的感测实现的。 在复杂的控制系统中，往往存在多种不同特性的传感器，因此 学习并掌握不同传感器的原理和特性对完成自动控制系统的设 计十分重要。
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5.1 信息获取元件——传感器
用什么来测量？
在自动化系统中，实现测量任务 的元器件被称为信息获取元件， 主要是各种传感器。
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5.1 信息获取元件——传感器
什么是传感器？
关于传感器的定义，有很多种说法，一般有广义和狭义之 分，传感器广义上的定义是“能感受规定的被测量并按照 一定规律转换成可用输出信号的器件和装置”；而传感器 狭义上的定义是“一种将物理量转变为电量的机械电子装 置”。
广义被控对象
执行器
被控对象
传感器
ca (k)
通讯网络
sc (k)
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u(k)
z(k)
控制器
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பைடு நூலகம்
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5.2 信息传输设备——信号转换与传输网络
自动控制系统的信息传播网络的特点 （1）高实时性要求
（2）高可靠、高安全性要求 （3）良好的确定性要求
简单地说，控制器即是指在控制系统中根据控制算法而进 行决策的装置。
在自动控制系统中，控制器是其核心，一个控制系统的设计 工作主要任务是设计合适的控制器以达到控制目的。
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5.3 信息处理设备——控制器
控制器的分类
如果按照控制器所采用的控制方法来分类，主要有： PID控制器（目前是工程上最常用的模拟控制器） 智能控制器
控制器是整个自动控制系统的“大脑”，也是整个控制系统的 核心。控制器的组成会根据控制要求和设计要求各不相同。一 个复杂的智能控制器则需要由单片机（一种微型计算机）构成， 不仅包括硬件，还包括含复杂控制算法的软件。
执行器是一系列动作和驱动元件在控制系统的统称，其主要功 能是执行控制器的控制指令，并将控制信号变换为导致被控量
具体来说，传感器就是一个具有输入和输出的系统。 图 (a)表示自激发式传感器系统，而图 (b)则表示调制 式传感器系统．