自动控制系统基本概念(课堂PPT)
自动控制原理_胡寿松_第五版_第一章_绪论(简)改ppt
掌握系统的基本分析方法
为设计自动控制系统打下一定的基础 为进一步的学习和研究控制理论创造条件
教学方式：讲授 学时：48 H 考核方式： 笔试70％ 平时30％：作业（20％），课堂（10％） 教材： 胡寿松主编，《自动控制原理基础教程》第三版，科学 出版社 参考书： 李友善主编，《自动控制原理》，国防科技出版社 高国燊主编，《自动控制原理》，华南理工大学出版社 文锋主编，《自动控制理论》，中国电力出版社 目标：学到真本事，考个好成绩！ 要求：认真听课，不能无故旷课、迟到；独立完成作业，能够提 出问题，讨论问题。 即：严肃认真，生动活泼！
前苏联发射“月球”9号探测器，首次在月面软着 陆成功(1966)，三年后(1969)，美国“阿波罗”11号 把宇航员N. A. Armstrong 送上月球。
第一台火星探测器Sojourner在火星表面软着陆(1996)。
旅行者Voyager 一号，二号开始走出太阳系， 对茫茫太空进行探索。
控制论是一门多学科性的技术科学。在理论研究中，广 泛的使用了各种数学工具：微积分，概率论，复变函数，泛 函，变分法，拓扑学等，实际上是数学的一个分支。
信号与系统（含 拉氏变换，傅氏 变换、z变换
复变函数
电路理论
模拟电子技术
电机与拖动
自动控制理论
线性代数 微积分（含微分方程）
大学物理（力学、热力学）
我们讨论的自控原理，仅仅是控制论的一个小部分，只讨论 了控制系统分析和设计的最一般的理论。属于经典控制部分。
Chapter 1: 主要介绍自动控制的基本概念，控制系统的常用术语及方框图表示； 主要内容： 1.自动控制、自动控制系统的概念 2.自动控制系统的基本方式 3.自动控制系统的类型 4.自动控制系统的要求和分析设计 chapter 2: 如何建立系统的数学模型（定量分析的基础），着重讨论对传递 函数的分析和基于方框图、梅逊公式的数学模型的简化方法；
信号与系统 自动控制原理课件
图1-3 自动控制系统的简化方框图
7.4 自动控制系统的分类
开环控制 闭环控制(反馈控制) 复合控制
一.按控制方式分类
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1.开环控制系统
系统的输入和输出之间不存在反馈回路，即输出量 对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制 系统。开环控制又分为无扰动补偿和有扰动补偿两种。
n r 给定值 干扰 c 被控量
控制器
测量信号
执行机构 测量、变送器
受控对象
图1-2 自动控制系统的典型方框图
用“ ”号代表比较元件，“—”号代表两者符号 相反，“+”号代表两者符号相同。信号沿箭头方向从输 入端到达输出端的传输通路称前向通路；系统输出量经 测量元件反馈到输入端的传输通路称反馈通路。
３.复合控制系统
是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式。它 是在闭环控制的基础上，加入给定输入信号或扰动输入 信号的补偿通道，用来提高系统的控制精度，这样的系 统称为复合控制系统。
• 现代控制理论
以状态空间法为基础， 研究多输入-多输出、 时变、非线性一类控制 系统的分析与设计问题。 系统具有高精度和高效 能的特点。
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7.2 自动控制和自动控制系统
过热器
蒸汽流量
过热器
蒸汽流量 给定值
气 鼓 省 煤 器
眼
脑 手
气 鼓 给 水 流 量
省 煤 器
测 量 变送器
控制器
执行机构
给水 流量 控制阀
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二 、对控制系统的性能要求 控制任务
自动控制的任务:在理想情况下，使受控对象的被控 量等于给定值。 各类控制系统为达到理想的控制目的，必须满足一 定的性能要求： 1、对随动系统，要求系统的被控量能迅速、准确地 跟踪给定输入的变化，而不受干扰的影响。 2、对恒值系统，要求系统能迅速克服干扰的影响， 使被控量准确地恢复至期望值。
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
自动控制系统的概述教案
自动控制系统的概述教案一、引言自动控制系统是现代工业、交通、航空和生活中广泛应用的关键技术之一。
它可以通过对各种控制器的组合和协调，实现对各种系统的自动化操作和监控。
本教案旨在介绍自动控制系统的基本概念、原理和应用，帮助学生全面理解自动控制系统的工作原理和应用领域。
二、教学目标1. 了解自动控制系统的基本概念和组成部分；2. 掌握自动控制系统的工作原理；3. 理解自动控制系统在不同领域的应用。
三、教学内容1. 自动控制系统的定义和基本概念；2. 自动控制系统的组成部分：传感器、执行器、控制器和反馈环路；3. 自动控制系统的工作原理：开环控制和闭环控制；4. 自动控制系统在工业、交通、航空和生活中的应用案例。
四、教学步骤1. 引入自动控制系统的概念，让学生了解自动控制系统的重要性和广泛应用；2. 介绍自动控制系统的基本概念，包括定义和组成部分；3. 解释自动控制系统的工作原理，通过开环控制和闭环控制的比较，让学生理解两种控制方式的区别和应用场景；4. 展示自动控制系统在工业、交通、航空和生活中的实际应用案例，增强学生对自动控制系统的理解和兴趣；5. 进行课堂练和讨论，帮助学生巩固所学知识；6. 总结本堂课的重点内容，并布置相关作业。
五、教学资源1. PPT 讲义：包括自动控制系统的基本概念、组成部分、工作原理和应用案例；2. 教学视频：展示自动控制系统的实际应用场景；3. 相关课程资料：提供给学生进一步阅读和研究的材料。
六、评估方法1. 课堂小测：检验学生对自动控制系统的基本概念和工作原理的理解程度；2. 作业：要求学生分析一个自动控制系统的实际应用案例，并撰写一份相关报告。
七、延伸拓展1. 了解更多自动控制系统的应用领域和发展趋势；2. 探索自动控制系统在智能化、网络化和可持续发展方面的创新应用。
八、参考资料1. 王明. 自动控制原理. 人民邮电出版社, 2018.2. 刘刚, 王艳. 基于自动控制系统的发展趋势与预测研究. 自动化技术与应用, 2019(1).。
自动控制系统ppt课件
(二) 逆变器输出电压与脉宽的关系 单极式SPWM 脉冲幅值1/2Us.在半个周波内有 N个脉冲,个脉冲不等宽 但中心间距一样, 等三角波的周期
令 第 个矩形脉冲宽度为 其中心点相位角
因为从原点始只有半个三角波
因为输出电压波形 负半波左右对称,是一个奇 次周期函数
把N个矩形脉冲代表的 代入上式,须先求的每个 脉冲的起始和终止相位角
五.研究自动控制系统的方法
定性分析 建立数学模型
定性分析 建立数学模型
定量分析
定性分析
对系统校正 工程实践
对系统校正
称心？
N
Y 工程实践
六.本课程与其它课程的关系
先修课程 电机学、自控原理、电子技术
后续课程 计算机控制系统
六.本课程与其它课程的关系
主要内容 直流电机自动控制系统 交流电机自动控制系统
§7-1变频调速的基本控制方 式
电机调速时希望磁通量Φm为额定值不变 三相异步机每相电势 Eg=4.44f1N1KN1Φm f1------定子频率 KN1---基波绕组系数 N1-----定子每相绕组串联匝数 Φm ----每极气隙磁通量(Wb)
一.基频以下调速
f1从额定f1n向下调。 要求： Eg /f1 =常数。
二.自动控制系统的分类
③过程控制系统 特点：对生产过程自动提供一定的外界条件，
例如：温度、压力、流量、粘度、浓度等参 量保持恒定或按一定的程序变化。对其中的 每一局部，可以是随动系统，也可以是恒值 系统。 例子：化工厂控制系统。
二.自动控制系统的分类
2.按数学模型分类 数学模型 描述系统内部各物理量之间关系的数学表达式。 静态模型 变量各阶导数为零的条件下。
二:直接变频装置(AC-AC)
自控原理第1、第2章
第一章自动控制系统概念【教学目的】1了解自动控制系统的工作原理、分类和特点。
2．掌握负反馈在自动控制系统中的作用。
3．掌握自动控制系统的组成和各部分的作用。
4．根据工作原理图，确定控制系统的被控对象、控制量和被控制量正确画出系统的方框图。
5．了解对控制系统的要求。
【教学重点】1 闭环系统（或反馈系统）的特征：采用负反馈，系统的被控变量对控制作用有直接影响，即被控变量对自己有控制作用。
2 典型闭环系统的功能框图。
【教学难点】由系统的物理结构图或工作原理示意图绘出系统元件框图。
【教学方法及手段】通过课堂授课讲解几个典型例题使学生对概念能够理解，建立负反馈概念，并举一些生活例子来说明。
【课外作业】系统分析例题，完成课后习题1-1，1-4。
【学时分配】2课时。
【教学内容】第一节一些重要的概念与名词自动控制在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程按照预定的规律运行。
自动控制系统由控制器和被控对象组成，能够实现自动控制任务的系统。
被控制量在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量。
控制量作为被控制量的控制指令而加给系统的输入星．也称控制输入。
扰动量干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量，也称扰动输入或干扰掐入。
反馈通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端，与输入信号相比较。
反送到输入端的信号称为反馈信号。
负反馈反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号。
负反馈控制原理检测偏差用以消除偏差。
将系统的输出信号引回插入端，与输入信号相减，形成偏差信号。
然后根据偏差信号产生相应的控制作用，力图消除或减少偏差的过程。
开环控制系统系统的输入和输出之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。
开环控制又分为无扰动补偿和有扰动补偿两种。
(l)无扰动补偿开环控制原理方框图如图1．1(a)所示。
信号由控制信号到被控制信号单向传递，对扰动引起的误差无补偿作用。
这种方式结构简单，适用于结构参数稳定、扰动信号较弱的场合。
自动控制原理简明教程(第二版)ppt
• 传感器包括测量环境参数的传感器(温、湿度、光照、二氧化碳、 土壤水分等)以及营养液成分(pH，电导、氮、磷、钾等)，小气象 传感器(风速、风向、大气温湿度和大气压等)等。
➢1948年美国麻省理工学院出版了另一本《伺服机件原理》教材， 建立了现在广泛使用的频域法
➢1948年维纳(Wiener)在他的名著《控制论：关于在动物和机器中控 制和通信的科学》中基于信息的观点给控制论(Cybernetics)下了一 个广义的定义。而在控制工程中又称为控制理论(Control Theory)。
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 1-2 自动控制系统实例 1-3 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求
2024/5/10
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自动控制
自动控制是指在无人直接参与的情况下，利用外加的设 备或装置（统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运行。
➢1960年在美国自动控制联合会第一届年会上首次提出 “现代控制理论”这个名词。
➢在状态空间法发展初期，具有重要意义的是庞特里亚金 （Pontryagin）的极大值原理。贝尔曼（Bellman）的动态 规划理论和卡尔曼（Kalman）的最佳滤波理论，有人把它 们作为现代控制理论的起点，主要研究系统辨识、最优控 制、最佳滤波及自适应控制等内容。
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• 自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的建 立、分析与设计。
《第1课自动控制系统》学历案-小学信息技术浙教版23六年级下册
《自动控制系统》学历案（第一课时）一、学习主题本节课的学习主题为“自动控制系统”。
自动控制系统是一种应用广泛的技术，在家庭、工业、交通等各个领域都发挥着重要作用。
在小学阶段，学生将初步了解自动控制系统的基本概念、工作原理和实际应用。
二、学习目标1. 知识与理解：了解自动控制系统的基本概念，理解其工作原理和组成部分。
2. 技能与操作：通过实例分析，学会识别和描述简单的自动控制系统。
3. 情感态度与价值观：培养学生对自动控制系统的兴趣和好奇心，激发其探索科技奥秘的热情。
三、评价任务1. 课堂表现评价：观察学生在课堂上的参与度、互动情况和回答问题的情况，评价其学习态度和表达能力。
2. 作品评价：学生将通过制作一个简单的自动控制系统模型来展示学习成果，教师将根据模型的创意、制作过程和最终效果进行评价。
3. 课堂练习评价：通过完成相关的课堂练习题，评价学生对自动控制系统知识的掌握情况。
四、学习过程1. 导入新课：通过展示一些生活中常见的自动控制系统实例（如自动门、智能家居等），引起学生的兴趣，引出本节课的学习主题。
2. 新课讲解：教师通过课件或实物，详细讲解自动控制系统的基本概念、工作原理和组成部分。
重点介绍传感器、控制器和执行器等关键部件的作用和原理。
3. 实例分析：教师选取一两个具体的自动控制系统实例，引导学生进行分析，让学生学会识别和描述简单的自动控制系统。
4. 动手操作：学生根据教师提供的材料和步骤，制作一个简单的自动控制系统模型。
教师在此过程中给予指导和帮助，确保学生能够顺利完成制作。
5. 课堂练习：学生完成相关的课堂练习题，巩固所学知识。
教师巡视指导，及时解答学生疑问。
6. 总结反馈：教师对本节课的学习内容进行总结，并对学生进行评价和反馈。
同时，引导学生思考自动控制系统在生活中的应用和未来发展。
五、检测与作业1. 检测：通过课堂小测验或课后作业的形式，检测学生对自动控制系统知识的掌握情况。
2. 作业：布置相关的家庭作业，让学生收集生活中常见的自动控制系统实例，并尝试分析其工作原理和组成部分。
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阶跃干扰作用时过渡过程品质指标示意图
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第三节 被控对象的特性
指被控对象在受到输入信号作用(干扰作 用或控制作用)后，其输出信号(亦即被控 变量)随时间变化的特性。
一、描述对象特性的参数
1．放大系数K
2．滞后时间τ
3．时间常数Tc
水槽液位的变化曲线
被控对象——生产设备
变送器
显示仪表
自动化装置 控制器
执行器
变送器
调节器 执行器
被控对象
简单控制系统组成示意图
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四、基本术语 1. 调节对象：自动化装置控制下的生产设备 2. 被调参数：需维持在某一预定范围的参数 3. 给定值：要求被调参数稳定的某一范围 4. 干扰：影响被调参数偏离给定值的因素 5. 控制作用：把偏离给定值的被调参数调回
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二、自动控制系统的过渡过程 1. 自动控制系统的过渡过程
被控变量随时间变化而变化的过程称为 自动控制系统的过渡过程 2. 阶跃干扰 干扰比较突然，比较危险，对被控变量 的影响也最大 干扰的形式简单，容易实现，便于分析、 实验和计算。
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阶跃干扰作用图
133.过渡过程的四种基本式(1)非振荡的单调过渡过程 被控变量在给定值 的某一侧作缓慢变化，没有来回波动，最后稳 定在某一数值上,(图 (a)) (2)衰减振荡过程 被控变量上下波动，但幅度 逐渐减小，最后稳定在某一数值上，(图 (b)) (3)等幅振荡过程 被控变量始终在某一幅值的 上下波动， (图 (c)) (4)发散振荡过程 被控变量上下波动，幅度逐 渐变大，(图 (d))
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调节特性：
阀门
t
缺点：执行机构的动作过于频繁 被控变量产生持续的等幅振荡过程
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具有中间区的双位控制过程
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（二）比例控制（P控制） 控制器输出的改变量与被控变量的偏差 值成正比例。 P=KP·e
1、液位比例控制
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2. 比例度δ
使控制器输出变化全范围时，输入偏差改变了
满量程的百分数 。比例度可用下式来表示。
自动控制技术基本概念
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第一节 自动控制概述
一、人工调节与自动调节 1、人工调节过程
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•眼的观察：监视被调参数的变化 •大脑的思维：比较、决策、发出命令 •手的执行：改变阀门的开度
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2、自动调节过程 • 检测被调参数并转化为标准信号 • 比较被测参数并发出执行命令 • 改变阀门的开度，改变被调参数
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过渡过程的几种基本形式图
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4. 自动控制系统的品质指标
• 余差c（静差）：过渡过程终了时的残余偏差 • 最大偏差或超调量A ：被控变量偏离给定值的
最大值 • 衰减比n：表示衰减程度的指标，即曲线中前后
两个相邻波的峰值之比，即：B ：B，习惯上用
n:1表示
• 过渡时间(或回复时间) Ts: 从干扰作用后，系统
给定值的作用 6. 偏差：给定值与被调参数测量值之差
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五、自动控制分类 1. 自动检测系统：P、Q、T、H检测 2. 自动保护系统：对参数的保护控制 3. 定值控制系统：将参数稳定在一定范围，
又称自动调节系统 4. 自动操纵系统：程序控制 5. 随动控制系统：自动跟踪系统
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六、自动控制系统的方框图 1、方框图：反映系统各组成部分之间的相
互影响和信号联系。
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2、正、负反馈 • 反馈：把输出信号重新送回到输入端的过
程 • 正反馈：使原来的输入信号(e)增强的反馈
e=x+z • 负反馈：使原来的输入信号(e)减小的反馈
e=x-z
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第二节 自动控制系统的过渡过程及品质指标
一、系统的静态和动态 静态：平衡状态 相对的、暂时的、有条件的 动态：参数不断变化状态 普遍的、绝对的、无条件的
例控制、积分控制、微分控制
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（一）双位控制 1. 位：阀门开、关的位置。 2. 双位：阀门全开、全关两个位置。 3. 双位控制是指当测量值大于给定值时，
控制器输出为最大，当测量值小于给定 值时，控制器输出为最小（即开或关）。
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• 贮罐液位控制：液位上升， 与电极接触，继电器接通， 线圈内可动铁芯移动， 关闭阀门
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有容量滞后的对象特性
不同时间常数时的反应曲线
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二、对象特性的数学描述(数学模型) 在工艺流程和设备结构已定的条件下， 研究系统的各个输入变量是如何影响系 统的状态和输出变量的
三、对象特性的测取 1
对象的反应曲线
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2．矩形脉冲法
矩形脉冲特性曲线
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第四节 基本控制规律
一、控制（调节）规律： 1. 控制器输入偏差e与输出变化值P的关系 2. 基本控制（调节）规律：位式控制、比
式中
ep //X pm ma ax xX pm miinn10% 0
e —— 控制器输入变化量(即偏差)
△P ——
Xmax－Xmin—— Pmax－Pmin——控制器输出的工作范围
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3. 控制器比例度δ的大小与输入输出的关系
比例度与输入和输出的关系
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4、特点 • 反应快、无滞后，偏差大，输出也变化
缺点：在偏差出现的瞬间不能立即作用
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（四）微分控制（D控制）
• 控制器的输出变化量与偏差变化速度成 正比。
P
TD
de dt
• 对变化速度快的偏差，微分调节输出变 化值也大，有“超前”调节功能。
• 对不变化的偏差，微分控制不起作用， 也不能消除余差。
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阶跃输入时微分调节器特性
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微分时间对过渡过程的影响
4
二、自动控制系统的定义 • 自动控制是在人不直接参与的情况下，
利用外加的设备或装置，使整个生产过 程或工作机械（被控对象）自动地按预 定规律运行，或使某个参数（被控参数） 按预定要求变化。
• 自动调节系统是利用自动化装置克服干 扰，把偏离给定值的被调参数调回到给 定值上的系统。
5
三、自动控制系统的组成
大，但存在余差，只适于有差调节系统。 • 存在余差的原因：负荷变化前，浮球在
一个位置，进口阀门在某一个开度，出 量增大后，液位降低，浮球下降，进口 阀门开度增大，进、出水量一相等，液 位在新的位置平衡。
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（三）积分控制（I控制）
积分控制作用的输出变化量与偏差的积分
成正比。
P
1 Ti
edt
只要偏差存在，积分作用一直作用下去， 就有输出信号，能消除余差
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（五）比例积分微分（PID）控制系统 1. 控制器的输出为三部分输出之和。 2. 当偏差刚出现时，微分作用立即变化