自动控制系统的基本组成与分类
《计算机控制技术》复习思考题 第1章 第2章
《计算机控制技术》复习思考题第一章自动控制系统基本概念1.自动控制系统的组成一个简单的自动控制系统，均可概括成两大部分：一部分是自动化装置控制下的生产设备，称为被控对象；另一部分是为实现自动控制所必须的自动化仪表设备，简称为自动化装置，它包括测量变送器、调节器和执行器等。
简单的自动控制系统由被控对象、测量变送器、调节器及执行器四大部分组成。
2.术语a)被控对象？调节器？执行器？测量变送器？b)被控变量，y？设定值，g？测量值，z？偏差，e？干扰，f？调节参数？在被控对象中，需要控制一定数值的工艺参数叫做被控变量，用字母y表示。
被控变量的测量值用字母：表示，按生产工艺的要求，被控变量希望保持的具体数值称为设定值，用字母譬表示。
被控变量的测量值与设定值之间的差值叫做偏差，用字母e表示，e=g-z。
在生产过程中，凡能影响被控变量偏离设定值的种种因素称为干扰，用字母，表示。
用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的参数叫做调节参数。
c)反馈？负反馈、正反馈？把系统（或环节）的输出信号直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈。
如果反馈信号能够使原来的信号减弱，也就是反馈信号取负值，那么就叫做负反馈。
如果反馈信号取正值，反馈信号使原来的信号加强，那么就叫做正反馈。
自动控制系统绝对不能单独采用正反馈。
d)闭环系统？一个一个信号沿着箭头的方向传送，最后又回到原来的起点，形成一个闭合的回路，如此循环往复，直到被控对象的被控变量值达到或接近设定值为止，所以这种自动控制系统是闭环系统。
自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。
3.自动控制系统方框图?4.自动控制系统的分类？按照工艺过程需要控制的参数值即设定值是否变化和如何变化来分类，而将闭环自动控制系统分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统三大类。
按调节器具有的控制规律来分类，如位式、比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统。
定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统？5.过渡过程a)静态、动态？自动控制系统的平衡（静态）是暂时的、相对的和有条件的，不平衡（动态）才是普遍的、绝对的、无条件的。
控制系统的基本原理：介绍控制系统的基本原理、组成和分类
控制系统的基本原理：介绍控制系统的基本原理、组成和分类引言在现代科技的背景下，控制系统已经成为我们生活中不可或缺的一部分。
无论是家用电器、交通工具还是工业生产，都离不开控制系统的应用。
控制系统的基本原理是指通过对输入信号的检测和处理，以及对输出信号的控制，实现对系统运行状态的调节和控制。
本文将介绍控制系统的基本原理、组成和分类，帮助读者对控制系统有更加深入的理解。
什么是控制系统？控制系统是由输入信号、处理器、执行器和反馈组成的一种系统。
输入信号是指输入到系统中用来控制系统行为的信号，可以是从传感器获取的实时数据，也可以是手动输入的指令。
处理器是对输入信号进行处理和计算的核心部分，它根据输入信号和系统内部的算法决策，生成输出信号。
执行器是负责执行输出信号的设备，根据输出信号改变系统的状态。
反馈是通过测量系统输出信号，与参考信号进行比较，从而调节控制器的工作状态。
控制系统的基本原理控制系统的基本原理可以概括为输入-处理-输出-反馈的闭环过程。
首先，输入信号传输到处理器中。
处理器分析、计算和决策，生成相应的输出信号。
输出信号被执行器执行，从而改变系统的状态。
同时，系统的输出信号被反馈回来，与参考信号进行比较，根据比较的结果调整处理器的工作状态。
这个闭环的过程不断进行，使得系统能够动态地调节和控制。
控制系统的组成控制系统的组成可以分为四个主要部分：输入信号、处理器、执行器和反馈。
输入信号输入信号是控制系统的输入，它提供了控制系统操作的指令或者实时数据。
输入信号可以来自传感器、人机交互界面或者其他外部设备。
传感器可以采集温度、压力、湿度等物理量，并将采集到的信息转化为电信号。
人机交互界面可以通过按钮、开关、触摸屏等方式输入指令。
处理器处理器是控制系统的核心部件，它负责对输入信号进行处理和计算，根据系统内部的算法决策产生输出信号。
处理器可以是数字处理器或者模拟处理器，根据控制系统的需求选择合适的处理器。
处理器将输入信号与控制算法相结合，根据预定的控制策略生成输出信号。
自动化控制的工作原理
自动化控制的工作原理自动化控制技术是指在工业生产和社会生活中，利用计算机、微电子技术、机械和仪器仪表等综合技术手段，对各种生产过程进行监测、控制和管理的一种先进技术。
它的出现，不仅大大提高了生产效率，还降低了劳动强度，改善了工作环境，提高了产品质量。
本文将详细介绍自动化控制的工作原理。
一、自动化控制系统的组成自动化控制系统主要由四个基本要素组成：控制对象、控制装置、传感器和执行器。
控制对象是指需要进行监测和控制的物理、化学、机械或电气系统；控制装置是指将纽扣、开关、按钮等操作元素与控制对象相连的设备；传感器用于将控制对象的状态参数转换为电信号；执行器用于接收控制装置的信号，并实现对控制对象的控制。
二、自动化控制的基本原理自动化控制的基本原理是通过将输入信号经过控制装置处理后，输出给执行器控制控制对象，实现对控制对象的监测和调节。
其工作原理可分为三个阶段：检测阶段、决策阶段和执行阶段。
1. 检测阶段检测阶段通过传感器采集控制对象的参数信息，如温度、压力、流量等，并将其转换为电信号。
这些电信号经过处理后，成为输入信号。
2. 决策阶段决策阶段是通过控制装置对输入信号进行处理和分析，根据事先设定的控制策略，产生输出信号。
这些输出信号将决定执行器对控制对象采取何种操作方式。
3. 执行阶段执行阶段是通过执行器接收到控制装置的输出信号后，对控制对象进行相应的操作，如开关的打开、关闭，电机的启动、停止等。
执行器的操作将对控制对象的状态产生影响。
三、自动化控制的分类根据控制系统的复杂程度和控制策略的不同，自动化控制可分为三个层次：开环控制、闭环控制和优化控制。
1. 开环控制开环控制是指控制系统只考虑输出结果，而不对输出结果进行监测和调节的一种控制方式。
在开环控制中，不对控制对象的状态参数进行反馈，因此容易受到外界干扰的影响。
2. 闭环控制闭环控制是指控制系统通过对控制对象的输出进行监测和调节，实现对其状态参数的精确控制。
自动化控制
自动化控制一、引言随着科技的进步和工业的发展，自动化控制在现代社会中的作用越来越重要。
它广泛应用于各种行业，如制造业、能源、交通、航空航天等，不仅提高了生产效率，还大大增强了系统的稳定性和安全性。
本文将详细介绍自动化控制的基本组成、分类、优点、发展趋势以及应用领域。
二、自动化控制系统的基本组成控制器：它是自动化控制系统的核心，负责接收输入信号，并根据预设的算法处理这些信号，产生相应的输出信号，以控制被控对象的运行。
传感器：传感器是用于检测被控对象的状态和变化，并将检测到的信号转换为可处理的电信号的设备。
执行器：执行器根据控制器的输出信号，驱动被控对象执行相应的动作，以实现系统的控制目标。
人机界面（HMI）：人机界面是人与自动化控制系统交互的界面，用于显示系统的运行状态、接收人的操作指令等。
通信网络：通信网络用于连接自动化控制系统的各个组成部分，实现信息的传递和共享。
三、自动化控制系统的分类开环控制系统：开环控制系统是指系统中没有反馈环节的控制系统，输出只受输入的控制。
闭环控制系统：闭环控制系统是指系统中包含反馈环节的控制系统，系统可以根据反馈信号调整控制器的输出，以实现对被控对象的精确控制。
随动系统与伺服系统：随动系统是指系统的输出能够跟踪输入的变化的系统，而伺服系统则是指能够实现快速、准确跟踪输入变化的系统。
四、自动化控制系统的主要优点高效性：自动化控制系统可以连续24小时工作，大大提高了生产效率。
精确性：自动化控制系统采用高精度传感器和算法，可以实现精确控制，减少人为误差。
可靠性：自动化控制系统具有较高的稳定性和可靠性，可以减少故障发生的概率。
灵活性：自动化控制系统可以通过软件编程实现不同的控制逻辑，具有较高的灵活性。
降低成本：自动化控制系统可以降低人力成本，提高生产效益。
五、自动化控制系统的发展趋势智能化：随着人工智能技术的发展，未来的自动化控制系统将更加智能化，能够自适应地处理复杂的控制任务。
自动控制系统实验教案
自动控制系统实验教案一、实验目的1. 理解自动控制系统的原理和组成；2. 掌握自动控制系统的分析和设计方法；3. 熟悉自动控制系统的实验操作和调试技巧；4. 培养学生动手能力和团队协作精神。
二、实验原理1. 自动控制系统的基本概念：系统、输入、输出、反馈、控制目标等；2. 自动控制系统的分类：线性系统、非线性系统、时间不变系统、时变系统等；3. 自动控制系统的数学模型：差分方程、微分方程、传递函数、状态空间表示等；4. 自动控制器的设计方法：PID控制、模糊控制、自适应控制等。
三、实验设备与器材1. 实验台：自动控制系统实验台；2. 控制器：可编程逻辑控制器（PLC）、微控制器（MCU）等；3. 传感器：温度传感器、压力传感器、流量传感器等；4. 执行器：电动机、电磁阀、伺服阀等；5. 信号发生器：函数发生器、任意波形发生器等；6. 示波器、频率分析仪等测试仪器。
四、实验内容与步骤1. 实验一：自动控制系统的基本原理与组成（1）了解自动控制系统实验台的基本结构；（2）学习自动控制系统的原理和组成；（3）分析实验台上的控制系统。
2. 实验二：线性系统的时域分析（1）根据实验要求，搭建线性系统实验电路；（2）利用信号发生器和示波器进行实验数据的采集；（3）分析实验数据，得出系统特性。
3. 实验三：线性系统的频域分析（1）搭建线性系统实验电路，并连接频率分析仪；（2）进行频域实验，采集频率响应数据；（3）分析频率响应数据，得出系统特性。
4. 实验四：PID控制器的设计与调试（1）学习PID控制原理；（2）根据系统特性，设计PID控制器参数；（3）搭建PID控制实验电路，并进行调试。
5. 实验五：模糊控制器的设计与调试（1）学习模糊控制原理；（2）根据系统特性，设计模糊控制器参数；（3）搭建模糊控制实验电路，并进行调试。
五、实验要求与评价2. 实验操作：熟悉实验设备的操作，正确进行实验；3. 数据处理：能够正确采集、处理实验数据；4. 分析与总结：对实验结果进行分析，得出合理结论；5. 课堂讨论：积极参与课堂讨论，分享实验心得。
简述自动控制系统的基本分类
简述自动控制系统的基本分类自动控制系统是现代工业生产中不可或缺的一部分，它可以实现对生产过程的自动化控制，提高生产效率和质量。
自动控制系统的基本分类主要有以下几种。
一、按照控制对象分类1.连续控制系统：主要用于对连续生产过程进行控制，如化工、石油、纺织等行业的生产过程。
2.离散控制系统：主要用于对离散生产过程进行控制，如自动包装、自动装配等行业的生产过程。
3.混合控制系统：是连续控制系统和离散控制系统的结合，主要用于对同时具有连续和离散生产过程的系统进行控制。
二、按照控制方式分类1.开环控制系统：是指控制器不对被控对象的输出进行反馈调节，而是直接根据预定的控制规律进行控制。
2.闭环控制系统：是指控制器对被控对象的输出进行反馈调节，根据输出与预定值之间的误差进行控制。
3.开闭环控制系统：是指同时采用开环和闭环控制方式的控制系统，主要用于对复杂系统进行控制。
三、按照控制器分类1.单变量控制器：是指控制单个变量的控制器，如PID控制器、比例控制器等。
2.多变量控制器：是指控制多个变量的控制器，如模型预测控制器、自适应控制器等。
3.分散控制器：是指控制系统中各个部分各自独立进行控制的控制器。
4.集中控制器：是指控制系统中各个部分通过中央控制器进行集中控制的控制器。
四、按照控制对象的数量分类1.单变量控制系统：是指控制系统中只有一个被控对象的控制系统。
2.多变量控制系统：是指控制系统中有多个被控对象的控制系统。
3.分布式控制系统：是指控制系统中各个被控对象通过分布式控制器进行控制的控制系统。
四、按照控制系统的层次分类1.基层控制系统：是指控制系统中最底层的控制系统，主要用于对现场设备进行控制。
2.中层控制系统：是指控制系统中处于中间层次的控制系统，主要用于对生产过程进行控制。
3.高层控制系统：是指控制系统中处于最高层次的控制系统，主要用于对整个生产过程进行规划和管理。
以上是自动控制系统的基本分类，不同的控制系统具有不同的特点和应用范围，选择合适的控制系统能够提高生产效率和质量，降低成本，提高企业的竞争力。
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
第一章 自动控制系统的基本概念(修改) (2)
上篇自动控制原理第一章自动控制系统概述本章要点本章简要介绍有关自动控制的基本概念、开环控制和闭环控制的特点、自动控制系统的基本组成和分类以及对自动控制系统的基本要求。
第一节自动控制的基本概念自动控制是指在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。
自动控制系统则是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。
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。
扰动量按其来源可分为内部扰动和外部扰动。
给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。
通常情况下，系统有两种外作用信号：一是有效输入信号（以下简称输入信号），二是有害干扰信号（以下简称干扰信号）。
输入信号决定系统被控量的变化规律或代表期望值，并作用于系统的输入端。
干扰信号是系统所不希望而又不可避免的外作用信号，它不但可以作用于系统的任何部位，而且可能不止一个。
由于它会影响输入信号对系统被控量的有效控制，严重时必须加以抑制或补偿。
第二节开环控制和闭环控制自动控制有两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制。
与这两种控制方式对应的系统分别称之为开环控制系统和闭环控制系统。
一、开环控制系统开环控制系统是指系统的输出端和输入端不存在反馈关系，系统的输出量对控制作用不发生影响的系统。
这种系统既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联系。
电加热系统的控制目标是，通过改变自耦变压器滑动端的位置，来改变电阻炉的温度，并使其恒定不变。
因为被控制的设备是电阻炉，被控量是电阻炉的温度，所以该系统可称为温度控制系统，如图1-1所示。
开环控制系统的优点是系统结构和控制过程简单，稳定性好，调试方便，成本低。
自动控制系统的基本组成及方块图
y
100%
y
2.余差C（静态偏差） ：新的稳态值与给定值之差。
反映了控制系统的控制精确度，希望余差越小越好。
3.衰减比和衰减率 ：
衰减比:表示过渡过程的衰减程度。 过渡过程同方向前后相邻两峰值的比。
n B B
n＜1，过渡过程是发散振荡；
n＝1，过渡过程是等幅振荡；
n＞1，过渡过程是衰减振荡。
测量变送器:直接测量被控变量，并转换成标准统一信 号的仪表（TT表示）。
第四节 过程控制系统的质量指标
一、系统的静态、动态和扰动作用 自动控制系统在运行中有两种状态：
1. 静态(稳态):干扰及给定值保持不变，被控参数 不随时间变化，整个系统处于相对的平衡状态， 系统的各个组成环节都暂不动作，输出信号处 于相对静止状态。 各变量(或信号)的变化率为零。
控 制 器: 根据测量值与给定值所的偏差按一定的数学 运算规律输出操纵值（TC表示）。
控制作用u:控制信号。
执 行 器: 通常指调节阀，也可以是变频调速机构等。
控制参数q: 受执行器控制的工艺变量。
被控参数y:要求实施控制的参数，一般是工艺操作的物 理量。
控制过程: 被控制的机器或设备（换热器）。 干 扰 f:引起被控变量发生变化的各种因素。
LC—液位控制器 FC—流量控制器 TC—温度控制器 PC—压力控制器
AT—成分变送器 AC—成分控制器
如图所示为一反应器温度控制系统流程图，A、 B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套 的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。试画出 该温度控制系统的方框图，并指出该系统的被控过 程、被控参数、控制参数及可能影响被控参数的干 扰是什么？
一般取 n=4:1--10:1
自动控制系统的组成及分类
自动控制系统的组成及分类
一、系统组成
自动控制系统主要由控制器、受控对象、执行机构和反馈通路组成。
1. 控制器：控制器的功能是接受操作人员的指令，以及对由检测装置得到的被控量进行一定的处理，以控制受控对象的控制量的大小，以满足系统的性能要求。
控制器有多种分类，按能量关系可分为电动、气动、液压、机械和混合型等；按信息传递方式可分为开环和闭环等。
2. 受控对象：受控对象又称被控对象，是指在自动化系统中需要控制的设备或装置。
受控对象根据不同的要求和控制方案，可以是一个单台设备、一条生产线或一个系统。
3. 执行机构：执行机构是自动控制系统中的重要组成部分，它的作用是根据控制器的输出信号，产生相应的动作，驱动被控对象，以改变受控量的状态。
常见的执行机构有伺服电动机、步进电机等。
4. 反馈通路：反馈通路是指把被控量的变化通过传感器和转换装置变成电信号，再传输给控制器，以实现系统的闭环控制。
反馈通路由传感器、转换装置和控制器等组成。
二、分类方式
自动控制系统有多种分类方式，以下列举几种常见的分类方式：
1. 按控制系统类型分类：可分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指系统的输出只受输入的控制，与系统的过去状态无关；而闭环控制系统是指系统的输出不仅受输入的控制，还与系统的过去状态有关。
2. 按控制方式分类：可分为程序控制和随动控制。
程序控制是指系统按照预定的程序进行控制；随动控制是指系统根据被控量的变化实时调整控制参数。
3. 按控制变量的数量分类：可分为单变量控制系统和多变量控制系统。
单变量控制系统是指系统只有一个被控量；多变量控制系统是指系统有多个被控量。
自动化控制系统的基本组成
自动化控制系统的基本组成自动化控制系统是指通过一系列硬件和软件组件来实现对工业过程、机器设备或其他系统的自动化监控和控制的系统。
这样的系统不仅可以提高生产效率和产品质量，还可以降低人工操作带来的错误和风险。
一个自动化控制系统通常由以下几个基本组成部分构成：1.传感器与执行器传感器是自动化控制系统中的重要组成部分，用于实时感知所控制对象的物理量和工艺参数。
常见的传感器包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器等等。
这些传感器通过将物理量转变为电信号的方式，反馈给控制器。
执行器则是自动化控制系统中的输出设备，用于执行控制指令，实现对被控对象的操作。
常见的执行器包括电动阀门、电机、液压马达等等。
控制器将经过处理的控制信号发送给执行器，以达到控制目的。
2.控制器控制器是自动化控制系统的核心，其主要功能是接收传感器反馈的信号，并根据预设的控制逻辑和算法进行处理，最终输出控制信号给执行器。
控制器可以是硬件设备，如PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分散控制系统）等，也可以是软件程序，如SCADA （监视、控制和数据采集）系统。
3.人机界面（HMI）人机界面是人与自动化控制系统之间进行交互的窗口。
它包括显示屏、操作面板、报警指示器等。
通过人机界面，操作人员可以监视系统运行状态、调整控制参数，并获取相关的报警和故障信息。
现代的人机界面通常提供友好的图形化界面和实时数据显示功能，以便操作人员更好地了解和掌握系统的运行情况。
4.通信网络通信网络在自动化控制系统中起到连接各个子系统的桥梁作用。
通过适当的通信协议和网络架构，不同的控制设备可以相互之间进行数据交换和通信。
常见的通信网络包括以太网、现场总线等。
通信网络不仅可以实现远程监控和控制，还可以提供数据采集、数据存储和分析等功能。
5.数据采集和存储自动化控制系统需要对传感器反馈的数据进行采集和存储，以便后续的分析和处理。
数据采集模块负责实时采集传感器的数据，并将其发送给控制器或存储设备。
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。
自动控制系统的组成
自动控制系统的组成自动控制系统是一种灵活的、完备的管理系统，它由若干部件组成，能够完成控制任务。
这些部件可分为两类：一类是以信号量模型为基础的部件，另一类是计算机系统的部件。
本文将介绍它们各自的组成，以及它们之间的关联。
信号量模型是自动控制系统的基础部分，它由信号处理、数据采集、控制决策、控制输出这四个部分组成。
信号处理是根据信号量的类型来完成的，可以使用数字信号处理器或模拟信号处理器来实现。
数据采集通常会使用传感器或控制器，能够收集系统中的数据，并储存到数据库中。
控制决策部分包括现场控制算法和远程控制算法，它们各自的作用是对控制变量进行分析，形成控制规律，以实现控制目标。
最后，控制输出部分则是根据控制规律，把控制信号发送到相应的设备或部件，以实现控制目标。
计算机系统部件则包括操作系统、中央处理单元、输入/输出系统、网络系统和数据库系统。
操作系统则是对计算机硬件的管理与控制，通常会搭载一些应用软件来完成控制任务。
中央处理单元则是计算机的核心，负责运行程序，保存控制规律。
输入/输出系统则是负责将控制变量采集到计算机系统中，比如触摸屏、软件键盘等。
网络系统则是实现远程控制的重要途径，可以使用无线网络、蓝牙等技术，实现对系统的远程控制。
最后，数据库系统则是用以存储控制变量的介质，以及系统内部参数的设定。
自动控制系统的组成不仅仅是信号量模型和计算机系统，还有其它部件，比如支持系统的电源部件、安全部件等。
电源部件可以通过市电或发电机来支持控制系统的运行；安全部件则可以使用安全形式，如密码登陆和用户身份验证，以确保系统的安全。
从上面可以看出，自动控制系统是由若干部件组成的，它们能够协同完成控制任务。
其中，信号量模型的部件可以帮助收集控制变量，并形成控制规律；计算机系统的部件则是对系统进行远程控制和数据记录的关键；而电源部件和安全部件则能够确保系统的正常运行与安全。
因此，可以说自动控制系统的建立和发展，就是建立和完善各部件之间的关联和协作。
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。
自动控制原理课件ppt
03
非线性控制系统
非线性控制系统的特点
非线性特性
01
非线性控制系统的输出与输入之间存在非线性关系，
如放大器、继电器等。
复杂的动力学行为
02 非线性控制系统具有复杂的动力学行为，如混沌、分
叉、稳定和不稳定等。
参数变化范围广
03
非线性控制系统的参数变化范围很广，如电阻、电容
、电感等。
非线性控制系统的数学模型
线性控制系统的性能指标与评价
性能指标
衡量一个控制系统性能的好坏，需要使用一些性能指标，如响应时间、超调量、稳态误差等。
性能分析
通过分析系统的性能指标，可以评价一个控制系统的优劣。例如，响应时间短、超调量小、稳态误差小的系统性能较 好。
系统优化
根据性能分析的结果，可以对控制系统进行优化设计，提高控制系统的性能指标。例如，可以通过调整 控制器的参数，减小超调量；或者通过改变系统的结构，减小稳态误差。
。
采样控制系统的数学模型
描述函数法
描述函数法是一种分析采样控制系统的常用方法，通过将连续时间 函数离散化，用差分方程来描述系统的动态特性。
z变换法
z变换法是一种将离散时间信号变换为复平面上的函数的方法，可 用于分析采样控制系统的稳定性和性能。
状态空间法
状态空间法是一种基于系统状态变量的方法，可以用于分析复杂的采 样控制系统。
航空航天领域中的应用
总结词
高精度、高可靠性、高安全性
详细描述
自动控制原理在航空航天领域中的应用至关重要。例如 ，在飞机系统中，通过使用自动控制原理，可以实现飞 机的自动驾驶和自动着陆等功能，从而提高飞行的精度 和安全性。在火箭和卫星中，通过使用自动控制原理， 可以实现推进系统的精确控制和姿态调整等功能，从而 保证火箭和卫星能够准确地进行轨道变换和定点着陆。
工厂自动化控制作业指导书范本1
工厂自动化控制作业指导书第1章自动化控制基础 (4)1.1 自动控制系统的概念 (4)1.2 自动控制系统的组成与分类 (4)1.2.1 自动控制系统的组成 (4)1.2.2 自动控制系统的分类 (4)1.3 控制系统的功能指标 (5)第2章常用传感器与执行器 (5)2.1 传感器的工作原理与分类 (5)2.2 常用传感器及其应用 (5)2.3 执行器的分类与工作原理 (6)2.4 常用执行器及其应用 (6)第3章控制器及其算法 (6)3.1 控制器的基本概念 (6)3.2 PID控制算法 (7)3.3 模糊控制算法 (7)3.4 神经网络控制算法 (7)第4章可编程逻辑控制器（PLC） (7)4.1 PLC的组成与工作原理 (7)4.1.1 PLC的基本组成 (7)4.1.2 PLC的工作原理 (7)4.2 PLC编程语言与编程方法 (8)4.2.1 PLC编程语言 (8)4.2.2 PLC编程方法 (8)4.3 PLC的故障诊断与维护 (8)4.3.1 PLC故障诊断 (8)4.3.2 PLC维护 (8)4.4 PLC在自动化控制系统中的应用 (9)第5章工业通信网络 (9)5.1 工业通信网络的基本概念 (9)5.1.1 工业通信网络的定义 (9)5.1.2 工业通信网络的特点 (9)5.2 常用工业通信协议 (9)5.2.1 Modbus协议 (10)5.2.2 Profibus协议 (10)5.2.3 CAN协议 (10)5.3 现场总线技术 (10)5.3.1基金会现场总线（Foundation Fieldbus） (10)5.3.2 HART协议 (10)5.4 工业以太网技术 (10)5.4.1 EtherCAT协议 (10)5.4.2 PROFINET协议 (10)5.4.3 OPC UA协议 (11)第6章人机界面与监控组态软件 (11)6.1 人机界面的作用与分类 (11)6.2 常见人机界面产品及其应用 (11)6.3 监控组态软件的功能与特点 (12)6.4 常用监控组态软件及其应用 (12)第7章电机控制与运动控制 (12)7.1 电机控制基础 (12)7.1.1 电机控制概述 (12)7.1.2 电机类型及特点 (13)7.1.3 电机控制器件 (13)7.2 交流电机控制技术 (13)7.2.1 交流电机启动控制 (13)7.2.2 交流电机调速技术 (13)7.2.3 交流电机制动控制 (13)7.3 直流电机控制技术 (13)7.3.1 直流电机启动控制 (13)7.3.2 直流电机调速技术 (13)7.3.3 直流电机制动控制 (13)7.4 运动控制系统的组成与设计 (13)7.4.1 运动控制系统的组成 (14)7.4.2 运动控制系统的设计 (14)7.4.3 运动控制系统的实现 (14)第8章工业 (14)8.1 工业的分类与结构 (14)8.1.1 直角坐标型 (14)8.1.2 圆柱坐标型 (14)8.1.3 球坐标型 (14)8.1.4 关节臂型 (14)8.1.5 并联型 (14)8.2 工业的控制系统 (14)8.2.1 控制系统原理 (14)8.2.2 硬件配置 (14)8.2.3 软件设计 (14)8.3 工业的编程与操作 (14)8.3.1 编程方法 (14)8.3.2 编程语言 (15)8.3.3 操作技巧 (15)8.4 工业的应用与维护 (15)8.4.1 应用领域 (15)8.4.2 应用案例 (15)8.4.3 日常维护 (15)8.4.4 故障排除 (15)第9章自动化控制系统设计 (15)9.1 自动化控制系统设计的原则与步骤 (15)9.1.1 设计原则 (15)9.1.2 设计步骤 (15)9.2 系统数学模型的建立 (15)9.2.1 建立数学模型的意义 (16)9.2.2 建立数学模型的方法 (16)9.3 控制器的设计与参数整定 (16)9.3.1 控制器设计原则 (16)9.3.2 常用控制器设计方法 (16)9.3.3 参数整定方法 (16)9.4 系统仿真与优化 (16)9.4.1 系统仿真 (16)9.4.2 优化方法 (16)9.4.3 仿真与优化软件 (16)第10章自动化控制系统的实施与维护 (17)10.1 系统实施前的准备工作 (17)10.1.1 完成系统设计：保证所有自动化控制系统的设计图纸、技术参数和功能要求均已审查无误。
自动控制系统基本组成分类
主反馈b： 与输出成正比或成某种函数关系，但量纲与参考输入相同的信号；
偏差e：
参考输入与主反馈之差的信号，偏差有时也称为误差；
控制环节Gc：接受偏差信号，通过转换与运算、放大等，产生控制量；
控制量u： 控制环节的输出，作用于被控对象的信号；
扰动n：
不希望的、影响输出的信号；
微分方程。若各项系数为常数，则称为线性定常系统。其运动 方程一般形式为:
y(n) a1y(n1) an1y an y bou(n) b1u(n1) bn1u bnu
式中：u(t) —系统的输入量；y(t) —系统的输出量。
线性系统的主要特点是具有叠加性和齐次性，即当系统
的cc2((输tt))入=，a分1则c1别(当t为)输+ra入12(c为t2)(和rt()rt,2)(=其ta)1中时r1为(，ta)对1+、a应2ar的22为(输t常)出时系分，数别输。为出c量1(为t)和
按系统传输信号的性质来分
1、连续系统
系统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中 普遍采用的常规控制仪表PID调节器控制的系统及电动机速度 自动控制系统就属于这一类型。
2、离散系统
系统的某一处或几处，信号以脉冲序列或数码的形式 传递的控制系统。其主要特点是：系统中用脉冲开关或采样 开关，将连续信号转变为离散信号。可分为脉冲控制系统和 数字控制系统。
按信号的传递路径来分
1．开环控制系统 指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。如工业上使用的数 字程序控制机床，参见图1-3。
图纸
程序
微型 计算机
指令
放大器
执行机构
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
1．4．2 自动控制系统的分类
如前所述，自动控制系统的组成千差万别，所完成的控制任务也不尽相同，但可以
按
不同的分类方法，将其分为各种不同的类别。
例如，按控制方式可分为开环控制系统、闭
环控制系统和复合控制系TI代理统；按元件类型可分为机械系统、电气系统、机电系统、液压系
统、气动系统、生物系统等；按系统功能可分为温度控制系统、压力控制系统、位置
控制系
统等。
为便于研究自动控制系统的实质，确定正确的研究方法及选择合适的数学工具
重点讨论几种最基本和最常用的分类方法。
1．按输入量变换规律分类
(1)恒值控制系统。
恒值控制系统的输入量为常值，要求系统在扰动存在的情况下，
输出量保持恒定。
因此，恒值控制系统的任务就是要克服各种扰动对系统的影响而保
持输
出量为恒值。
前述介绍的自动恒温控制系统和宣流电动机闭环调速系统均为恒值控制
系
统。
此外，工业控制中的过程控制系统(输出量为温度、流量、压力、液位等生产过程参量)
也都为恒值控制系统。
(2)随动控制系统。
随动控制系统又称伺服系统或跟踪系统，其输人量是预先未知的
随时间任意变化的函数，要求输出量能够迅速而准确地跟随输入量的变化。
因而，随
动控
制系统的任务是在各种情况下保证输出量以一定相度和速度跟随输入量的变化而变化。
武
器系统中的火炮跟踪系统、雷达导引系统，机械加工设备的伺服机构，天文望远镜的
跟踪
系统等都属于随动系统。
(3)程序控制系统。
程序控制系统的输入量是按照预定规律随时间变化的函数。
数字控制机床、机械手控制系统等。
2．按组成系统元件特性分NXP代理商类
(1)线性系统。
组成控制系统的所有环节(或元件)均为线性元件，即其输入／输出特性
都是线性的，这样的控制系统称为线性系统，线性系统可以用线性微分方程(或差分方程)
来描述。
在线性系统中，环节(或元件)参数不随时间变化的控制系统称为定常系统(或时
不变系统)；参数随时间变化的控制系统称为时变系统。
(2)非线性系统。
组成控制系统的所有环节(或元件)中，至少有一个为非线性元件，
其他为线性元件，这样的控制系统称为非线性系统。
3．按系统信号性质分类
(1)连续时间系统。
系统中所有信号都是时间‘的连续函数的控制系统称为连续时间
系统，简称连续系统。
(2)离散时间系统。
信号传输过程中存在间歇采样、脉冲序列等离散信号的控制系统
称为离散时间系统，简称离散AT89C2051系统，其运动规律可用差分方程描述。
cjmc%ddz。