轮机自动化 大连海事大学PPT课件
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（a）定值控制系统：给定值不变，外部扰动发生阶跃变化； fig.1-15◎
（b）随动控制系统：假定外部扰动不变，给定值阶跃变化。 fig.1-16 ◎
16
ST
§1-4 自动控制的性能指标
4．自动控制系统过渡过程的性能要求 （2）准确性：被控量偏离给定值的程度
评定指标：
（a）定值控制系统：最大动态偏差emax；静态偏差Δys
3. 按控制精度： （1）有差调节；（2）无差调节 4. 按变量数： （1）单变量控制；（2）多变量控制 5. 按系统性质： （1）线性控制系统；（2）非线性控制系统 6. 按应用理论：
（1）基于经典理论的控制； （2）基于现代控制理论的控制（最优控制、自适应控制）； （3）智能控制（模糊、神经、专家、自学习控制）
或者说是从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。Fig.1-8◎
根据过渡过程的特点，控制系统可分为：
（1）发散过程
（2）等幅振荡过程
Fig.1-14◎
（3）衰减过程
（4）非周期过程
其中， （1）、（2）称为不稳定过程；（3）、（4）称为
稳定过程。
13
ST
§1-4 自动控制的性能指标
3．自动控制系统的典型输入信号 为便于系统分析，定义几种常见的系统输入信号：
（5）正弦输入： r(t)Asint
Fig.1-13◎
其中，阶跃输入对系统的工作最为不利。
14
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ST
§1-4 自动控制的性能指标
4．自动控制系统过渡过程的性能要求
方法：给系统施加阶跃输入，得到系统过渡过程曲线，分析系 统过渡过程的各项性能指标。
采用阶跃输入的原因： （1）信号的阶跃变化在实际中比较常见（近似的阶跃变化）； （2）阶跃信号的数学处理比较简单； （3）阶跃输入对系统的工作最为不利。
1. 控制对象：被控制的设备或过程（冷却器）。系统的输出 就是指被控对象的输出（或称被控量）。
2. 控制器（或称调节器）：根据偏差按一定规律输出控制量， 送至执行机构。它有两个输入，即设定值输入和测量值输 入。偏差=设定值－测量值
3. 3. 执行器（执行机构）：接受控制器送来的控制信号，驱 动调节机构，作用于被控对象。
轮机自动化
1
整体概况
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概况2
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概况3
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轮机自动化基础
轮机自动化基础
第一章 反馈控制系统的基本概念 第二章 自动控制系统的数学模型 第三章 控制对象的动态特性 第四章 控制器的作用规律 第五章 时域分析法
R
（1）阶跃输入： r(t)0 （2）速度输入 ：r(t)0Rt
(t 0) (t 0) (t 0) (t 0)
Fig.1-9◎ Fig.1-10◎
（3）加速度输入：r(t)
1 2 0
Rt2
(t 0) (t 0)
（4）脉冲输入：
1
r(t)
h
0
(0t h) (t 0,t h)
Fig.1-11◎ Fig.1-12◎
fig.1-15 ◎
（b）随动控制系统：最大动态偏差emax；超调量δ；静态偏
差Δys 。 fig.1-16 ◎
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§1-4 自动控制的性能指标
3
轮机自动化基础
第一章 反馈控制系统的基本概念
§1-1 引言◎ §1-2 自动控制系统的基本方式◎ §1-3 反馈控制系统的概念◎ §1-4 自动控制系统的性能要求 ◎
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§1-1 引言
所谓自动控制，是指在没有人参与的情况下利用控制器 使被控对象（即生产设备或生产过程）自动地按预定的规 律运行。包括参数控制和程序控制 例如： （1）锅炉水位和压力保持在规定的范围或设定值上； （2）船舶的舵角按发出的舵令变化； （3）柴油主机的起动按规定的操作规程进行； （4）分油机的排渣过程按预定的程序进行。
评定系统过渡过程性能指标的三个方面： （1）稳定性；（2）准确性；（3）快速性。
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ST
§1-4 自动控制的性能指标
4．自动控制系统过渡过程的性能要求
1）过渡过程评定指标
（1）稳定性：系统受到扰动之后能够恢复到稳定状态的能力。实 际控制系统，至少要求是率减过程或非周期过程，以率减为佳。
评定指标：衰减率 φ，衰减比N
6
ST
§1-2 自动控制的基本方式
3．复合控制
Fig.1-3◎
在一个控制系统中同时采用开环控制和闭环控制。
开环控制——粗调
闭环控制——细调
7
ST
§1-3 反馈控制系统的概念
1. 反馈控制系统的组成◎ 2. 反馈控制系统的结构方框图◎ 3. 反馈控制系统的分类◎
8
ST
1. 反馈控制系统的组成
Fig.1-5a◎
11
§1-4 自动控制的性能指标
1．自动控制系统的稳态和动态 稳态——被控量不随时间而变化的平衡状态（也称静态） 动态——被控量随时间而变化的不平衡状态（也称瞬态）
扰动变化
控制作用
稳态（平衡）
动态过程
新稳态（平衡）
平衡破坏
克服扰动影响
12
ST
§1-4 自动控制的性能指标
2．自动控制系统的过渡过程 自动控制系统在动态过程中被控量随时间而变化的过程，
4. 4. 测量变送器（测量单元）：将被控对象的物理输出量， 即 被控量转换为标准信号输出（也称测量输出），送到调 节器，作为反馈信号。
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ST
2. 反馈控制系统的结构框图
Fig.1-6◎
特点： （1）信号传递的单向性； （2）闭合回路（闭环系统）； （3）负反馈：反馈通道的信号与前向通道的信号相减。反之，
则为正反馈。 （4）控制单元根据偏差进行控制，因此又称偏差驱动。
若控制单元、测量单元和执行单元合为一体，则称为 基地式控制仪表；若三者分开，则称为组合式控制仪表。
10
ST
3. 反馈控制系统的分类
1. 按给定值的形式： （1）定值控制；（2）程序控制；（3）随动控制。
2. 按动作方式： （1）连续控制；（2）断续控制（双位控制或多位控制）
5
ST
§1-2 自动控制的基本方式
1. 开环控制系统
Fig.1-1◎
控制系统的输出对系统的控制作用没有影响。
(1)按给定值进行控制
(2)按扰动补偿进行控制
2．闭环控制系统
Fig.1-2◎
控制系统的输出对系统的控制作用有影响，即控制器的输 出作用于控制对象，控制对象的输出（系统的输出）将送 回到控制器，控制器根据偏差进行控制。因此，又称为反 馈控制。
（b）随动控制系统：假定外部扰动不变，给定值阶跃变化。 fig.1-16 ◎
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§1-4 自动控制的性能指标
4．自动控制系统过渡过程的性能要求 （2）准确性：被控量偏离给定值的程度
评定指标：
（a）定值控制系统：最大动态偏差emax；静态偏差Δys
3. 按控制精度： （1）有差调节；（2）无差调节 4. 按变量数： （1）单变量控制；（2）多变量控制 5. 按系统性质： （1）线性控制系统；（2）非线性控制系统 6. 按应用理论：
（1）基于经典理论的控制； （2）基于现代控制理论的控制（最优控制、自适应控制）； （3）智能控制（模糊、神经、专家、自学习控制）
或者说是从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。Fig.1-8◎
根据过渡过程的特点，控制系统可分为：
（1）发散过程
（2）等幅振荡过程
Fig.1-14◎
（3）衰减过程
（4）非周期过程
其中， （1）、（2）称为不稳定过程；（3）、（4）称为
稳定过程。
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§1-4 自动控制的性能指标
3．自动控制系统的典型输入信号 为便于系统分析，定义几种常见的系统输入信号：
（5）正弦输入： r(t)Asint
Fig.1-13◎
其中，阶跃输入对系统的工作最为不利。
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ST
§1-4 自动控制的性能指标
4．自动控制系统过渡过程的性能要求
方法：给系统施加阶跃输入，得到系统过渡过程曲线，分析系 统过渡过程的各项性能指标。
采用阶跃输入的原因： （1）信号的阶跃变化在实际中比较常见（近似的阶跃变化）； （2）阶跃信号的数学处理比较简单； （3）阶跃输入对系统的工作最为不利。
1. 控制对象：被控制的设备或过程（冷却器）。系统的输出 就是指被控对象的输出（或称被控量）。
2. 控制器（或称调节器）：根据偏差按一定规律输出控制量， 送至执行机构。它有两个输入，即设定值输入和测量值输 入。偏差=设定值－测量值
3. 3. 执行器（执行机构）：接受控制器送来的控制信号，驱 动调节机构，作用于被控对象。
轮机自动化
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轮机自动化基础
轮机自动化基础
第一章 反馈控制系统的基本概念 第二章 自动控制系统的数学模型 第三章 控制对象的动态特性 第四章 控制器的作用规律 第五章 时域分析法
R
（1）阶跃输入： r(t)0 （2）速度输入 ：r(t)0Rt
(t 0) (t 0) (t 0) (t 0)
Fig.1-9◎ Fig.1-10◎
（3）加速度输入：r(t)
1 2 0
Rt2
(t 0) (t 0)
（4）脉冲输入：
1
r(t)
h
0
(0t h) (t 0,t h)
Fig.1-11◎ Fig.1-12◎
fig.1-15 ◎
（b）随动控制系统：最大动态偏差emax；超调量δ；静态偏
差Δys 。 fig.1-16 ◎
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§1-4 自动控制的性能指标
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轮机自动化基础
第一章 反馈控制系统的基本概念
§1-1 引言◎ §1-2 自动控制系统的基本方式◎ §1-3 反馈控制系统的概念◎ §1-4 自动控制系统的性能要求 ◎
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§1-1 引言
所谓自动控制，是指在没有人参与的情况下利用控制器 使被控对象（即生产设备或生产过程）自动地按预定的规 律运行。包括参数控制和程序控制 例如： （1）锅炉水位和压力保持在规定的范围或设定值上； （2）船舶的舵角按发出的舵令变化； （3）柴油主机的起动按规定的操作规程进行； （4）分油机的排渣过程按预定的程序进行。
评定系统过渡过程性能指标的三个方面： （1）稳定性；（2）准确性；（3）快速性。
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§1-4 自动控制的性能指标
4．自动控制系统过渡过程的性能要求
1）过渡过程评定指标
（1）稳定性：系统受到扰动之后能够恢复到稳定状态的能力。实 际控制系统，至少要求是率减过程或非周期过程，以率减为佳。
评定指标：衰减率 φ，衰减比N
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§1-2 自动控制的基本方式
3．复合控制
Fig.1-3◎
在一个控制系统中同时采用开环控制和闭环控制。
开环控制——粗调
闭环控制——细调
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§1-3 反馈控制系统的概念
1. 反馈控制系统的组成◎ 2. 反馈控制系统的结构方框图◎ 3. 反馈控制系统的分类◎
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1. 反馈控制系统的组成
Fig.1-5a◎
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§1-4 自动控制的性能指标
1．自动控制系统的稳态和动态 稳态——被控量不随时间而变化的平衡状态（也称静态） 动态——被控量随时间而变化的不平衡状态（也称瞬态）
扰动变化
控制作用
稳态（平衡）
动态过程
新稳态（平衡）
平衡破坏
克服扰动影响
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§1-4 自动控制的性能指标
2．自动控制系统的过渡过程 自动控制系统在动态过程中被控量随时间而变化的过程，
4. 4. 测量变送器（测量单元）：将被控对象的物理输出量， 即 被控量转换为标准信号输出（也称测量输出），送到调 节器，作为反馈信号。
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2. 反馈控制系统的结构框图
Fig.1-6◎
特点： （1）信号传递的单向性； （2）闭合回路（闭环系统）； （3）负反馈：反馈通道的信号与前向通道的信号相减。反之，
则为正反馈。 （4）控制单元根据偏差进行控制，因此又称偏差驱动。
若控制单元、测量单元和执行单元合为一体，则称为 基地式控制仪表；若三者分开，则称为组合式控制仪表。
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ST
3. 反馈控制系统的分类
1. 按给定值的形式： （1）定值控制；（2）程序控制；（3）随动控制。
2. 按动作方式： （1）连续控制；（2）断续控制（双位控制或多位控制）
5
ST
§1-2 自动控制的基本方式
1. 开环控制系统
Fig.1-1◎
控制系统的输出对系统的控制作用没有影响。
(1)按给定值进行控制
(2)按扰动补偿进行控制
2．闭环控制系统
Fig.1-2◎
控制系统的输出对系统的控制作用有影响，即控制器的输 出作用于控制对象，控制对象的输出（系统的输出）将送 回到控制器，控制器根据偏差进行控制。因此，又称为反 馈控制。