自动控制和变频器

自动控制

—概述

自动化技术是信息科学与技术的一个分支。

自动化水平已成为衡量各行业现代化水平的一个重要标志。

自动化分为：工业自动化、生产过程自动化、电力自动化、仪表自动化、过程自动化、办公自动化、楼宇自动化

一、自动控制系统的一般概念

（一）、基本概念：

1、自动控制：指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行的控制机制。

2、自控系统：是由自动控制装置（也称控制器）和被控对象组成，能自动地对被控对象的工作状态或其被控量进行控制，并且有预定性能的动力学系统。

3、自动控制理论：研究自动控制共同规律的技术科学。

4、反馈控制的原理：系统的输出量经测量和变换后反馈到输入端，与给定输入信号相比较得到偏差信号，偏差信号经控制器产生控制作用使输出量按要求变化，这就是反馈控制原理。

反馈：我们把取出的输出量送回到输入端，并与输入信号相比较而产生偏差的过程，称为反馈。

负反馈：反馈的信号是与输入信号相减，使产生的偏差信号越来越小。

正反馈：反馈的信号是与输入信号相加，使产生的偏差信号越来越大。（二）、基本控制方式：

1、开环控制：指控制器与控制对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程。

2、闭环控制

又称反馈控制，指控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程。其主要特点：

①按偏差调节。

②抗扰性好，控制精度高。

3、复合控制

是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式。它在闭环控制回路的基础上，附上一个输入信号或扰动信号的顺馈通路，用来提高系统的控制精度。主要特点：

①具有很高的控制精度。

②可以抑制几乎所有的可量测扰动，其中包括低频强扰动。但要求

补偿器的参数要有较高的稳定性。

（三）自动控制系统的组成

1、被控制对象：要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。

2、控制器：对被控对象起控制作用的设备总体。

3、输出量：表现于被控对象或系统输出端，是要求实现自动控制的物理量。

4、输入量：作用于被控对象或系统输入端，是可使系统具有预定的

功能或预定输出的物理量。

5、测量元件：其作用是检测被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，则一般要转换为电量。

6、比较元件：其作用是把测量元件检测的被控量实际值与系统输入

量进行比较，求出它们之间的偏差。

7、放大元件：其作用是将比较元件给出的偏差信号进行放大，用来

推动执行机构去控制被控制对象。

8、执行机构：其作用是直接推动被控制对象，使其被控量发生变化。（四）自动控制系统的分类：

1、线性连接控制系统

这类系统可以用线性微分方程描述。

若微分方程系数为常数，则称为线性定常连续系统；

若微分方程系数随时间的变化而变化，则称为线性时变系统。

线性定常连续系统按其输入量的变化规律又可分为：

①恒值控制系统：系统输入量是一个常值，要求系统的输出量保持

为恒定的希望值。

②随动系统：系统的输入量随时间任意变化，要求系统的输出量在

满足精度的条件下跟随输入量变化。

③程序控制系统：系统的输入量是按预定规律随时间变化的函数，

要被控量迅速、准确地复现。

2、线性定常离散系统

控制作用和时间的关系是不连续的系统。

3、非线性控制系统

存在一个或一个以上元部件输出特性是非线性的系统。

（五）对控制系统的基本要求

稳定、快速、准确

二、生产过程自动化的发展

（一）生产过程自动化的三个阶段：

1、仪表自动化阶段：

①20世纪40年代前后——笨重的基地式仪表——实现生产设备的就地分散的局部自动控制——不同设备间或同一设备中的不同控制系统间没有或很少有联系——对象：温度、压力、流量，成分等几个热工参数的定值控制。

②20世纪50年代至60年代——电动与气动单元组合仪表和巡回检测装置——集中监控与集中操纵的控制系统——实现了工厂仪表化和局部自动化——主要解决单输入、单输出的定值控制系统的分析和综合问题——各控制系统互不关联，只是控制品质有较大的提高。2、计算机控制阶段：

20世纪70年代至80年代——集成电路与计算机技术飞速发展——开始采用计算机直接数字控制DDC（direct digital control）与计算机监控（supervisory computer control,SCC）系统。——可靠性高，成本低，软件丰富。CRT显示直观，便于人机联系，得到广泛应用。——现代工业规模不断扩大，控制要求不断提高，过程参数日益增多，控制回路更加复杂——为满足监控集中、风险分散的要求，70年代

中期集散控制系统（distirbuted control systems,DCS，也称分布或控制系统）问世——集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术为一体的装置。

3、综合自动化阶段：

20世纪90年代，进入了综合自动化阶段

突出特征：工具——现场总线（fieldbus）控制技术

控制理论：第三代“智能控制理论”将人工智能控制理论和运筹学三大学科相结合，采用模糊技术，神经网络专家系统等技术。

综合自动化系统就是包括生产计划和调度，操作优化，基层控制和先进控制等内容的递阶控制系统，也称管理控制一体化的系统，是靠计算机及共网络来实现的，也称计算机集成过程系统（computer integrated process system,CIPS）

CIMS：computer integtated manufacturing systems)

CIPS：全新的哲理与概念——以企业整体优化为目标，以计算机及网络为主要技术工具，以生产过程的管理和控制自动化为主要内容，将过去局部自动化的“孤岛”模式集成为一个整体的系统——是当代自动化的潮流。

（二）过程控制流程图：