自动控制系统概述ppt(64张)
合集下载
自动控制系统第八版课件
幅频特性和相频特性
描述系统对不同频率正弦信号的放大倍数和相位移动情况。
频率特性的表示方法
极坐标图、对数坐标图（Bode图）等。
06
自动控制系统的校正与设 计
系统校正的基本概念
校正的定义
通过改变系统的结构或参数，使系统的性能得到 改善的过程。
校正的目的
提高系统的稳定性、快速性、准确性和抗干扰能 力。
脉冲响应的求解与性质
单位脉冲输入下系统的输出响应，可以通过差分方 程的求解得到，脉冲响应具有线性性、时不变性和 因果性等性质。
卷积的性质与应用
卷积是求解线性时不变系统输出响应的重要 方法，具有交换律、分配律和结合律等性质 ，可以简化计算过程。
Z变换与离散系统分析
Z变换的定义与性质
Z变换是离散时间信号与系统分析的重要工具，可以将差 分方程转换为代数方程进行求解，具有线性性、时移性、 频移性和卷积性等性质。
02
线性连续系统分析
线性连续系统的数学模型
微分方程
描述系统动态特性的数学工具， 通过求解微分方程可以得到系统 的输出响应。
传递函数
在零初始条件下，系统输出量的 拉普拉斯变换与输入量的拉普拉 斯变换之比，反映了系统的动态 特性。
状态空间表达式
以状态变量为基础，描述系统动 态特性的数学模型，适用于多输 入多输出系统。
脉冲响应与卷积
系统在单位脉冲输入下的输出响应，用于描述系统的动态特性，卷 积可用于求解任意输入下的输出响应。
传递函数与零极点
传递函数是离散系统数学模型在复数域中的表示，零点和极点是传递 函数的重要特征，决定了系统的稳定性和频率响应。
差分方程与脉冲响应
差分方程的建立与求解
根据物理系统的动态特性建立差分方程，通 过求解差分方程可以得到系统的输出响应。
描述系统对不同频率正弦信号的放大倍数和相位移动情况。
频率特性的表示方法
极坐标图、对数坐标图（Bode图）等。
06
自动控制系统的校正与设 计
系统校正的基本概念
校正的定义
通过改变系统的结构或参数，使系统的性能得到 改善的过程。
校正的目的
提高系统的稳定性、快速性、准确性和抗干扰能 力。
脉冲响应的求解与性质
单位脉冲输入下系统的输出响应，可以通过差分方 程的求解得到，脉冲响应具有线性性、时不变性和 因果性等性质。
卷积的性质与应用
卷积是求解线性时不变系统输出响应的重要 方法，具有交换律、分配律和结合律等性质 ，可以简化计算过程。
Z变换与离散系统分析
Z变换的定义与性质
Z变换是离散时间信号与系统分析的重要工具，可以将差 分方程转换为代数方程进行求解，具有线性性、时移性、 频移性和卷积性等性质。
02
线性连续系统分析
线性连续系统的数学模型
微分方程
描述系统动态特性的数学工具， 通过求解微分方程可以得到系统 的输出响应。
传递函数
在零初始条件下，系统输出量的 拉普拉斯变换与输入量的拉普拉 斯变换之比，反映了系统的动态 特性。
状态空间表达式
以状态变量为基础，描述系统动 态特性的数学模型，适用于多输 入多输出系统。
脉冲响应与卷积
系统在单位脉冲输入下的输出响应，用于描述系统的动态特性，卷 积可用于求解任意输入下的输出响应。
传递函数与零极点
传递函数是离散系统数学模型在复数域中的表示，零点和极点是传递 函数的重要特征，决定了系统的稳定性和频率响应。
差分方程与脉冲响应
差分方程的建立与求解
根据物理系统的动态特性建立差分方程，通 过求解差分方程可以得到系统的输出响应。
自动控制原理教学ppt
前馈校正
在系统的输入端引入一个前馈环节， 根据输入信号的特性对系统进行补 偿，以提高系统的跟踪精度和抗干 扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞 后-超前等校正方法结合起来， 设计一个复合的串联校正环节， 以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等 校正方法结合起来，设计一个复 合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容 做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等， 及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关 键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自 动化生产线、工业机器人、智能制造 等。
01
02
航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成 部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹 的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如 智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、 环保等领域，如农业自动化、医疗机 器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节， 以改善该局部的性能，而不影响 系统的其他部分。
全局反馈校正
在系统的输入端引入一个前馈环节， 根据输入信号的特性对系统进行补 偿，以提高系统的跟踪精度和抗干 扰能力。
复合校正方法
串联复合校正
将串联超前、串联滞后和串联滞 后-超前等校正方法结合起来， 设计一个复合的串联校正环节， 以实现更复杂的系统性能要求。
反馈复合校正
将局部反馈、全局反馈和前馈等 校正方法结合起来，设计一个复 合的反馈校正环节，以实现更全
自适应控制系统概述
简要介绍自适应控制系统的基本原理、结构和特点，为后续内容 做铺垫。
自适应控制方法
详细介绍自适应控制方法，如模型参考自适应控制、自校正控制等， 及其在自动控制领域中的应用实例。
自适应控制算法
阐述自适应控制算法的实现过程，包括参数估计、控制器设计等关 键技术。
鲁棒控制理论应用
鲁棒控制系统概述
自动控制应用领域
工业领域
自动控制广泛应用于工业领域，如自 动化生产线、工业机器人、智能制造 等。
01
02
航空航天领域
自动控制是航空航天技术的重要组成 部分，如飞行器的自动驾驶仪、导弹 的制导系统等。
03
交通运输领域
自动控制也应用于交通运输领域，如 智能交通系统、自动驾驶汽车等。
其他领域
此外，自动控制还应用于农业、医疗、 环保等领域，如农业自动化、医疗机 器人、环境监测与治理等。
提高系统的稳态精度。
串联滞后-超前校正
03
结合超前和滞后校正的优点，设计一个既有超前又有滞后的校
正环节，以同时改善系统的动态性能和稳态精度。
反馈校正方法
局部反馈校正
在系统的某个局部引入反馈环节， 以改善该局部的性能，而不影响 系统的其他部分。
全局反馈校正
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
自动控制系统概述
自动控制就是在没有人的直接参与的情况下，利用
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。
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。
自动控制原理课件：自动控制系统概述
本章思考题：
• 自动控制的实质是什么？ • 闭环控制的结构使得其具有哪些优缺点？ • 对自动控制系统的基本要求有哪些？
随动系统与自动调整系统 线性系统与非线性系统 连续系统和离散系统 单输入单输出系统和多输入多数出系统
1.5 自动控制系统的基本要求 稳定性 稳态性能指标 暂态性能指标
经典控制理论的主要分析方法:时域分析，频域分析
1.6 控制系统数字仿真实践的必要性
进行数字仿真实 验在某种意义上比理 论和试验对问题的认 识可以更为细致，不 仅可以了解问题的结 果而且可以通过设定 仿真条件等方式连续 动态、重复地显示控 制系统发展演化的中 间过程，方便了解直 观试验不易观测到的 整体与局部细节过程。
自动控制系统概述
目 录
CONTENTS
1.1 引言 1.2 开环控制和闭环控制 1.3 闭环自动控制系统的基本组成 1.4 自动控制系统的分类 1.5 自动控制系统的基本要求 1.6 控制系统数字仿真实践的必要性
1.1 引言
自动控制的基本概念
自动控制 自动控制是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和
闭环控制的特点
控制器与被控对象之间既有信号的正向作用，又 有信号的反馈作用。
优点：抗干扰能力强，稳态精度高、动态性能好等。
缺点：设计不合理时，将出现不稳定。在开控制器 2-控制对象 3-检测装置
1.3 闭环自动控制系统的基本组成
1.4 自动控制系统的分类
工艺过程进行合理的调节，使期望的物理量保持恒定，或者按照一定 的规律变化。
自动控制系统 自动控制系统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。
1.2 开环控制和闭环控制
图1-1 电炉加热系统 1-控制器（调压器） 2-被控对象（电炉箱）
《自动控制系统》课件
判定方法
通过分析系统的误差信号和稳态误差，可以判定系统的稳态性能 。
05
自动控制系统设计
系统建模
总结词
系统建模是自动控制系统设计的关键步 骤，它通过建立系统的数学模型来描述 系统的输入、输出和状态之间的关系。
VS
详细描述
系统建模是利用数学模型来描述一个实际 系统的动态行为。通过建立系统的数学模 型，可以分析系统的性能、预测系统的行 为，以及优化系统的设计。常见的系统建 模方法包括传递函数、状态空间和差分方 程等。
自动控制系统类型
开环控制系统
01
开环控制系统是指系统中没有反馈回路的控制系统 。
02
开环控制系统的输出只受输入的控制，系统的抗干 扰性和可靠性较低。
03
常见的开环控制系统有温度控制系统、液位控制系 统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是指系统中具有反馈回路的控制系统。
闭环控制系统的输出会反馈到输入端，通过比较实际输出和期望输出的偏差来调整输入，从而减小或消 除偏差。
分类
根据系统对输入信号的响应，动态性能可以分为快速 性、稳定性和准确性。
判定方法
通过分析系统的阶跃响应和脉冲响应，可以判定系统 的动态性能。
稳态性能分析
定义
稳态性能是指系统在输入信号作用下，系统输出的最终状态，包 括误差、稳态误差等。
分类
根据系统对输入信号的响应，稳态性能可以分为无差系统、有差 系统和积分系统。
实例
环境监测与控制系统可以对城市污水处理厂的污水进行实时监测和控制，根据水质数据 自动调整污水处理设备的运行参数，提高污水处理效果和排放标准。
THANKS
感谢观看
被控对象的特性对控制系统的设计有 很大影响，需要充分了解被控对象的 数学模型和动态特性。
通过分析系统的误差信号和稳态误差，可以判定系统的稳态性能 。
05
自动控制系统设计
系统建模
总结词
系统建模是自动控制系统设计的关键步 骤，它通过建立系统的数学模型来描述 系统的输入、输出和状态之间的关系。
VS
详细描述
系统建模是利用数学模型来描述一个实际 系统的动态行为。通过建立系统的数学模 型，可以分析系统的性能、预测系统的行 为，以及优化系统的设计。常见的系统建 模方法包括传递函数、状态空间和差分方 程等。
自动控制系统类型
开环控制系统
01
开环控制系统是指系统中没有反馈回路的控制系统 。
02
开环控制系统的输出只受输入的控制，系统的抗干 扰性和可靠性较低。
03
常见的开环控制系统有温度控制系统、液位控制系 统等。
闭环控制系统
闭环控制系统是指系统中具有反馈回路的控制系统。
闭环控制系统的输出会反馈到输入端，通过比较实际输出和期望输出的偏差来调整输入，从而减小或消 除偏差。
分类
根据系统对输入信号的响应，动态性能可以分为快速 性、稳定性和准确性。
判定方法
通过分析系统的阶跃响应和脉冲响应，可以判定系统 的动态性能。
稳态性能分析
定义
稳态性能是指系统在输入信号作用下，系统输出的最终状态，包 括误差、稳态误差等。
分类
根据系统对输入信号的响应，稳态性能可以分为无差系统、有差 系统和积分系统。
实例
环境监测与控制系统可以对城市污水处理厂的污水进行实时监测和控制，根据水质数据 自动调整污水处理设备的运行参数，提高污水处理效果和排放标准。
THANKS
感谢观看
被控对象的特性对控制系统的设计有 很大影响，需要充分了解被控对象的 数学模型和动态特性。
《自动控制原理》课件
集成化：智能控制技术将更加集 成化，能够实现多种控制技术的 融合和应用。
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
网络化：智能控制技术将更加网 络化，能够实现远程控制和信息 共享。
绿色化：智能控制技术将更加绿 色化，能够实现节能减排和环保 要求。
控制系统的网络化与信息化融合
网络化控制：通过互联网实现远程控制和监控
现代控制理论设计方法
状态空间法：通过建立状态空间模型，进行系统分析和设计 频率响应法：通过分析系统的频率响应特性，进行系统分析和设计 极点配置法：通过配置系统的极点，进行系统分析和设计 线性矩阵不等式法：通过求解线性矩阵不等式，进行系统分析和设计
最优控制理论设计方法
基本概念：最优控制、状态方程、控制方程等 设计步骤：建立模型、求解最优控制问题、设计控制器等 控制策略：线性二次型最优控制、非线性最优控制等 应用领域：航空航天、机器人、汽车电子等
动态性能指标
稳定性：系统在受到扰动后能否恢复到平衡状态 快速性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的速度 准确性：系统在受到扰动后恢复到平衡状态的精度 稳定性：系统在受到扰动后能否保持稳定状态
抗干扰性能指标
稳定性：系统在受到干扰后能够 恢复到原来的状态
准确性：系统在受到干扰后能够 保持原有的精度和准确性
信息化控制：利用大数据、云计算等技术实现智能化控制
融合趋势：网络化与信息化的融合将成为未来控制系统的发展方向 应用领域：工业自动化、智能家居、智能交通等领域都将受益于网络化与 信息化的融合
控制系统的模块化与集成化发展
模块化：将复杂的控制系统分解为多个模块，每个模块负责特定的功能，便于设计和维护 集成化：将多个模块集成为一个整体，提高系统的性能和可靠性 发展趋势：模块化和集成化是未来控制系统发展的重要方向 应用领域：广泛应用于工业自动化、智能家居、智能交通等领域
自动控制系统第八版
实时监控，保障生产安全
详细描述
工业自动化控制系统能够对生产设备进行实 时监控，及时发现设备故障或异常情况，保
障生产安全，减少事故发生的可能性。
工业自动化控制系统的应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
高精度控制，提高产品质量
工业自动化控制系统采用高精度传感器和控制器，能够实 现高精度控制，提高了产品质量和稳定性，满足了市场需 求。
特点
自动控制系统具有高精度、高效率、 高可靠性、可远程控制等特点，广泛 应用于工业、农业、军事、航天等领 域。
自动控制系统的应用领域
工业自动化
航空航天
在工业生产过程中，自动控制系统用于控 制机器设备、生产线等，提高生产效率和 产品质量。
在航空航天领域，自动控制系统用于控制 飞行器的飞行姿态、导航、武器系统等， 提高飞行安全和作战能力。
智能家居控制系统的应用
总结词
提高生活品质，提升幸福感
详细描述
智能家居控制系统能够为家庭提供更 加智能化、便捷化的生活服务，提高 生活品质和幸福感。
交通信号控制系统的应用
总结词
优化交通流量，缓解拥堵
详细描述
交通信号控制系统能够对交通流量进行实时监测和调控，优化交通 流量的分布和流向，缓解交通拥堵状况。
智能家居控制系统的应用
总结词
节能环保，降低能耗
详细描述
智能家居控制系统能够根据家庭设备的实际需求进行智 能调节和控制，降低能耗和排放，达到节能环保的效果 。
智能家居控制系统的应用
总结词
安全可靠，保障家庭安全
详细描述
智能家居控制系统具备高度安全性， 能够保障家庭设备的安全可靠运行。 同时，该系统还可以实时监控家庭安 全状况，提高家庭安全防范能力。
详细描述
工业自动化控制系统能够对生产设备进行实 时监控，及时发现设备故障或异常情况，保
障生产安全，减少事故发生的可能性。
工业自动化控制系统的应用
要点一
总结词
要点二
详细描述
高精度控制，提高产品质量
工业自动化控制系统采用高精度传感器和控制器，能够实 现高精度控制，提高了产品质量和稳定性，满足了市场需 求。
特点
自动控制系统具有高精度、高效率、 高可靠性、可远程控制等特点，广泛 应用于工业、农业、军事、航天等领 域。
自动控制系统的应用领域
工业自动化
航空航天
在工业生产过程中，自动控制系统用于控 制机器设备、生产线等，提高生产效率和 产品质量。
在航空航天领域，自动控制系统用于控制 飞行器的飞行姿态、导航、武器系统等， 提高飞行安全和作战能力。
智能家居控制系统的应用
总结词
提高生活品质，提升幸福感
详细描述
智能家居控制系统能够为家庭提供更 加智能化、便捷化的生活服务，提高 生活品质和幸福感。
交通信号控制系统的应用
总结词
优化交通流量，缓解拥堵
详细描述
交通信号控制系统能够对交通流量进行实时监测和调控，优化交通 流量的分布和流向，缓解交通拥堵状况。
智能家居控制系统的应用
总结词
节能环保，降低能耗
详细描述
智能家居控制系统能够根据家庭设备的实际需求进行智 能调节和控制，降低能耗和排放，达到节能环保的效果 。
智能家居控制系统的应用
总结词
安全可靠，保障家庭安全
详细描述
智能家居控制系统具备高度安全性， 能够保障家庭设备的安全可靠运行。 同时，该系统还可以实时监控家庭安 全状况，提高家庭安全防范能力。
《自动控制系统》课件
感谢您的观看
汇报人：
03
自动控制系统的基本控 制方式
开环控制方式
开环控制的特点：简单、成 本低、响应速度快
开环控制的定义：不依赖于 反馈信号的控制方式
开环控制的应用：在简单、 稳定的系统中使用
开环控制的局限性：无法适 应环境变化，无法实现精确
控制
闭环控制方式
闭环控制：通过反馈信号来控制输 出，使输出与期望值保持一致
自动控制系统是一种能够自 动控制和调节设备或过程的 系统。
自动控制系统的主要功能是 实现对被控对象的自动控制
和调节。
自动控制系统广泛应用于工 业、农业、交通、医疗等领
域。
自动控制系统的组成
传感器：用于检测和控制对象的状 态
控制器：用于接收传感器的输入信 号，处理后输出控制指令
添加标题
添加标题
添加标题
稳定性分类：分为稳定、不稳 定、临界稳定和半稳定
稳定性分析方法：包括时域分 析法、频域分析法和根轨迹分 析法等
快速性
快速性是指系 统对输入信号
的响应速度
快速性指标包 括上升时间、 峰值时间和超
调量
快速性指标反 映了系统的动
态性能
快速性指标对 于控制系统的 稳定性和准确
性至关重要
准确性
自动控制系统的 准确性是指系统 输出与期望输出 之间的误差
发展趋势：智能化、网络化、小型 化、节能化
气动执行器
工作原理：利用压缩空气作为动力源，通过气缸、活塞等部件实现直线或旋转运动 特点：结构简单、体积小、重量轻、响应速度快、易于维护 应用领域：广泛应用于工业自动化、机械制造、化工、食品等行业 发展趋势：智能化、集成化、节能化、环保化
液压执行器
自控原理课件 第1章-自动控制系统概
2
第1章 自动控制系统概述
第1章 自动控制系统概述
1.1自动控制系统基础知识
3
第1章 自动控制系统概述
4
第1章 自动控制系统概述
开环控制系统是一种最简单的控制系统。下面举例 说明其结构特点和工作原理。 图1.1所示是一个电阻炉温度控制系统，希望电阻炉 的温度T c保持在允许范围内。在该系统中，可以通过调 整自耦变压器滑动端的位置来改变电阻炉的温度，并使 其保持在允许范围内。因而被控对象就是电阻炉，被控 量就是电阻炉的温度。自耦变压器滑动端的位置对应了 一个电压值uc，也就对应了一个电阻炉的温度Tc，改变 M c也就改变了T”在这个控制系统中，没有对电阻炉的实 际温度进行测量，就是说，实际温度Tc是多少不得而知 。当系统中出现外部扰动(如炉门开关频繁变化)或内部 扰动(如电源电压波动)时，了c将偏离“c所对应的数值， 5 结果温度可能比希望值偏高或偏低。
25
第1章 自动控制系统概述
而放大器的输入电压为给定电压与反馈电压比 较后的偏差电压ΔU=Ug-Ufn, 其中Ug是由给定电 位器给定的，Ufn是由测速发电机TG输出电压 经电位器分压获得的。 Ufn的大小取决于转速 的高低。因此,测速发电机和电位器构成检测元 件和反馈单元；由于Ug和Ufn极性相反，所以构 成负反馈。
第1章 自动控制系统概述
6．检测元件 该装置用来检测被控制量，并将其转换成与 给定量相同的物理量。检测元件的精度和特性逐 渐影响控制系统的控制品质，它是构成自动控制 系统的关键部件。在此系统中是热电耦。
20
第1章 自动控制系统概述
由图1.6可见．系统中作用量的被控制量如
下： 给定量：又称为控制量或参考输入量。它通 常由给定信号电压构成，或通过检测元件将非电 量转换成电压信号。如图1.6中的给定电压UsT。 输出量：又称为被控制量。它是控制对象的 输出，是自动控制的目标。如图1.6中的炉温T 。 反馈量：是通过检测元件将输出量转换成与 给定量性质相同且数量级相同的信号。图1.6中 的反馈量是由热电偶将炉温转换来的信号电压 UfT。
自动控制系统概述(ppt64页).pptx
DCS（集散控制系统）
先进控制和优化控制：CIPS、FCS，20世纪80年代 以后
• 自动化仪表的发展 模拟仪表 数字仪表 智能仪表
➢当前自动控制系统发展的一些主要特点 •生产装置实施先进控制成为发展主流 •过程优化受到普遍关注 •传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 •综合自动化系统（CIPS）是发展方向
➢控制理论的发展 经典控制理论:20世纪40年代～20世纪50年代 Nyquist(1932)频域分析技术 Bode(1945)图 根轨迹分析方法(1948)
特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究 问题。
适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。
以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计 PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一
1.2.2闭环控制与开环控制
闭环控制：
蒸汽
在反馈控制系统中， 被控变量的值被送回 输入端，与设定值进 行比较，根据偏差进 汽包 行控制，控制被控变 量，这样，整个系统 省煤器 构成了一个闭环。
LT
LC
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
➢闭环控制的特点（优
蒸汽
点）：
按偏差进行控制，使偏差 减小或消除，达到被控变 量与设定值一致的目的。 汽包
适用范围： 高维线性系统
智能控制理论:不需要建立被控对象的数学模型
➢控制系统结构及仪表的发展 •控制系统结构的发展
基地式：20世纪50年代，适用于单回路（就地式液 位控制器及自力式温度控制器）
单元组合式（按功能划分，然后组合）： 有DDZ, QDZ，20世纪60年代，仪表之间用标准统一信号联 系计算机：DDC,20世纪70年代
(3)根据命令操作给水阀， 使液位回到设定值。
先进控制和优化控制：CIPS、FCS，20世纪80年代 以后
• 自动化仪表的发展 模拟仪表 数字仪表 智能仪表
➢当前自动控制系统发展的一些主要特点 •生产装置实施先进控制成为发展主流 •过程优化受到普遍关注 •传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 •综合自动化系统（CIPS）是发展方向
➢控制理论的发展 经典控制理论:20世纪40年代～20世纪50年代 Nyquist(1932)频域分析技术 Bode(1945)图 根轨迹分析方法(1948)
特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究 问题。
适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。
以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计 PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一
1.2.2闭环控制与开环控制
闭环控制：
蒸汽
在反馈控制系统中， 被控变量的值被送回 输入端，与设定值进 行比较，根据偏差进 汽包 行控制，控制被控变 量，这样，整个系统 省煤器 构成了一个闭环。
LT
LC
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
➢闭环控制的特点（优
蒸汽
点）：
按偏差进行控制，使偏差 减小或消除，达到被控变 量与设定值一致的目的。 汽包
适用范围： 高维线性系统
智能控制理论:不需要建立被控对象的数学模型
➢控制系统结构及仪表的发展 •控制系统结构的发展
基地式：20世纪50年代，适用于单回路（就地式液 位控制器及自力式温度控制器）
单元组合式（按功能划分，然后组合）： 有DDZ, QDZ，20世纪60年代，仪表之间用标准统一信号联 系计算机：DDC,20世纪70年代
(3)根据命令操作给水阀， 使液位回到设定值。
自动控制原理课件ppt
控制目标。
传感器
检测系统的状态或参数，并将 检测结果转换为电信号传输给
控制器。
调节机构
根据控制器的指令调整系统的 参数或结构，以实现系统的稳
定和性能优化。
02
控制系统基本概念
系统稳定性
01Biblioteka 0203稳定性的定义
一个控制系统在受到扰动 后能够回到原始状态的能 力。
稳定性的分类
根据系统响应的不同，可 以分为渐近稳定、指数稳 定和不稳定三种类型。
闭环控制系统
系统的输出反馈到输入端，通过反馈 控制提高控制精度。
03
控制系统的数学模型
传递函数
定义
传递函数是描述线性定常系统动 态特性的数学模型，它反映了系 统输出与输入之间的函数关系。
形式
传递函数通常表示为有理分式的 形式，即 G(s) = num(s)/den(s) ，其中 s 是复变量，num(s) 是 分子多项式，den(s) 是分母多项
参数优化
根据系统性能指标，调整控制器的参数，以实现更好的控制效果 。
结构优化
对控制系统结构进行调整，以提高系统的稳定性和动态性能。
鲁棒性优化
提高系统对不确定性和干扰的抵抗能力，保证系统在各种情况下 都能稳定运行。
控制系统的调试与测试
硬件调试
对控制系统的硬件部分进行调试，确保硬件设备正常工作 。
软件调试
自动控制的应用
工业自动化
航空航天
交通运输
智能家居
自动化生产线、机器人 、自动化仪表等。
飞行器控制、卫星轨道 控制等。
自动驾驶车辆、列车控 制等。
智能家电、智能照明等 。
自动控制系统的组成
01
02
03
传感器
检测系统的状态或参数，并将 检测结果转换为电信号传输给
控制器。
调节机构
根据控制器的指令调整系统的 参数或结构，以实现系统的稳
定和性能优化。
02
控制系统基本概念
系统稳定性
01Biblioteka 0203稳定性的定义
一个控制系统在受到扰动 后能够回到原始状态的能 力。
稳定性的分类
根据系统响应的不同，可 以分为渐近稳定、指数稳 定和不稳定三种类型。
闭环控制系统
系统的输出反馈到输入端，通过反馈 控制提高控制精度。
03
控制系统的数学模型
传递函数
定义
传递函数是描述线性定常系统动 态特性的数学模型，它反映了系 统输出与输入之间的函数关系。
形式
传递函数通常表示为有理分式的 形式，即 G(s) = num(s)/den(s) ，其中 s 是复变量，num(s) 是 分子多项式，den(s) 是分母多项
参数优化
根据系统性能指标，调整控制器的参数，以实现更好的控制效果 。
结构优化
对控制系统结构进行调整，以提高系统的稳定性和动态性能。
鲁棒性优化
提高系统对不确定性和干扰的抵抗能力，保证系统在各种情况下 都能稳定运行。
控制系统的调试与测试
硬件调试
对控制系统的硬件部分进行调试，确保硬件设备正常工作 。
软件调试
自动控制的应用
工业自动化
航空航天
交通运输
智能家居
自动化生产线、机器人 、自动化仪表等。
飞行器控制、卫星轨道 控制等。
自动驾驶车辆、列车控 制等。
智能家电、智能照明等 。
自动控制系统的组成
01
02
03
自动控制系统概述
以上统称：经典控制理论。
此阶段，经历了第一，二次工业革命，大工业时代，炼钢，机械，电力等飞速发展， 第一，二次大战，雷达，大炮，飞机等发明和广泛应用更加这种飞速发展。
（三）60年代以来，以极大值原理，动态规划，卡尔曼滤波和系统辩识，尤其是 状态空间法，解决复杂的多输入、输出问题，直到现在的：非线性，最优控制， 系统辩识、自适应控制等，该阶段称为现代控制理论；自动控制普遍用于工业， 如炼钢，石化，发电，供电，国防，计算机出现为复杂问题的时域解提供可能， 自动控制成功应用于航空，航天、核工业、乃至社会、经济等尖端领域，自动 化发展高峰。
（五）我国历史和现状
我国起步晚，在现代科学史上没有占据一席之地。
1954年钱学森所著《工程控制论》一书英文版问世﹐第一次用这一名词称呼在 工程设计和实验中能够直接应用的关于受控工程系统的理论﹑概念和方法。随 着该书的迅速传播(俄文版1956年﹐德文版1957年﹐中文版1958年)﹐该书 中给这一学科所赋予的含义和研究的范围很快为世界科学技术界所接受。 80 年代普遍开展教学和研究，但基础工业落后，以原料到生产，各方面落后，从 自动化的材料、元件、系统和技术各方面都与发达国家有较大差距。
5
整理ppt
第一章 自动控制系统概述
是自动化类、信息类的必修课，主干课，将具体元件根据自动控制原理组成、针对具体 控制对象的系统，包括：
1.研究一般规律：通过分析、研究各种具体系统的一般规律，控制本身是一种工具，它 不局限于某个系统，控制理论作为自动控制的基础理论，具有普适性，好比微积分、 线性代数，任何领域都可拿来用从物理特性和规律出发，但不局限于物理规律，而是 找出共同规律使之能更广泛的应用 ；同时又有很强的应用背景，但联系实际有具体意 义，和一般数学等不同。
此阶段，经历了第一，二次工业革命，大工业时代，炼钢，机械，电力等飞速发展， 第一，二次大战，雷达，大炮，飞机等发明和广泛应用更加这种飞速发展。
（三）60年代以来，以极大值原理，动态规划，卡尔曼滤波和系统辩识，尤其是 状态空间法，解决复杂的多输入、输出问题，直到现在的：非线性，最优控制， 系统辩识、自适应控制等，该阶段称为现代控制理论；自动控制普遍用于工业， 如炼钢，石化，发电，供电，国防，计算机出现为复杂问题的时域解提供可能， 自动控制成功应用于航空，航天、核工业、乃至社会、经济等尖端领域，自动 化发展高峰。
（五）我国历史和现状
我国起步晚，在现代科学史上没有占据一席之地。
1954年钱学森所著《工程控制论》一书英文版问世﹐第一次用这一名词称呼在 工程设计和实验中能够直接应用的关于受控工程系统的理论﹑概念和方法。随 着该书的迅速传播(俄文版1956年﹐德文版1957年﹐中文版1958年)﹐该书 中给这一学科所赋予的含义和研究的范围很快为世界科学技术界所接受。 80 年代普遍开展教学和研究，但基础工业落后，以原料到生产，各方面落后，从 自动化的材料、元件、系统和技术各方面都与发达国家有较大差距。
5
整理ppt
第一章 自动控制系统概述
是自动化类、信息类的必修课，主干课，将具体元件根据自动控制原理组成、针对具体 控制对象的系统，包括：
1.研究一般规律：通过分析、研究各种具体系统的一般规律，控制本身是一种工具，它 不局限于某个系统，控制理论作为自动控制的基础理论，具有普适性，好比微积分、 线性代数，任何领域都可拿来用从物理特性和规律出发，但不局限于物理规律，而是 找出共同规律使之能更广泛的应用 ；同时又有很强的应用背景，但联系实际有具体意 义，和一般数学等不同。
自动控制原理-胡寿松-第六版第二章ppt
。
03
主要功能
实现航空航天器的导航、姿态控 制、推进控制等功能，确保航空
航天器的安全和稳定运行。
02
应用领域
包括飞机、导弹、卫星、火箭等 。
04
技术组成
包括导航系统、控制系统、推进 系统等。
智能家居控制系统
01
02
03
04
定义
智能家居控制系统是用于家庭 居住环境的各种智能化控制系
统的总称。
应用领域
性质
传递函数具有多项式函数的形式，且在复平面上有极点和 零点。
应用
传递函数广泛应用于控制系统分析和设计中，如稳定性分 析、频率响应分析等。
方框图
定义
方框图是一种用方框和信号线组成的图形表示控制系统的方法。
组成
方框图由信号线、输入端、输出端、环节和连接线组成。
应用
方框图直观易懂，便于对控制系统进行分析和设计。在自动控制原 理课程中，学生需要掌握方框图的绘制和解读方法。
包括智能照明、智能安防、智 能家电、智能环境等。
主要功能
实现家庭居住环境的智能化控 制，提高居住的舒适度和便利
性，降低能耗。
技术组成
包括传感器、执行器、控制器 、网络通信等。
THANKS
感谢观看
分类
根据不同的分类标准，可以将自动控制系统分为多种类型，如开环控制系统和 闭环控制系统、定值控制系统和程序控制系统、线性控制系统和非线性控制系 统等。
自动控制系统的重要性
提高生产效率和产品质量
自动控制系统能够实现自动化生产， 提高生产效率，减少人为因素对产品 质量的干扰，从而提高产品质量。
节能减排
性能。
常用的串联校正装置包括：滞 后环节、超前环节、相位滞后-
03
主要功能
实现航空航天器的导航、姿态控 制、推进控制等功能，确保航空
航天器的安全和稳定运行。
02
应用领域
包括飞机、导弹、卫星、火箭等 。
04
技术组成
包括导航系统、控制系统、推进 系统等。
智能家居控制系统
01
02
03
04
定义
智能家居控制系统是用于家庭 居住环境的各种智能化控制系
统的总称。
应用领域
性质
传递函数具有多项式函数的形式，且在复平面上有极点和 零点。
应用
传递函数广泛应用于控制系统分析和设计中，如稳定性分 析、频率响应分析等。
方框图
定义
方框图是一种用方框和信号线组成的图形表示控制系统的方法。
组成
方框图由信号线、输入端、输出端、环节和连接线组成。
应用
方框图直观易懂，便于对控制系统进行分析和设计。在自动控制原 理课程中，学生需要掌握方框图的绘制和解读方法。
包括智能照明、智能安防、智 能家电、智能环境等。
主要功能
实现家庭居住环境的智能化控 制，提高居住的舒适度和便利
性，降低能耗。
技术组成
包括传感器、执行器、控制器 、网络通信等。
THANKS
感谢观看
分类
根据不同的分类标准，可以将自动控制系统分为多种类型，如开环控制系统和 闭环控制系统、定值控制系统和程序控制系统、线性控制系统和非线性控制系 统等。
自动控制系统的重要性
提高生产效率和产品质量
自动控制系统能够实现自动化生产， 提高生产效率，减少人为因素对产品 质量的干扰，从而提高产品质量。
节能减排
性能。
常用的串联校正装置包括：滞 后环节、超前环节、相位滞后-
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。
- 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)。
才能设计合理的工艺，充分了解所用的控制 系统，以及控制系统的特性，便于使用与维护。
使用常规仪表的中央控制室
早期的DCS控制系统
现在的DCS控制系统
1 自动控制系统概述
本章的主要内容：
1.1 自动化及仪表发展概述 1.2 自动控制系统 1.3 控制系统过渡过程及品质指标
1.1 自动化及仪表发展概述
➢控制理论的发展 经典控制理论:20世纪40年代～20世纪50年代 Nyquist(1932)频域分析技术 Bode(1945)图 根轨迹分析方法(1948)
特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究 问题。
适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。
以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计 PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
被控过程：锅炉汽包 被控变量： 汽包液位
自动控制系统概述(ppt64页)
术语
过程（被控对 象）：
自动控制系统中， 工艺参数需要控 制的生产过程、 设备或机器。
被控变量：
被控过程内要求 保持设定值的工 艺参数
自动控制系统概述(ppt64页)
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包液位自动控制系统示意图
LT：Level Transmitter LC：Level Controller
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
加热炉温度自动控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
TT：Temperature Transmitter TC：Temperature Controller
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
FT：Flow Transmitter FC：Flow Controller PT：Pressure Transmitter PC：Pressure Controller
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
测控技术
华东理工大学信息学院自动化系
学习这门课的必要性：
1、自动控制系统应用非常普遍
用在国民生活的各个方面，化工领域的应用 更加普遍，比如：炼油厂、化肥厂、纯碱生产过 程在涤纶短纤维生产过程、制浆、造纸过程、制 药等等。
2、自动化技术人员应该掌握充分的专业知识
3、工艺人员应该掌握一定的控制系统的知识
图1-1 锅炉汽包示意图
手动控制的步骤：
(1)观察液位数值；
(2)把观察到的实际数值 与设定值加以比较，根 据偏差的大小及变化情 况做出判断，并发布命 令。
(3)根据命令操作给水阀， 使液位回到设定值。
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
锅炉汽包液位自控制系统
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
操纵变量：水的流量
扰动：进水压力、蒸汽流量
自动控制系统概述(ppt64页)
操纵变量：
受控制器操纵的 用以克服干扰的 影响，使被控变 量保持设定值的 物料量或能量
扰动：
除操纵变量外， 作用于被控过程 并引起被控变量 变化的因素
自动控制系统概述(ppt64页)
（1）锅炉汽包水位的控制 （2）锅炉燃烧的控制 （3）过热蒸汽系统的控制
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
汽包
汽包水位是锅炉运行的主要
蒸汽
指标，维持水位在一定范围 内是锅炉安全运行的首要条 件。
省煤器 给水
图1-1 锅炉汽包示意图
自动控制系统概述(ppt64页)
水位过高：影响汽包内的汽 水分离，饱和水蒸汽带水过 多，会使过热器管壁结构导 致损坏，同时过热蒸汽温度 急剧下降，作为汽轮机动力 的话会损坏叶片，影响运行 的安全及经济性。
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
1.2 自动控制系统
1.2.1自动控制系统 自动控制的必要性
蒸汽
汽包
锅炉设备的控制任务主 要是：
根据生产负荷的需要，供应 一定规格（压力、温度）的 蒸汽，同时使锅炉在安全、 经济的条件下运行。
锅炉设备的主要控制系 统有：
省煤器
给水 图1-1 锅炉汽包示意图
现代控制理论:20世纪60年代获得迅猛发展
其主要内容为： （基础）线性系统理论，最优控制理
论，最佳估计理论，系统辨识等。
特点： 从输入-状态-输出的关系全面地分析 与研究系统。
适用范围： 不限于线性定常系统，也适用于线
形时变，非线性及离散系统，多输
入、
多输出的情况。
大系统理论:20世纪70年代开始 将现代控制理论与系统理论相结合 核心思想： 系统的分解与协调
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
自动控制系统概述(ppt64页)
设定值：
工艺参数所要求 保持的数值
偏差：
被控变量实际值 与设定值之差
负反馈：
将被控变量送回 输入端并与输入 变量相减
自动控制系统概述(ppt64页)
加热炉温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
适用范围： 高维线性系统
智能控制理论:不需要建立被控对象的数学模型
➢控制系统结构及仪表的发展 •控制系统结构的发展
基地式：20世纪50年代，适用于单回路（就地式液 位控制器及自力式温度控制器）
单元组合式（按功能划分，然后组合）： 有DDZ, QDZ，20世纪60年代，仪表之间用标准统一信号联 系计算机：DDC,20世纪70年代
自动控制系统概述(ppt64页)
蒸汽
汽包
省煤器 给水
图1-1 锅炉汽包示意图
水位过低：汽包内水较少， 负荷很大时，水的汽化速 度加快，汽包内水量急速 减少，如不能及时得到控 制，则会烧干，烧坏水冷 壁，甚至爆炸。
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
蒸汽
汽包
省煤器 给水
DCS（集散控制系统）
先进控制和优化控制：CIPS、FCS，20世纪80年代 以后
自动控制系统概述(ppt64页)
• 自动化仪表的发展 模拟仪表 数字仪表 智能仪表
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
➢当前自动控制系统发展的一些主要特点 •生产装置实施先进控制成为发展主流 •过程优化受到普遍关注 •传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 •综合自动化系统（CIPS）是发展方向
使用常规仪表的中央控制室
早期的DCS控制系统
现在的DCS控制系统
1 自动控制系统概述
本章的主要内容：
1.1 自动化及仪表发展概述 1.2 自动控制系统 1.3 控制系统过渡过程及品质指标
1.1 自动化及仪表发展概述
➢控制理论的发展 经典控制理论:20世纪40年代～20世纪50年代 Nyquist(1932)频域分析技术 Bode(1945)图 根轨迹分析方法(1948)
特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究 问题。
适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。
以传递函数为基础，在频率域对单输入单输出控 制系统进行分析与设计 PID控制规律是古典控制理论最辉煌的成果之一
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
被控过程：锅炉汽包 被控变量： 汽包液位
自动控制系统概述(ppt64页)
术语
过程（被控对 象）：
自动控制系统中， 工艺参数需要控 制的生产过程、 设备或机器。
被控变量：
被控过程内要求 保持设定值的工 艺参数
自动控制系统概述(ppt64页)
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包液位自动控制系统示意图
LT：Level Transmitter LC：Level Controller
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
加热炉温度自动控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
燃料油
TT：Temperature Transmitter TC：Temperature Controller
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
FT：Flow Transmitter FC：Flow Controller PT：Pressure Transmitter PC：Pressure Controller
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
测控技术
华东理工大学信息学院自动化系
学习这门课的必要性：
1、自动控制系统应用非常普遍
用在国民生活的各个方面，化工领域的应用 更加普遍，比如：炼油厂、化肥厂、纯碱生产过 程在涤纶短纤维生产过程、制浆、造纸过程、制 药等等。
2、自动化技术人员应该掌握充分的专业知识
3、工艺人员应该掌握一定的控制系统的知识
图1-1 锅炉汽包示意图
手动控制的步骤：
(1)观察液位数值；
(2)把观察到的实际数值 与设定值加以比较，根 据偏差的大小及变化情 况做出判断，并发布命 令。
(3)根据命令操作给水阀， 使液位回到设定值。
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
锅炉汽包液位自控制系统
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
操纵变量：水的流量
扰动：进水压力、蒸汽流量
自动控制系统概述(ppt64页)
操纵变量：
受控制器操纵的 用以克服干扰的 影响，使被控变 量保持设定值的 物料量或能量
扰动：
除操纵变量外， 作用于被控过程 并引起被控变量 变化的因素
自动控制系统概述(ppt64页)
（1）锅炉汽包水位的控制 （2）锅炉燃烧的控制 （3）过热蒸汽系统的控制
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
汽包
汽包水位是锅炉运行的主要
蒸汽
指标，维持水位在一定范围 内是锅炉安全运行的首要条 件。
省煤器 给水
图1-1 锅炉汽包示意图
自动控制系统概述(ppt64页)
水位过高：影响汽包内的汽 水分离，饱和水蒸汽带水过 多，会使过热器管壁结构导 致损坏，同时过热蒸汽温度 急剧下降，作为汽轮机动力 的话会损坏叶片，影响运行 的安全及经济性。
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
1.2 自动控制系统
1.2.1自动控制系统 自动控制的必要性
蒸汽
汽包
锅炉设备的控制任务主 要是：
根据生产负荷的需要，供应 一定规格（压力、温度）的 蒸汽，同时使锅炉在安全、 经济的条件下运行。
锅炉设备的主要控制系 统有：
省煤器
给水 图1-1 锅炉汽包示意图
现代控制理论:20世纪60年代获得迅猛发展
其主要内容为： （基础）线性系统理论，最优控制理
论，最佳估计理论，系统辨识等。
特点： 从输入-状态-输出的关系全面地分析 与研究系统。
适用范围： 不限于线性定常系统，也适用于线
形时变，非线性及离散系统，多输
入、
多输出的情况。
大系统理论:20世纪70年代开始 将现代控制理论与系统理论相结合 核心思想： 系统的分解与协调
蒸汽
汽包
LT
LC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
自动控制系统概述(ppt64页)
设定值：
工艺参数所要求 保持的数值
偏差：
被控变量实际值 与设定值之差
负反馈：
将被控变量送回 输入端并与输入 变量相减
自动控制系统概述(ppt64页)
加热炉温度控制系统
TT
TC
被加热原料
T 出口温度
适用范围： 高维线性系统
智能控制理论:不需要建立被控对象的数学模型
➢控制系统结构及仪表的发展 •控制系统结构的发展
基地式：20世纪50年代，适用于单回路（就地式液 位控制器及自力式温度控制器）
单元组合式（按功能划分，然后组合）： 有DDZ, QDZ，20世纪60年代，仪表之间用标准统一信号联 系计算机：DDC,20世纪70年代
自动控制系统概述(ppt64页)
蒸汽
汽包
省煤器 给水
图1-1 锅炉汽包示意图
水位过低：汽包内水较少， 负荷很大时，水的汽化速 度加快，汽包内水量急速 减少，如不能及时得到控 制，则会烧干，烧坏水冷 壁，甚至爆炸。
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
蒸汽
汽包
省煤器 给水
DCS（集散控制系统）
先进控制和优化控制：CIPS、FCS，20世纪80年代 以后
自动控制系统概述(ppt64页)
• 自动化仪表的发展 模拟仪表 数字仪表 智能仪表
自动控制系统概述(ppt64页)
自动控制系统概述(ppt64页)
➢当前自动控制系统发展的一些主要特点 •生产装置实施先进控制成为发展主流 •过程优化受到普遍关注 •传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统 •综合自动化系统（CIPS）是发展方向