热工仪表与自动控制

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• ◆图11-2为室温自动控制系统示意图，控制器将传感 器反映的室温测量值与要求值进行比较合运算，用以 控制执行器，使流入室内的热量与流出到室外的热量 相平衡，以实现室温的自动控制。上述执行起由执行 机构和调节机构闸门组成，称为电动调节阀。
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• ◆所谓自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利 用控制装置使得被控制对象（如设备和生产过程等） 自动的按照预定的规律运行后变化的手段（或操作）。
• ●一般，控制系统受两种作用，即给定作用和干Байду номын сангаас作用， 它们称为系统的输入信号。
• 系统的给定值决定系统被控制变量的变化规律。 • 干扰作用在实际系统中是难于避免的，而且它可以作用
在系统中的任意部位。
• 通常所说的系统的输入信号是指给定制信号，在系统的 输出信号是指被控变量。设定给定值这一端称为系统的 输出端。
• 传感器 又称被控量（包括物理量，化学量，生物量 等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理 量（一般为电量）的元件。例如，电阻，热电偶等。
• 控制器 它是将被控变量的实测值与给定值信号相比 较，检测偏差并对偏差进行运算，按照预定的规律发 出控制指令的部件。因此，它一般据有给定、比较、 指示、运算和操作功能。控制器又称调节器。
• ●将室温指示值与室温要求值加以比较，并算出两 者的差值，规定要求值减去指示值为差值;
•
● 当差值为正时，开大热水闸门，从而使偏差减
小；
•
● 当偏差为负时，则关小热水闸门，也是偏差减小。
•
◆将上述三部工作不断重复下去，直到温度指示回
到要求的数值上。
• 这种有人工来直接进行的控制称人工控制。
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• ◆ 从上述可知，要进行人工控制，必须有测量仪表 和一个由人工操作的器件（如上图中的调节闸门）。 ●由人来判断偏差的大小与符号，然后根据这个偏差 进行控制，是偏差得以纠正。
•
第十一章 自动控制原理
• ◆自动控制系统及其组成
• ◆自动控制是在人工控制的基础上产生，发展起来。
所以，在介绍自动控制时，首先分析人工控制，并
与自动控制加以比较。
• ◆人工控制与自动控制
• 图11－1为室温人工控制示意图，送风经过热水加
热器加热后送入恒温室，用以控制室内温度（简称
室温），为了室温保持在要求得数之上或在一定的
• 为了能清楚地表示一个自动控制系统个组成部分（或称环 节）之间的相互影响和信号联系，一般都用框图表示控制 系统的组成。
• ●例如，上例室温控制系统可以用图11－3的框图表示。 每一个框表示一个环节，用带箭头的线条表示各个环节之 间的联系和信号传递方向，在线上用字母表示作用信号。
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• ●在上例中，室外温度的变化，室内热源的变化，加热 器前送风温度的变化及热水温度的变化等，都使室温发 生变化，使室温的实际值于给定制之间产生差距。这是 引起室温变化的外界因素，在自动系统中称为干扰（或 称扰动），用f表示。
• ●自动控制中的常用术语 • 被控对象 简称对象，指自动控制系统中要进行控制
的设备或生产过程的一部分或全部。例如，空调房间， 燃气工业炉，锅炉等。
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• 被控变量 被控对象中要求实现自动控制的物理量， 例如，温度，湿度，压力等。
• 给定值 又称设定值，即通过控制作用，使被控变量 达到要求的数值。
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• ●执行器 他是将来自控制器的控制信号，转变为操 作量的部件，它是由执行机构和调节机构组成。例如， 电动调节阀是有电动执行机构和调节阀组成。
• ●操作量 它是为使被控量受到干扰后，在恢复到新 稳定值而须要通过调节机构相对象输入（或对象输出） 的物料量或能量。例如，图11－2中的热水量。
• ●干扰 引起被控量发生变化的外部原因，例如，外 界环境温度的变化引起的工业炉温的变化，环境温度 变化称干扰。
• ●从上述人工控制与自动控制过程分析来看：
• ●传感器 相当于人工控制中的温度计；
• ●控制器代替人的眼睛和大脑，进行比较和运算；
• ●执行器中的电动机相当于人的双手。
• ◆在人工控制中，人是凭经验支配双手操作的。
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其效果很大程度上取决于其经验的正确与否。
•
而在自动控制中，控制器是根据偏差信号，按一
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• 由图11－3的框图可以看出，从信号传输的角度来说， 自动控制是一个闭合的回路，所以又称闭环系统。应 强调说明，这种闭环系统的输出信号―――被控变量 进过传感器（或变送器）有返回作用到系统的输入端。
• 这种把系统的输出信号又引到系统的输入端的措施称 反馈。自动控制系统中采用的反馈是负反馈。
• 所谓负反馈就是输入量与反馈量是相减的，由于采用 负反馈控制，才能使被控制量与给定值之差消除或减 小，即使被控量变化减小。
• ●人在控制过程中就其到了观察，比较，判断和控制 的作用。简单说就是“检查偏差，就正偏差”的过程。
• ●众所周知，人工控制往往是比较紧张和范所得工作， 而且容易出现差错;
• ●另外，由于人眼的观察和手的操作动作，受到人生 理机能的限制，所以无法达到高精度和节能控制的要 求。
• ◆假如由一个自动控制装置来完成上述人工操作，就 可完成室温的人工控制。
范围内变化，必须在室内设计一个温度计，操作人
员根据温度计的指示，不断地改变调节阀的开度，
控制进入加热器的热水量，从而使室温维持在某个
要求的范围内。
• ◆例如，当操作人员从温度计上观察到的数值低于要 求值时，则开大热水阀门，增大加热量，使时文加热 倒要求得数值；归纳起来操作人员所进行的工作是:
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• ●观察温度计的指示值;
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• 二.自动控制系统的分类 • （一）按给定值的形式可分为 • 1.定值控制系统 • 给定值保持不变（为一恒定值）的控制系统。 • 例如，燃气压力恒定控制系统，恒温恒湿控制系统，
定规律取控制调节阀的，其效果很多大程度上取决于
控制器的控制规律的选用是否恰当。
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• 二、自动控制系统的组成 • ◆为了达到自动控制的目的，由相互制约的各个部件，
按一定的规律组成的具有一定功能的整体称为自动控制系 统。
• ◆由被控对象，传感器（或变送器），控制器和执行器等 组成。
• ●例如，图11－2室温自动控制系统是有恒温器，温度传 感器，温度控制器和电动调节阀组成。