自动控制系统概述(ppt 60张)
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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
自动控制系统的基本认识 PPT
• 电冰箱、空调、电饭煲：控制温度
智能建筑：
通信 电梯 供水 通风 空调 安防 抄表 …
工业机器人：
其他机器人：
排爆
步行
灵巧手
吹笛
拉提琴
足球比赛
自动控制的应用领域
• 军事工业 • 航空航天 • 制造业 • 机器人 • 流程工业
钢铁、石化、 造纸、制药等
• 电子工业 • 家用电器
• 交通系统，楼宇系统，经济系统，社会系统 …
自控系统的特点： <1>从信号传送看：c(t)经测量后回到输入端，构成
闭环，具有反馈形式，且为负反馈。 <2>从控制作用的产生看：由偏差产生的控制作用使
系统沿减小或消除偏差的方向运动—偏差控制。
自动控制系统的常用术语
二、常用术语及符号 1）输入量（指令）v(t)——来自反馈系统之外的对系统所施
加的控制作用。 2）参考输入r(t)——输入元件的输出，它是系统的实际输入
二、闭环控制系统：
第一章 自动控制概论
• 定义：闭环控制——被控量与给定值比较后用 其偏差对系统进行控制。亦称反馈控制。
• 特点：不论什么原因使被控量偏离期望值而出 现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去 减小或消除这个偏差，使被控量与期望值趋于 一致。需要控制的是c(t)、而测量的是c(t)对r(t) 的偏差。只要c(t)出现偏差，系统就自行纠正。
<3>测量(反馈)元件：其职能是检测被控制量的物理量。 如测速机、热电偶、自整角机、电位器、旋转 变压器、浮子等。
基本组成（续）
第一章 自动控制概论
<4>放大元件：其职能是将比较元件给出的偏差 信号进行放大，用来推动执行元件去控制受 控对象。如：晶体管、集成电路、晶闸管等 组成的电压、功率放大器。
智能建筑：
通信 电梯 供水 通风 空调 安防 抄表 …
工业机器人：
其他机器人：
排爆
步行
灵巧手
吹笛
拉提琴
足球比赛
自动控制的应用领域
• 军事工业 • 航空航天 • 制造业 • 机器人 • 流程工业
钢铁、石化、 造纸、制药等
• 电子工业 • 家用电器
• 交通系统，楼宇系统，经济系统，社会系统 …
自控系统的特点： <1>从信号传送看：c(t)经测量后回到输入端，构成
闭环，具有反馈形式，且为负反馈。 <2>从控制作用的产生看：由偏差产生的控制作用使
系统沿减小或消除偏差的方向运动—偏差控制。
自动控制系统的常用术语
二、常用术语及符号 1）输入量（指令）v(t)——来自反馈系统之外的对系统所施
加的控制作用。 2）参考输入r(t)——输入元件的输出，它是系统的实际输入
二、闭环控制系统：
第一章 自动控制概论
• 定义：闭环控制——被控量与给定值比较后用 其偏差对系统进行控制。亦称反馈控制。
• 特点：不论什么原因使被控量偏离期望值而出 现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去 减小或消除这个偏差，使被控量与期望值趋于 一致。需要控制的是c(t)、而测量的是c(t)对r(t) 的偏差。只要c(t)出现偏差，系统就自行纠正。
<3>测量(反馈)元件：其职能是检测被控制量的物理量。 如测速机、热电偶、自整角机、电位器、旋转 变压器、浮子等。
基本组成（续）
第一章 自动控制概论
<4>放大元件：其职能是将比较元件给出的偏差 信号进行放大，用来推动执行元件去控制受 控对象。如：晶体管、集成电路、晶闸管等 组成的电压、功率放大器。
自动控制系统基本概念ppt课件
成正比。 1
P Ti edt
只要偏差存在，积分作用一直作用下去， 就有输出信号，能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ除余差
缺点：在偏差出现的瞬间不能立即作用
30
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
（四）微分控制（D控制） • 控制器的输出变化量与偏差变化速度成
13
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
过渡过程的几种基本形式图
14
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
又称自动调节系统 • 自动操纵系统：程序控制 1. 随动控制系统：自动跟踪系统
7
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
六、自动控制系统的方框图 1、方框图：反映系统各组成部分之间的相
互影响和信号联系。
3. 控制器比例度δ的大小与输入输出的关系
比例度与输入和输出的关系
28
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
4、特点 • 反应快、无滞后，偏差大，输出也变化
大，但存在余差，只适于有差调节系统。 • 存在余差的原因：负荷变化前，浮球在
PID控制器输出特性
35
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
P Ti edt
只要偏差存在，积分作用一直作用下去， 就有输出信号，能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ除余差
缺点：在偏差出现的瞬间不能立即作用
30
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
（四）微分控制（D控制） • 控制器的输出变化量与偏差变化速度成
13
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
过渡过程的几种基本形式图
14
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
又称自动调节系统 • 自动操纵系统：程序控制 1. 随动控制系统：自动跟踪系统
7
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
六、自动控制系统的方框图 1、方框图：反映系统各组成部分之间的相
互影响和信号联系。
3. 控制器比例度δ的大小与输入输出的关系
比例度与输入和输出的关系
28
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
4、特点 • 反应快、无滞后，偏差大，输出也变化
大，但存在余差，只适于有差调节系统。 • 存在余差的原因：负荷变化前，浮球在
PID控制器输出特性
35
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
自动控制系统概述
第一节 自动控制系统的组成
自动控制系统的组成：控制器、执行器、被控对象及 测量变送环节四部分组成。
自动控制系统方块图
第一节 自动控制系统的组成
在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动
化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备。
在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设
备、机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简 称对象。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之四
（4） 过渡时间
从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的平 衡时止，过渡过程所经历的时间叫过渡时间。一般在稳态 值的上下规定一个小范围，当被控变量进入该范围并不再 越出时，就认为被控变量已经达到新的稳态值，或者说过 渡过程已经结束这个范围一般定为稳态值的±５％（也有 的规定为±２％）。
第四节 过渡过程和品质指标
五种重要品质指标之五
（5）震荡周期或频率
过渡过程同向两波峰（或波谷）之间的间隔时间叫振 荡周期或工作周期，其倒数称为振荡频率。在衰减比相同 的情况下，周期与过渡时间成正比，一般希望振荡周期短 一些为好。
第四节 过渡过程和品质指标
举例 某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过 渡过程曲线如下图所示。试分别求出最大偏差、余差、 衰减比、振荡周期和过渡时间（给定值为200℃）。
阶跃干扰作用
第四节 过渡过程和品质指标
自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式
非周期衰减过程 √
衰减震荡过程
√
对于控制质量要求不 高的场合，如果被控
等幅震荡过程 ？变的量范允围许内在振工荡艺（许主可要
指在位式控制时）， 才可采用。
发散震荡过程
X
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）
自动控制理论课件(PPT 31张)
11
电气与自动化工程学院
研究生专业外语
Science Citation Index
科学引文索引
Eugene Garfield 尤金· 加菲得 “SCI之父”
Science, 122(3159), p.108-11, July 1955.
电气与自动化工程学院
12
研究生专业外语
引文
在文献甲中提到或描述了文献乙，并以文后参考 书目或脚注的形式列出了文献乙的出处，其目的在于 指出信息的来源、提供某一观点的依据、借鉴陈述某 一事件（实）等。这时，便称文献乙为文献甲的引文， 称文献甲为文献乙的引证文献。引文通常也称为被引 文献或参考文献，引证文献通常也称为来源文献。
xt ( ) e ut ( ) K K K K e ( t ) e I I ( t ) e
式中
8
电气与自动化工程学院
研究生专业外语
作业：某系统的状态矩阵、控制矩阵和输出矩阵为
0.009 0.265 0 9 .8 0 6 .8 0e5 .67e4 0.91 1 0 6 .70e6 8 5 .96e4 5 .02 1 .1 0 0 4 .47e6 A 0 0 1 0 0 0 150 0 150 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 .0 4 6 4 2 .2 4 1 1 B= 0 0 0 6 .2 3 8 5 e 6 2 .5 2 3 0 e 9 1.0 3 5 1 e 9 0 0 0
基于LQR的跟踪控制问题
前述LQR为状态调节器问题，主要实现状态调节， 利用LQR方法实现对参考输入的跟踪控制。
基本思路：将跟踪控制问题转换为状态调节器问题。
电气与自动化工程学院
研究生专业外语
Science Citation Index
科学引文索引
Eugene Garfield 尤金· 加菲得 “SCI之父”
Science, 122(3159), p.108-11, July 1955.
电气与自动化工程学院
12
研究生专业外语
引文
在文献甲中提到或描述了文献乙，并以文后参考 书目或脚注的形式列出了文献乙的出处，其目的在于 指出信息的来源、提供某一观点的依据、借鉴陈述某 一事件（实）等。这时，便称文献乙为文献甲的引文， 称文献甲为文献乙的引证文献。引文通常也称为被引 文献或参考文献，引证文献通常也称为来源文献。
xt ( ) e ut ( ) K K K K e ( t ) e I I ( t ) e
式中
8
电气与自动化工程学院
研究生专业外语
作业：某系统的状态矩阵、控制矩阵和输出矩阵为
0.009 0.265 0 9 .8 0 6 .8 0e5 .67e4 0.91 1 0 6 .70e6 8 5 .96e4 5 .02 1 .1 0 0 4 .47e6 A 0 0 1 0 0 0 150 0 150 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 .0 4 6 4 2 .2 4 1 1 B= 0 0 0 6 .2 3 8 5 e 6 2 .5 2 3 0 e 9 1.0 3 5 1 e 9 0 0 0
基于LQR的跟踪控制问题
前述LQR为状态调节器问题，主要实现状态调节， 利用LQR方法实现对参考输入的跟踪控制。
基本思路：将跟踪控制问题转换为状态调节器问题。
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。
自动控制系统概述ppt课件
求： z f (x)
拉普拉斯变换
拉氏变换的实质：将实变量t的函数f（t），变换成复变量s（s=α+jβ）的函数F（s）。
F (s) f (t)estdt L[ f (t)] 0
其中： f (t) 为原函数， F(s) 为拉氏变换式（或象函数）
记为：
拉氏 变换 F(s) L[ f (t)]
第一节 自动控制系统的组成
进
料
口
调
节
器
变
送
器
执 行 器
进
料
口
调
节
器
变
送
器
进 料 口
变 送 器
控 制 站
执
执
行
行
器
器
控制系统的 4 个基本环节：
被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器
几个常用术语 ：
（1）被控对象 需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象，简称对象。 （2）被控变量 对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量称为被控
y (t ) B
e()
Sp
B
C
稳定误差范围： 2％ 或者 5％的新稳态值
0
t1
t2
t3
t
超调量σ： B/C *100%
衰 减 比n： n B / B
余差 e(∞)： e()
过渡时间tp： 振荡周期：
t p t3 t2 t1
自动控制系统希望的结果： •最大偏差（超调量）？ •答：越小越好 •衰减比？
的测量值而非实际值，因此，在控制系统中通常把设定值与测量值之差定义为偏 差。
第二节 自动控制系统的方块图：
一、信号和变量：
+
拉普拉斯变换
拉氏变换的实质：将实变量t的函数f（t），变换成复变量s（s=α+jβ）的函数F（s）。
F (s) f (t)estdt L[ f (t)] 0
其中： f (t) 为原函数， F(s) 为拉氏变换式（或象函数）
记为：
拉氏 变换 F(s) L[ f (t)]
第一节 自动控制系统的组成
进
料
口
调
节
器
变
送
器
执 行 器
进
料
口
调
节
器
变
送
器
进 料 口
变 送 器
控 制 站
执
执
行
行
器
器
控制系统的 4 个基本环节：
被控对象、检测仪表(测量变送环节)、控制器、执行器
几个常用术语 ：
（1）被控对象 需要实现控制的设备、机械或生产过程称为被控对象，简称对象。 （2）被控变量 对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量称为被控
y (t ) B
e()
Sp
B
C
稳定误差范围： 2％ 或者 5％的新稳态值
0
t1
t2
t3
t
超调量σ： B/C *100%
衰 减 比n： n B / B
余差 e(∞)： e()
过渡时间tp： 振荡周期：
t p t3 t2 t1
自动控制系统希望的结果： •最大偏差（超调量）？ •答：越小越好 •衰减比？
的测量值而非实际值，因此，在控制系统中通常把设定值与测量值之差定义为偏 差。
第二节 自动控制系统的方块图：
一、信号和变量：
+
《PLC控制系统概述》课件
详细描述
开放性的PLC控制系统可以与各种主流的工业自动化设 备进行连接，实现不同厂商产品之间的协同工作。这有 助于降低企业采购成本和维护成本，提高生产效率。同 时，开放性的PLC控制系统也方便了用户进行二次开发 和定制，满足特定应用的需求。
06
CATALOGUE
PLC控制系统案例分析
案例一：交通信号灯PLC控制系统
确定I/O点数
根据控制要求，统计所需的输入输出点数，为后续的硬件配置提供依据。
系统设计
硬件配置
根据I/O点数和系统规模，选择合适的PLC硬件，包括处理器模块、I/O模块、通讯模块 等。
软件设计
根据控制要求，设计控制算法、编写控制程序，实现控制逻辑。
编程与测试
要点一
编程
使用PLC编程软件，将控制程序写入PLC。
详细描述
高性能化的PLC控制系统具备更快的扫描速度和更高的 控制精度，能够实现更复杂的控制算法和数据处理。这 使得PLC在工业自动化领域的应用更加广泛，能够应对 各种复杂和严苛的控制需求。
网络化
总结词
随着工业物联网的兴起，PLC控制系统逐渐实现网络 化，能够与其他工业设备、传感器和执行器进行无缝 通信和数据共享。
ABCD
灵活性
PLC的编程语言简单易懂，可以灵活地改变控制 方案，以适应不同的生产需求。
强大的通讯功能
现代的PLC通常具有多种通讯接口，可以方便地 与其它设备进行数据交换。
PLC的应用领域
电力行业
用于发电厂的控制 、电网调度等。
楼宇自动化
用于智能建筑、空 调系统、照明系统 等的控制。
制造业
用于生产线的控制 、设备的自动化等 。
《PLC控制系统概述》 PPT课件
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-
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偏 差：被控变量的设定 值与实际值之差 负反馈：将被控变量送回 输入端并与输入变量相减
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
加热炉的温度控制系统
TT TC
加热炉 被控对象： 被控变量： 物料出口温度
T 被加热原料 出口温度
操纵变量：燃料油流量 扰动： 原料温度、燃料油热值等
燃料油
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
装置来管理化工生产过程的方法称为化工自动化。 动化装置来管理生产过程的方法称为过程自动化。
第一节 化工自动化的主要内容
1. 自动检测系统 ——“了解”生产任务
P3
2. 自动信号和联锁保护系统——安全装置
图1-1 热交换器自动检测系统示意图
3. 自动操纵及自动开停车系统
4. 自动控制系统——核心
自动控制系统的分类
自动控制系统的过渡过程和品质指标
第一节 化工自动化的主要内容
自动化？
40℃
化工自动化 过程自动化 指在化工机器、设备上配置一些装置，代替人工的部分直接劳 【定义】：是指在机器、设备上配置一些装置，代替人工的部 动，使化工生产过程在不同程度上自动地进行。 这种用自动化 分直接劳动，使生产过程在不同程度上自动地进行。这种用自
课程概况
化工仪表及自动化
授课学时： 32学时 配套课程： 化工仪表及自动化实验（16学时） 所用教材：《化工仪表及自动化》 厉玉鸣 化学工业出版社 第五版 参考教材：《过程自动化及仪表》俞金寿 化学工业出版社 第二版 等 考核方式： 闭卷考试成绩（70%）+平时成绩（30%） 基础知识： 电路、电工、计算机
开环控制
---不需要对被控变量进行测量，只根据输入信号进行控制,控
制很及时。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
举例 蒸汽
FT
蒸汽 汽包
汽包 省煤器
LT
LC
LT
1Ff
FdC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
给水 执行器
控制器
被控对象
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
方框图
控制器
广义对象
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
干扰作用f 给定值x 偏差e 控制器输出p 操纵变量q 被控变量y
控制器
执行器
对 象
测量值 z
测量元件 变送器
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
管道及仪表流程图（PID图）
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” 。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
人工操作与自动控制比较图
图1-2 人工操作图
图1-3 液位自动控制系统图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
自动控制系统的组成
测量元件与变送器 被控对象 自动化装置 组 成 控制器 被控对象
自动控制器
执行器 检测变送 执行器
课程概况
仪表？
课程概况
课程概况
化工厂中央控制室
课程概况
自 动 化 系 统 概 述
概念
过程特性 检测变送 控制器 执行器
简 单 控 制 系 统
复杂控制系统 先进控制系统 典型控制系统
趋势
控制系统组成
系统设计及参数设定
第一章 自动控制系统基本概念
化工自动化的主要内容 自动控制系统的基本组成及表示形式
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
3. 仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号
仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm，对于 不同的仪表安装位置的图形符号如下表所示。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
表1-1 仪表安装位置的图形符号表示 P9 序 号 1 安装位 置 就地安 装仪表 图形符号 备注 序 号 4 安装位置 图形符 号 备注
自动化装置
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过 程、设备或机器等。 被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。
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。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
扰 动：除操纵变量外， 作用于被控对象并引起被 控变量变化的因素 设定值：工艺参数所要求 保持的数值
举例
图是乙烯生产过程中脱 乙烷塔的工艺管道及控 制流程图
塔顶出乙烷和更轻组分 ( 如乙烯、甲烷 ) ，塔底 出丙烷和更重组分。
图1-6脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式 一、图形符号
举例
1. 测试点（包括检出 元件、取样点）
2. 连接线
图1-6脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例
嵌在管道 中
2 集中仪 表盘面 安装仪 表 就地仪 表盘面 安装仪 表 5
集中仪表 盘后安装 仪表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
就地仪表 盘后安装 仪表
3
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。
工艺人员确定工艺流程 工艺人员和自控设计人员应共同研究确定控制方 案。控制方案包括流程中各测量点的选择、控制系统 的确定及有关自动信号、联锁保护系统的设计等
根据工艺流程图，按流程顺序标注出相应的测量点、控制点、控制系统及 自动信号与联锁保护系统等 工艺管道及控制流程图（PID图）
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
闭环控制
---在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行
比较，根据偏差进行控制，整个系统构成了一个闭环。 ---优点：有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作 用的大小和方向，达到被控变量与设定值始终保持一致。 ---缺点：控制不及时；如果系统内部各个环节配合不当，系
统会引起剧烈震荡，甚至失去控制。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
加热炉的温度控制系统
TT TC
加热炉 被控对象： 被控变量： 物料出口温度
T 被加热原料 出口温度
操纵变量：燃料油流量 扰动： 原料温度、燃料油热值等
燃料油
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
装置来管理化工生产过程的方法称为化工自动化。 动化装置来管理生产过程的方法称为过程自动化。
第一节 化工自动化的主要内容
1. 自动检测系统 ——“了解”生产任务
P3
2. 自动信号和联锁保护系统——安全装置
图1-1 热交换器自动检测系统示意图
3. 自动操纵及自动开停车系统
4. 自动控制系统——核心
自动控制系统的分类
自动控制系统的过渡过程和品质指标
第一节 化工自动化的主要内容
自动化？
40℃
化工自动化 过程自动化 指在化工机器、设备上配置一些装置，代替人工的部分直接劳 【定义】：是指在机器、设备上配置一些装置，代替人工的部 动，使化工生产过程在不同程度上自动地进行。 这种用自动化 分直接劳动，使生产过程在不同程度上自动地进行。这种用自
课程概况
化工仪表及自动化
授课学时： 32学时 配套课程： 化工仪表及自动化实验（16学时） 所用教材：《化工仪表及自动化》 厉玉鸣 化学工业出版社 第五版 参考教材：《过程自动化及仪表》俞金寿 化学工业出版社 第二版 等 考核方式： 闭卷考试成绩（70%）+平时成绩（30%） 基础知识： 电路、电工、计算机
开环控制
---不需要对被控变量进行测量，只根据输入信号进行控制,控
制很及时。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
举例 蒸汽
FT
蒸汽 汽包
汽包 省煤器
LT
LC
LT
1Ff
FdC
省煤器
给水
锅炉汽包自动控制系统示意图
给水 执行器
控制器
被控对象
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
方框图
控制器
广义对象
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
干扰作用f 给定值x 偏差e 控制器输出p 操纵变量q 被控变量y
控制器
执行器
对 象
测量值 z
测量元件 变送器
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
管道及仪表流程图（PID图）
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” 。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
人工操作与自动控制比较图
图1-2 人工操作图
图1-3 液位自动控制系统图
控制速度和精度不能满足大型 现代化生产的需要
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
自动控制系统的组成
测量元件与变送器 被控对象 自动化装置 组 成 控制器 被控对象
自动控制器
执行器 检测变送 执行器
课程概况
仪表？
课程概况
课程概况
化工厂中央控制室
课程概况
自 动 化 系 统 概 述
概念
过程特性 检测变送 控制器 执行器
简 单 控 制 系 统
复杂控制系统 先进控制系统 典型控制系统
趋势
控制系统组成
系统设计及参数设定
第一章 自动控制系统基本概念
化工自动化的主要内容 自动控制系统的基本组成及表示形式
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
3. 仪表（包括检测、显示、控制）的图形符号
仪表的图形符号是一个细实线圆圈，直径约10mm，对于 不同的仪表安装位置的图形符号如下表所示。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
表1-1 仪表安装位置的图形符号表示 P9 序 号 1 安装位 置 就地安 装仪表 图形符号 备注 序 号 4 安装位置 图形符 号 备注
自动化装置
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
被控对象：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过 程、设备或机器等。 被控变量：被控对象内要求保持设定数值的工艺参数。
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。
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
扰 动：除操纵变量外， 作用于被控对象并引起被 控变量变化的因素 设定值：工艺参数所要求 保持的数值
举例
图是乙烯生产过程中脱 乙烷塔的工艺管道及控 制流程图
塔顶出乙烷和更轻组分 ( 如乙烯、甲烷 ) ，塔底 出丙烷和更重组分。
图1-6脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式 一、图形符号
举例
1. 测试点（包括检出 元件、取样点）
2. 连接线
图1-6脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图举例
嵌在管道 中
2 集中仪 表盘面 安装仪 表 就地仪 表盘面 安装仪 表 5
集中仪表 盘后安装 仪表
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
就地仪表 盘后安装 仪表
3
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。
工艺人员确定工艺流程 工艺人员和自控设计人员应共同研究确定控制方 案。控制方案包括流程中各测量点的选择、控制系统 的确定及有关自动信号、联锁保护系统的设计等
根据工艺流程图，按流程顺序标注出相应的测量点、控制点、控制系统及 自动信号与联锁保护系统等 工艺管道及控制流程图（PID图）
第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式
闭环控制
---在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行
比较，根据偏差进行控制，整个系统构成了一个闭环。 ---优点：有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作 用的大小和方向，达到被控变量与设定值始终保持一致。 ---缺点：控制不及时；如果系统内部各个环节配合不当，系
统会引起剧烈震荡，甚至失去控制。