第1章反馈控制系统的基础知识汇总
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C.组成一个反馈控制系统，必须有四个最基本的环节，即 控制对象、测量单元、调节单元和执行机构。
（1）控制对象 控制对象是指所要控制的机器、设备或装
置。把所要控制的运行参数叫做被控量。 在锅炉水位自动控制系统中，锅炉是控制
对象，水位是被控量。 在柴油机冷却水温度自动控制系统中，淡
水冷却器是ຫໍສະໝຸດ Baidu制对象，冷却水温度是被控量。 在柴油机转速自动控制系统中，柴油机是
（4）执行机构
执行机构的输入量是调节单元输出的控 制信号，执行机构的输出量是调节阀的开度。 调节单元输出的控制信号经执行机构直接改 变调节阀的开度，从而可改变流入控制对象 物质或能量流量，使之能符合控制对象负荷 的要求，被控量会逐渐回到给定值或给定值 附近。
反馈控制系统的组成
以上四个基本单元在组成反馈控制系统中是 缺一不可的。但对于一个完整的反馈控制系统， 一般还设有显示单元，用来指示被控量的给定值 和测量值。同时，对气动控制系统来说，应设有 气源装置和定值器；对电动控制系统尚需设稳压 电源等辅助装置
二、自动控制系统传递方框图
（1）环节 任何环节输出量的变化取决于输入量的
变化及环节的特性，而输出量的变化不会影 响输入量。
（2）扰动 引起被控量变化的一切因素称为扰动或 扰动量， 扰动可分为两类：外部扰动、基本 扰动。
（3）闭环系统 反馈控制系统必定是闭环系统。
（4）反馈 被控量的变化经测量单元又反送到调节器的
第一章 船舶反馈控制系统的基础
第一节 反馈控制系统的基本概念 一、反馈控制系统的组成
例1、辅锅炉水位自动控制系统 例2、主机冷却水温度自动控制系统
主机冷却水温度自动控制系统示意图
A. 眼睛把调节结果传递给大脑的过程就叫做反馈。显而易 见，正因为利用了反馈，控制的最终目标才能得以实现。
B.在自动控制过程中，由于不需要人来干预控制过程，因 此必须采用相应的自动化仪表来代替人的功能器官。比如 可用温度传感器和变送器来代替人的眼睛，随时测量冷却 水的实际温度并把该值送给调节器。调节器代替人的大脑 ，并对冷却水实际温度进行分析和计算，然后输出控制信 号给执机构。执行机构代替人的双手，改变三通调节阀的 开度。不论是手动控制，还是自动控制，反馈的作用都是 存在的。我们把包含反馈作用的控制过程称为反馈控制过 程。
三、反馈控制系统的分类
3、随动控制系统 系统的给定值是任意变化的，且变化规律
是事先无法确定的系统，则该系统称为随动控 制系统。
例如自动舵的随动操舵系统，其舵角给定 值完全取决于当时的航行情况。
四、自动控制系统的动态过程
1、动态过程特点 系统从受到扰动开始到被控量稳定在新稳态值，
系统达到新的平衡状态的过程，也就是被控量随时间 的变化规律，称为动态过程（过渡过程）。
控制对象，转速是被控量。
（2）测量单元 测量单元的作用：检测被控量的实际值，并
把它转换成标准的统一信号，该信号叫被控量的 测量值。
在气动控制系统中，其统一的标准气压信号 是0.02～0.lMPa；在电动控制系统中，其统一的 标准电流信号是0～10 mA或4～20mA。
在温度自动控制系统中，测量单元采用温度 传感器和温度变送器；在压力自动控制系统中， 测量单元采用压力传感器和压力变送器；在锅炉 水位自动控制系统中，测量单元采用水位发讯器 （参考水位罐）和差压变送器。
信号的大小和方向（正偏差还是负偏差），依据某种调
节作用规律输出一个控制信号，对被控量施加控制作用，
直到偏差等于零或接近零为止。
（3）调节单元
在反馈控制系统中，一般把被控量的希望值称为设定值，被 控量的测量值与设定值之间的差值称为偏差值。若将设定值 表示为r，被控量的测量值表示为z，偏差表示为e，则有
柴油机气缸冷却水温度控制系统，燃油粘度 控制系统，发电机的原动机转速控制系统等 都属于定值控制系统。
三、反馈控制系统的分类
2、程序控制系统 系统的给定值是变化的，而且是按人们事
先安排好的规律进行变化，则该系统称为程序 控制系统。
例如船舶主机遥控系统中的转速控制，其 给定值就是按车钟设定转速的预定发送速率规 律而变化的。
2、评定控制系统动态过程品质的指标 反馈控制系统的扰动形式是随机的，
很难用一个数学表达式来精确地描述， 但可以归纳为四种扰动形式：
① 阶跃形式、② 线性形式、③脉冲形式、
④正弦形式。
2、评定控制系统动态过程品质的指标
为了便于分析和研究反馈控制系统的性能， 通常以阶跃信号作为系统的给定值或扰动，因为 阶跃信号是反馈控制系统一种最常见的输入信号， 而且不论是作为给定值或者扰动量，对系统是最 严重的冲击，最容易引起系统发生不平衡状态
（3）调节单元
调节单元是指具有各种调节作用规律的调节器。 把运行参数所希望控制的最佳值叫给定值，用 r 表示； 被控量的测量值用 z 表示。把被控量的测量值偏离给 定值的数量叫偏差值，用 e 表示,显然，e = r - z 。
调节器首先接收测量单元送来的被控量的测量信号，
并与被控量的给定值相比较得到偏差信号，再根据偏差
2、评定控制系统动态过程品质的指标
在阶跃信号输入时，被控量变化的动态过程 有以下四种：
（1）发散振荡过程 （2）等幅振荡过程 （3）单调过程（非周期过程） （4）衰减振荡过程
2、评定控制系统动态过程品质的指标 过程曲线
输入端，这个过程叫反馈。 正反馈是指经反馈能加强闭环系统输入效应，
即使偏差e增大。 负反馈是指经反馈能减弱闭环系统输入效应，
即使偏差e减小。
三、反馈控制系统的分类 按给定值的变化规律分类方法： 1、定值控制系统
系统的给定值是恒定不变的，为某个确 定值，则该系统称为定值控制系统。
例如主锅炉水位与蒸汽压力控制系统，
若e ＞ 0，则说明测量值低于设定值，称为正偏差；
若e ＜ 0，则说明测量值大于设定值，称为负偏差；
若e ＝ 0，则说明测量值等于设定值，称为无偏差。
在实际应用中，调节器一般有位式调节器、比例调节器、比 例积分调节器、比例微分调节器和比例积分微分调节器等五 种，根据控制对象特性的不同及对被控量控制精度的要求， 控制系统可选用不同调节作用规律的调节器。
（1）控制对象 控制对象是指所要控制的机器、设备或装
置。把所要控制的运行参数叫做被控量。 在锅炉水位自动控制系统中，锅炉是控制
对象，水位是被控量。 在柴油机冷却水温度自动控制系统中，淡
水冷却器是ຫໍສະໝຸດ Baidu制对象，冷却水温度是被控量。 在柴油机转速自动控制系统中，柴油机是
（4）执行机构
执行机构的输入量是调节单元输出的控 制信号，执行机构的输出量是调节阀的开度。 调节单元输出的控制信号经执行机构直接改 变调节阀的开度，从而可改变流入控制对象 物质或能量流量，使之能符合控制对象负荷 的要求，被控量会逐渐回到给定值或给定值 附近。
反馈控制系统的组成
以上四个基本单元在组成反馈控制系统中是 缺一不可的。但对于一个完整的反馈控制系统， 一般还设有显示单元，用来指示被控量的给定值 和测量值。同时，对气动控制系统来说，应设有 气源装置和定值器；对电动控制系统尚需设稳压 电源等辅助装置
二、自动控制系统传递方框图
（1）环节 任何环节输出量的变化取决于输入量的
变化及环节的特性，而输出量的变化不会影 响输入量。
（2）扰动 引起被控量变化的一切因素称为扰动或 扰动量， 扰动可分为两类：外部扰动、基本 扰动。
（3）闭环系统 反馈控制系统必定是闭环系统。
（4）反馈 被控量的变化经测量单元又反送到调节器的
第一章 船舶反馈控制系统的基础
第一节 反馈控制系统的基本概念 一、反馈控制系统的组成
例1、辅锅炉水位自动控制系统 例2、主机冷却水温度自动控制系统
主机冷却水温度自动控制系统示意图
A. 眼睛把调节结果传递给大脑的过程就叫做反馈。显而易 见，正因为利用了反馈，控制的最终目标才能得以实现。
B.在自动控制过程中，由于不需要人来干预控制过程，因 此必须采用相应的自动化仪表来代替人的功能器官。比如 可用温度传感器和变送器来代替人的眼睛，随时测量冷却 水的实际温度并把该值送给调节器。调节器代替人的大脑 ，并对冷却水实际温度进行分析和计算，然后输出控制信 号给执机构。执行机构代替人的双手，改变三通调节阀的 开度。不论是手动控制，还是自动控制，反馈的作用都是 存在的。我们把包含反馈作用的控制过程称为反馈控制过 程。
三、反馈控制系统的分类
3、随动控制系统 系统的给定值是任意变化的，且变化规律
是事先无法确定的系统，则该系统称为随动控 制系统。
例如自动舵的随动操舵系统，其舵角给定 值完全取决于当时的航行情况。
四、自动控制系统的动态过程
1、动态过程特点 系统从受到扰动开始到被控量稳定在新稳态值，
系统达到新的平衡状态的过程，也就是被控量随时间 的变化规律，称为动态过程（过渡过程）。
控制对象，转速是被控量。
（2）测量单元 测量单元的作用：检测被控量的实际值，并
把它转换成标准的统一信号，该信号叫被控量的 测量值。
在气动控制系统中，其统一的标准气压信号 是0.02～0.lMPa；在电动控制系统中，其统一的 标准电流信号是0～10 mA或4～20mA。
在温度自动控制系统中，测量单元采用温度 传感器和温度变送器；在压力自动控制系统中， 测量单元采用压力传感器和压力变送器；在锅炉 水位自动控制系统中，测量单元采用水位发讯器 （参考水位罐）和差压变送器。
信号的大小和方向（正偏差还是负偏差），依据某种调
节作用规律输出一个控制信号，对被控量施加控制作用，
直到偏差等于零或接近零为止。
（3）调节单元
在反馈控制系统中，一般把被控量的希望值称为设定值，被 控量的测量值与设定值之间的差值称为偏差值。若将设定值 表示为r，被控量的测量值表示为z，偏差表示为e，则有
柴油机气缸冷却水温度控制系统，燃油粘度 控制系统，发电机的原动机转速控制系统等 都属于定值控制系统。
三、反馈控制系统的分类
2、程序控制系统 系统的给定值是变化的，而且是按人们事
先安排好的规律进行变化，则该系统称为程序 控制系统。
例如船舶主机遥控系统中的转速控制，其 给定值就是按车钟设定转速的预定发送速率规 律而变化的。
2、评定控制系统动态过程品质的指标 反馈控制系统的扰动形式是随机的，
很难用一个数学表达式来精确地描述， 但可以归纳为四种扰动形式：
① 阶跃形式、② 线性形式、③脉冲形式、
④正弦形式。
2、评定控制系统动态过程品质的指标
为了便于分析和研究反馈控制系统的性能， 通常以阶跃信号作为系统的给定值或扰动，因为 阶跃信号是反馈控制系统一种最常见的输入信号， 而且不论是作为给定值或者扰动量，对系统是最 严重的冲击，最容易引起系统发生不平衡状态
（3）调节单元
调节单元是指具有各种调节作用规律的调节器。 把运行参数所希望控制的最佳值叫给定值，用 r 表示； 被控量的测量值用 z 表示。把被控量的测量值偏离给 定值的数量叫偏差值，用 e 表示,显然，e = r - z 。
调节器首先接收测量单元送来的被控量的测量信号，
并与被控量的给定值相比较得到偏差信号，再根据偏差
2、评定控制系统动态过程品质的指标
在阶跃信号输入时，被控量变化的动态过程 有以下四种：
（1）发散振荡过程 （2）等幅振荡过程 （3）单调过程（非周期过程） （4）衰减振荡过程
2、评定控制系统动态过程品质的指标 过程曲线
输入端，这个过程叫反馈。 正反馈是指经反馈能加强闭环系统输入效应，
即使偏差e增大。 负反馈是指经反馈能减弱闭环系统输入效应，
即使偏差e减小。
三、反馈控制系统的分类 按给定值的变化规律分类方法： 1、定值控制系统
系统的给定值是恒定不变的，为某个确 定值，则该系统称为定值控制系统。
例如主锅炉水位与蒸汽压力控制系统，
若e ＞ 0，则说明测量值低于设定值，称为正偏差；
若e ＜ 0，则说明测量值大于设定值，称为负偏差；
若e ＝ 0，则说明测量值等于设定值，称为无偏差。
在实际应用中，调节器一般有位式调节器、比例调节器、比 例积分调节器、比例微分调节器和比例积分微分调节器等五 种，根据控制对象特性的不同及对被控量控制精度的要求， 控制系统可选用不同调节作用规律的调节器。