第1章反馈控制系统的基础知识PPT课件
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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）。
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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。
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（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
水冷却器是控制对象，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
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。
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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， 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。
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（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
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。
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二、自动控制系统传递方框图
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（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。
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（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
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主机冷却水温度自动控制系统示意图
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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。
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。
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（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
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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。
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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
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（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。
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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
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。
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。
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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
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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
控制对象，转速是被控量。
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（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。
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）。
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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。
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（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
水冷却器是控制对象，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
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。
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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， 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。
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（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
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。
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二、自动控制系统传递方框图
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（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。
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（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
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主机冷却水温度自动控制系统示意图
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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。
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。
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（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
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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。
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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
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（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。
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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
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。
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。
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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
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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
控制对象，转速是被控量。
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（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。