PID-自动控制原理及其应用课件.ppt

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2019/8/11
第一章：自动控制原理简介及应用 自动控制的例子：
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当实际水位低于要求水位时，电位器输出电压值为正，且其大小反映了实际水位与水位 要求值的差值，放大器输出信号将有正的变化，电动机带动减速器使进水阀门开度增加，直 到实际水位重新与水位要求值相等时为止。
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2016年动力部自控专业培训
PID-自动控制原理及其应用
2016年4月
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PID-自动控制原理及其应用
• 第一章：自动控制原理简介及应用 • 第二章：PID简介，应用及常用调节方法
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第一章：自动控制原理简介及应用
一、控制系统基本概念
的差值减为0，即误差为0。
控制过程：测量（测量反馈机构）—浮子 比较（比较机构）—电位计+连杆 执行（执行机构）—电动机
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第一章：自动控制原理简介及应用 自动控制和人工控制比较
（1）基本原理相同：都是建立在“测量偏差,修正偏差”的基础上,并且为了测量偏 差,必须把系统的实际输出连接（反馈）到输入端。因此自动控制的基本原理有时也称 为反馈控制原理。
1. 控制（Control）：根据某种原理或方法，使特定对象（被控对象）的某些物理量（被控量） 按照预期规律变化的操作过程。
2. 人工控制（Manual Control）：由人直接或间接操作执行装置的控制方式。
3.自动控制（Automatic Control）：是指在没有人直接参与的情况下，利用自动控制装置（或 称为控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称为被控对象）的某个工作状态或参 数（称为被控量）自动地按照预定的规律运行。
4.反馈控制原理：在自动控制系统中，通过控制装置对被控对象施加的控制作用，利用被控量 的反馈信息，不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务。
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第一章：自动控制原理简介及应用
5.自动控制理论：是研究有关自动控制共同规律的一门技术科学，是自动控制技术的基础理论，根据发展的不
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第一章：自动控制原理简介及应用
被控对象（被控过程）——又称控制对象或受控对象，指需要对它的某个特定的量进行 控制的设备或过程。被控对象的输出变量是被控变量，常常记作输出信号或输出量。被控对 象除了受到控制作用外，还受到外部扰动作用。
给定值——其作用是给出与期望的输出相对应的系统输入量，是一类产生系统控制指令 的装置。
同阶段，其内容可分为经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。
人工控制的例子 ——水池水位控制：
被控对象：水池 被控量：水池的水位
通过观测实际水位，将期望的水位值与实际水位相比较，两者之差为误差。根据误差 的大小和方向调节进水阀门的开度，即当实际水位高于要求值时，关小进水阀门开度减少进
水量，否则加大阀门开度以增加进水量，从而改变水池水位，使之与要求值保持一致。
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第一章：自动控制原理简介及应用
人眼：观察水池的实际水位；测量（测量反馈机构）。 人脑：记住水位的期望值；比较水池的期望值-实际值；（比较机构）、控制。 人手：调节进水阀门的开度，执行控制作用。执行（执行机构）。 整套人工控制是一个反复观察测量、比较、调整执行机构的过程，最终目的是将水池水 位的期望值与实际值之间的差值减为0。 但是人工控制精度不高，而且人的反应速度有限，在不少恶劣的环境下人无法参与直接 控制。自动控制系统可以解决以上问题。
这取决于被控对象和控制器及各功能元器件的特性参数是否设计得当。 • 在理想情况下,控制系统的输出量和输入量,在任何时候均相等,系统完全无误差,且不受干 扰的影响。实际系统中,由于各种各样原因,系统在受到输入信号(也包括扰动信号)的激励时, 被控量将偏离输入信号作用前的初始值,经历一段动态过程(过渡过程）。 • 对于线性定常系统，性能指标主要包括三个方面内容： •稳定性、快速性、准确性。
•即：☆稳（基本要求） ☆准（稳态要求） ☆快（动态要求）
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第一章：自动控制原理简介及应用
c(t)
c()
如果系统的过渡过程随时间的推移而 发散，如图中的曲线②或曲线④，此时系 统便不可能达到平衡状态，我们把这类系 统称为不稳定系统。显然不稳定的系统在 实际中是不能应用的，因为它不满足对控
变化。如电动机、气动控制阀等。 只包含一个主反馈通路的系统称单回路系统；有两个或两个以上反馈通路的系统称
多回路系统。
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第一章：自动控制原理简介及应用
三、 自动控制系统性能的基本要求 • 要自动控制系统是否能很好地工作,是否能精确地保持被控量按照预定的要求规律变化
测量反馈元件——如传感器和测量仪表，感受或测量被控变量的值并把它变换为与输入 量同一物理量后，再反馈到输入端以作比较。
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第一章：自动控制原理简介及应用
比较元件——比较输入信号与反馈信号，以产生反映两者差值的偏差信号。 放大元件——将微弱的信号作线性放大。 执行元件——根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便使被控制量按期望值
（2）两种控制的区别：自动控制利用检测元件、控制器、执行机构代替人完成整 个控制过程。
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第一章：自动控制原理简介及应用
二、自动控制系统的基本组成
给定值
比较 元件
检测 元件
放大 元件
执行 元件
干扰
受控 对象
被控量
信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通道称前向通路，系统输出量经测量元件反 馈到输入端的传输通道称主反馈通路。前向通路与主反馈通路共同组成主回路。
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第一章：自动控制原理简介及应用 浮子—人眼：观察水池的实际水位； 电位计+连杆+放大器—人脑：记住水位的期望值，并反映误差（水位的期望值-实际值）； 电动机+减速器—人手：调节进水阀门开度，执行控制作用。 这是一个反复观察测量、比较、调整执行的过程，力图将水池水位的期望值与实际值间