【正文】 、壓力等控制系統(tǒng)；按控制器具有的控制規(guī)律來分類，如比例、比例積分、比例微分、比例積分微分等控制系統(tǒng)；將控制系統(tǒng)按照工藝過程需要控制的被控變量的給定值是否變化和如何變化來分類，這樣可將自動(dòng)控制系統(tǒng)分為三類，即定值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。（順序控制系統(tǒng)）給定值變化，但它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。當(dāng)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)如變送器、控制器、控制閥都不改變其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號(hào)也都處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是靜態(tài)。因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中，干擾是客觀存在的，是不可避免的，就需要通過自動(dòng)化裝置不斷地施加控制作用去對(duì)抗或抵消干擾作用的影響，從而使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所要求控制的技術(shù)指標(biāo)上。被控變量隨時(shí)間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。 這種形式的干擾比較突然、危險(xiǎn)，且對(duì)被控變量的影響也最大。圖712 階躍干擾作用三、控制系統(tǒng)的控制指標(biāo)控制系統(tǒng)的過渡過程是衡量品質(zhì)的依據(jù)。在衰減振蕩過程中，最大偏差就是第一個(gè)波的峰值。習(xí)慣表示為 n:1，一般 n 取為4～10之間為宜。 （4） 過渡時(shí)間 從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡時(shí)止，過渡過程所經(jīng)歷的時(shí)間叫過渡時(shí)間。在衰減比相同的情況下，周期與過渡時(shí)間成正比，一般希望振蕩周期短一些為好。 ② 偏差絕對(duì)值與時(shí)間乘積對(duì)時(shí)間的積分,簡記為ITAE 它對(duì)后期的偏差值加大權(quán)值,因此對(duì)消除偏差所需的時(shí)間比較敏感。前者指與該自動(dòng)控制系統(tǒng)有關(guān)的部分。不同自動(dòng)化系統(tǒng)要具體分析。由于設(shè)置了中間區(qū)，當(dāng)偏差在中間區(qū)內(nèi)變化時(shí)，控制機(jī)構(gòu)不會(huì)動(dòng)作，因此可以使控制機(jī)構(gòu)開關(guān)的頻繁程度大為降低，延長了控制器中運(yùn)動(dòng)部件的使用壽命。圖95 三位控制器特性圖第二節(jié) 比例控制在雙位控制系統(tǒng)中，被控變量不可避免地會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的等幅振蕩過程，為了避免這種情況，應(yīng)該使控制閥的開度與被控變量的偏差成比例，根據(jù)偏差的大小，控制閥可以處于不同的位置，這樣就有可能獲得與對(duì)象負(fù)荷相適應(yīng)的操縱變量，從而使被控變量趨于穩(wěn)定，達(dá)到平衡狀態(tài)。反之，比例度就要選大些以保證穩(wěn)定。積分控制作用在最后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，偏差等于零。 結(jié)構(gòu)比較簡單,常用于單機(jī)控制系統(tǒng)。② 可以通過轉(zhuǎn)換單元,把氣動(dòng)表、電動(dòng)表,甚至液動(dòng)表聯(lián)系起來,混合使用。⑥ 有利于發(fā)展新品種,采用新工藝、新技術(shù)。 變送單元(B)216。 控制單元(T)216。電動(dòng)單元組合式儀表的發(fā)展階段： DDZⅠ型——電子管器件為主要器件 DDZⅡ型——晶體管等分立元件為主要器件 DDZⅢ型——線性集成電路作為核心器件三、控制儀表的信號(hào)形式控制儀表模擬式控制儀表數(shù)字是控制儀表第二節(jié) 模擬式控制儀表一、概述模擬式控制儀表所傳送的信號(hào)形式為連續(xù)的模擬信號(hào)。 輸出顯示252。 優(yōu)點(diǎn)216。 216。 由于集成運(yùn)算放大器均為差分放大器，且輸入對(duì)稱性好，漂移小，儀表的穩(wěn)定性得到提高。 由于采用了集成電路，焊點(diǎn)少，強(qiáng)度高，大大提高了儀表的可靠性。216。（6）整套儀表可構(gòu)成安全火花防爆系統(tǒng)。 按能源形式分類： 氣動(dòng)執(zhí)行器 電動(dòng)執(zhí)行器 液動(dòng)執(zhí)行器氣電轉(zhuǎn)換器電氣轉(zhuǎn)換器電氣閥門定位器氣動(dòng)執(zhí)行器電動(dòng)執(zhí)行器氣動(dòng)控制儀表電動(dòng)控制儀表圖111 轉(zhuǎn)換單元的使用簡圖第一節(jié) 氣動(dòng)執(zhí)行器一、氣動(dòng)執(zhí)行器的組成與分類結(jié)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行結(jié)構(gòu)控制閥常用輔助設(shè)備 閥門定位器 手輪機(jī)構(gòu)　圖112 氣動(dòng)薄膜控制閥外形圖薄模式 結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、維修方便，應(yīng)用廣泛。）和力矩。（1）直通單座控制閥閥體內(nèi)只有一個(gè)閥芯與閥座。 特點(diǎn) 流體流過的時(shí)候，不平衡力小。 角形閥（4）高壓控制閥高壓控制閥的結(jié)構(gòu)形式大多為角形,閥芯頭部摻鉻或鑲以硬質(zhì)合金,以適應(yīng)高壓差下的沖刷和汽蝕。 特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單、流阻小、流通能力比同口徑的其他種類的閥要大。② 串、并聯(lián)管道都會(huì)使控制閥的可調(diào)范圍降低，并聯(lián)管道尤為嚴(yán)重。② 動(dòng)作靈敏、精度較高、信號(hào)傳輸速度快、傳輸距離可以很長,便于集中控制。 兩大部分電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)216。的轉(zhuǎn)角位移,以一定的機(jī)械轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)速度自動(dòng)操縱擋板、閥門等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),完成調(diào)節(jié)任務(wù)。 第二節(jié) 被控變量的選擇生產(chǎn)過程中希望借助自動(dòng)控制保持恒定值（或按一定規(guī)律變化）的變量稱為被控變量。被控變量的分類（按照與生產(chǎn)過程的關(guān)系）216。 ② 被控變量在工藝操作過程中經(jīng)常要受到一些干擾影響而變化。 ④ 被控變量應(yīng)能被測(cè)量出來，并具有足夠大的靈敏度。 最常見的操縱變量是介質(zhì)的流量。 第四節(jié) 控制器控制規(guī)律的原則及參數(shù)整定一、控制規(guī)律的選擇目前工業(yè)上常用的控制器主要有三種控制規(guī)律:比例控制規(guī)律P、比例積分控制規(guī)律PI和比例積分微分控制規(guī)律PID。 幾種常用的工程整定法先通過試驗(yàn)得到臨界比例度δk和臨界周期Tk，然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來的關(guān)系求出控制器各參數(shù)值。通過比例度δs 和衰減周期TS,得到控制器的參數(shù)整定值。一般以被控變量來回波動(dòng)兩次達(dá)到穩(wěn)定，就可以近似地認(rèn)為達(dá)到4∶1衰減過程了。 第十二章 復(fù)雜控制系統(tǒng)概述根據(jù)根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng) 均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng) 前饋控制系統(tǒng) 選擇控制系統(tǒng) 三沖量控制系統(tǒng) 第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)一、串級(jí)控制系統(tǒng)概述當(dāng)對(duì)象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時(shí)，可考慮采用串級(jí)控制系統(tǒng)。從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看，這兩個(gè)控制器是串接工作的。主控制器按主變量的測(cè)量值與給定值而工作，其輸出作為副變量給定值的那個(gè)控制器。圖134　串級(jí)控制系統(tǒng)典型方塊圖二、串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路。 選擇串級(jí)控制系統(tǒng)的副變量一般有兩類情況： 一類情況是選擇與主變量有一定關(guān)系的某一中間變量作為副變量。 在上例中，選擇的副變量就是操縱變量（加熱蒸汽量）本身。 在確定副回路時(shí)，除了要考慮它的快速性外，還應(yīng)該使副回路包括主要干擾，可能條件下應(yīng)力求包括較多的次要干擾。副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，并對(duì)于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。 三、。 由于增加了副回路,使串級(jí)控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力,可用于負(fù)荷和操作條件有較大變化的場(chǎng)合。主、副變量的變化方向相反，一個(gè)增加，另一個(gè)減小。(1)干擾作用于副回路F2引起θ2變化，控制器T2C及時(shí)進(jìn)行控制，使其很快穩(wěn)定下來；如果干擾量小，經(jīng)過副回路控制后，F(xiàn)2一般影響不到溫度θ1；如果干擾量大，其大部分影響為副回路所克服，波及到被控變量溫度θ1再由主回路進(jìn)一步控制，徹底消除干擾的影響，使被控變量回復(fù)到給定值。 選擇串級(jí)控制系統(tǒng)的副變量一般有兩類情況： 一類情況是選擇與主變量有一定關(guān)系的某一中間變量作為副變量。 在串級(jí)控制系統(tǒng)中,主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運(yùn)行情況的主要工藝參數(shù)。主回路由主變量的測(cè)量變送裝置，主、副控制器，執(zhí)行器和主、副對(duì)象構(gòu)成的外回路。副變量串級(jí)控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要而引入的輔助變量。 在上述控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)控制器T1C和T2C，接收來自對(duì)象不同部位的測(cè)量信號(hào)θ1和θ2。 整定的步驟（1）先用純比例作用進(jìn)行湊試，待過渡過程已基本穩(wěn)定并符合要求后，再加積分作用消除余差，最后加入微分作用是為了提高控制質(zhì)量。（2）必須在工藝參數(shù)穩(wěn)定情況下才能施加干擾，否則得不到正確的δS 、TS或δS′和T升值。在閉環(huán)的控制系統(tǒng)中，先將控制器變?yōu)榧儽壤饔?，并將比例度預(yù)置在較大的數(shù)值上。即確定最合適的控制器比例度δ、積分時(shí)間TI和微分時(shí)間TD。② 操縱變量一般應(yīng)比其他干擾對(duì)被控變量的影響更加靈敏。⑥ 被控變量應(yīng)是獨(dú)立可控的。 ③ 盡量采用直接指標(biāo)作為被控變量。 間接指標(biāo)控制。 它們對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量以及安全具有決定性的作用，而人工操作又難以滿足要求的；216。第十一章 簡單控制系統(tǒng)第一節(jié) 概述簡單控制系統(tǒng)通常是指由一個(gè)測(cè)量元件、變送器、一個(gè)控制器、一個(gè)控制閥和一個(gè)對(duì)象所構(gòu)成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)。 二、角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)DKJ型角行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)以交流220V為動(dòng)力,接受控制器的直流電流輸出信號(hào),并轉(zhuǎn)變?yōu)?176。④ 與電動(dòng)控制儀表配合方便,安裝接線簡單。④ 串、并聯(lián)管道會(huì)使控制閥的放大系數(shù)減小，串聯(lián)管道時(shí)控制閥大開度時(shí)影響嚴(yán)重，并聯(lián)管道時(shí)控制閥小開度時(shí)影響嚴(yán)重。耐腐蝕性強(qiáng)，適用于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)的控制，也能用于高黏度及懸浮顆粒狀介質(zhì)的控制。 （5）三通控制閥 共有三個(gè)出入口與工藝管道連接。 特點(diǎn)流路簡單、阻力較小，適于現(xiàn)場(chǎng)管道要求直角連接，介質(zhì)為高黏度、高壓差和含有少量懸浮物和固體顆粒狀的場(chǎng)合。 缺點(diǎn) 在壓差大的時(shí)候，流體對(duì)閥芯上下作用的推力不平衡，這種不平衡力會(huì)影響閥芯的移動(dòng)。根據(jù)有無彈簧可分為有彈簧的及無彈簧的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 長行程 行程長、轉(zhuǎn)矩大，適于輸出轉(zhuǎn)角（60176。圖101 DDZⅢ型控制器結(jié)構(gòu)方框圖主要由輸入電路、給定電路、PID運(yùn)算電路、自動(dòng)與手動(dòng)（包括硬手動(dòng)和軟手動(dòng)兩種）切換電路、輸出電路及指示電路等組成。 （4）內(nèi)部帶有附加裝置的控制器能和計(jì)算機(jī)聯(lián)用,在與直接數(shù)字計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)配合使用時(shí),在計(jì)算機(jī)停機(jī)時(shí),可作后備控制器使用。 優(yōu)點(diǎn)216。 由于集成運(yùn)算放大器有高增益，因而開環(huán)放大倍數(shù)很高，這使儀表的精度得到提高。（2）廣泛采用現(xiàn)性集成電路，可靠性提高，維修工作量減少。216。 內(nèi)、外給定信號(hào)的選擇252。 PID運(yùn)算功能252。 轉(zhuǎn)換單元(Z)在電動(dòng)單元組合儀表中還包括執(zhí)行單元(K)。 給定單元(G)216。單元組合儀表一般可以分為七大類單元。④ 儀表大都采用力平衡或力矩平衡原理,工作位移小、無機(jī)械摩擦、精度高、使用壽命長、性能較好。 使用時(shí)，針對(duì)不同的要求,將各單元以不同的形式組合，可以組成各種各樣的自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng)。 一、控制儀表的能源形式按照儀表所用的能源控制儀表直接作用式控制器間接作用式控制器二、控制儀表的結(jié)構(gòu)形式按控制儀表與自動(dòng)控制系統(tǒng)中的檢測(cè)、變送、顯示等各部分的組合方式不同,主要可以分為基地式控制儀表與單元組合式控制儀表等。 圖910 積分控制規(guī)律積分控制作用的輸出變化量Δp與輸入偏差e的積分成正比，即 （912）（913）當(dāng)輸入偏差是常數(shù)A時(shí)對(duì)式 (912)微分,可得（914）結(jié)論積分控制作用輸出信號(hào)的大小不僅取決于偏差信號(hào)的大小,而且主要取決于偏差存在的時(shí)間長短。 （97）圖99 比例度與輸入輸出的關(guān)系將式（97）改寫后得即（98）對(duì)于一只具體的比例控制器，儀表的量程和控制器的輸出范圍都是固定的,令 （99）對(duì)一只控制器來說， K是一個(gè)固定常數(shù)。 雙位控制器結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、易于實(shí)現(xiàn)，因而應(yīng)用很普遍。 控制器的基本控制規(guī)律位式控制（其中以雙位控制比較常用）、比例控制（P）、積分控制（I）、微分控制（D）。對(duì)于一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，過渡過程品質(zhì)的好壞，在很大程度上決定于對(duì)象的性質(zhì)。與IAE相比,它對(duì)最大偏差的數(shù)值更加敏感。 以偏差e表示過渡過程中被控變量與新穩(wěn)態(tài)值的差值,即 e(t) = y(t) y(∞)。５％（也有的規(guī)定為177。有余差的控制過程稱為有差調(diào)節(jié)，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為有差系統(tǒng)。 超調(diào)量也可以用來表征被控變量偏離給定值的程度?？刂浦笜?biāo)主要有兩類,一類是時(shí)間域的單項(xiàng)指標(biāo),另一類是時(shí)間域的綜合指標(biāo)。216。在分析和設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，為了安全和方便，常選擇一些定型的干擾形式，其中常用的是階躍干擾。 舉例圖711 控制系統(tǒng)方塊圖控制器執(zhí)行器對(duì)象被控變量測(cè)量、變送給定值干擾當(dāng)干擾作用于對(duì)象，系統(tǒng)輸出y發(fā)生變化，在系統(tǒng)負(fù)反饋?zhàn)饔孟?，?jīng)過一段時(shí)間，系統(tǒng)重新恢復(fù)平衡。從干擾作用破壞靜態(tài)平衡，經(jīng)過控制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，在這一段時(shí)間中，整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和信號(hào)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，這種狀態(tài)叫做動(dòng)態(tài)。第三節(jié) 過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制目的：希望將被控變量保持在一個(gè)不變的給定值上，這只有當(dāng)進(jìn)入被控對(duì)象的物料量（或能量）和流出對(duì)象的物料量（或能量）相等時(shí)才有可能。工藝生產(chǎn)中，若要求控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)指標(biāo)上不變，或者說要求被控變量的給定值不變，就需要采用定值控制系統(tǒng)?？刂破鲝V義對(duì)象被控變量測(cè)量值z(mì)給定值干擾作用fx圖78 簡化方塊圖三、反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，是由于反饋的存在造成的xKβyze圖79 負(fù)反饋系統(tǒng)小結(jié)自動(dòng)控制系統(tǒng)是具有被控變量負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)x 取正值，z取負(fù)值，e= x z，負(fù)反饋；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正反饋。下頁圖為液位自動(dòng)控制系統(tǒng)地方塊圖每個(gè)環(huán)節(jié)表示組成系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為“環(huán)節(jié)”。