【文章內(nèi)容簡介】 照預(yù)先規(guī)定好的程序周而復(fù)始地運轉(zhuǎn)。即使工況發(fā)生了變化，自動操縱裝置也不能自動地根據(jù)實際工況來改變自己的操作。自動操縱裝置不能隨時“了解”被控對象的情況并依此來改變自己的操作狀態(tài)，這是開環(huán)系統(tǒng)的缺點。 自動控制系統(tǒng)的優(yōu)點： 由于自動控制系統(tǒng)是具有負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，它可以隨時了解被控對象的情況，有針對性地根據(jù)被控變量的變化情況而改變控制作用的大小和方向，從而使系統(tǒng)的工作狀態(tài)始終等于或接近于所希望的狀態(tài)，這是閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點。 167。 12 自動控制系統(tǒng)方塊圖及方框圖 41 給定值 x 解： 偏差 e 控制器輸出 p 操縱變量 p 被控變量 y 調(diào)節(jié)閥 反應(yīng)器 溫度測量元件 變送器 控制器 測量值 z 干擾作用 f + 被控對象為反應(yīng)器 。 圖示為反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)示意圖。A、 B兩種物料進入反應(yīng)器反應(yīng)，通過改變冷卻水流量來控制反應(yīng)器內(nèi)的溫度恒定。試畫出該溫度控制系統(tǒng)的 方塊圖 ，并指出該控制系統(tǒng)中的 被控對象 、 被控變量 、 操縱變量 及 可能的擾動 各是什么 ? 被控變量為反應(yīng)器內(nèi)溫度 。 操縱變量為夾套冷卻水流量 。 主要干擾有：進入反應(yīng)器的 A、 B物料流量、溫度、濃度； 夾套入口冷卻水溫度、壓力； 攪拌器轉(zhuǎn)速等。 例： 42 解： 給定值 x 偏差 e 控制器輸出 p 操縱變量 p 被控變量 y 調(diào)節(jié)閥 鍋爐汽包 液位測量元件 變送器 控制器 測量值 z 干擾作用 f + 被控對象為鍋爐汽包 。 被控變量為鍋爐汽包液位 。 操縱變量為鍋爐給水流量 。 主要干擾有：鍋爐給水溫度、壓力； 蒸汽壓力、流量； 爐膛溫度等。 根據(jù)鍋爐汽包水位控制示意圖： （ 1）畫出控制系統(tǒng)的 方塊圖 ； （ 2）指出系統(tǒng)中的 被控對象 、 被控變量 、操縱變量 及 可能的擾動 分別是什么 ? （ 3）當蒸汽負荷突然增加時，根據(jù)方塊圖 分析自控系統(tǒng)是如何實現(xiàn)自動控制的 。 43 130第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)有多種分類方法： 一 、 按被控變量分類 二 、 按控制規(guī)律分類 三 、 按給定值變化規(guī)律分類 —— 最常用 第 一 章 第一節(jié) 主要內(nèi)容 ★★ 第二節(jié) 系統(tǒng)組成 ★★★ 及方塊圖 第三節(jié) 系統(tǒng)分類 ☆ 第四節(jié) 過渡過程 ★★★ 和品質(zhì)指標 品質(zhì)主要因素 第五節(jié)工藝管道及 ★★ 控制流程圖 第三節(jié) 系統(tǒng)分類 ☆ 第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的分類 ☆ 44 131分類 一 、 按被控變量分類 二 、 按控制規(guī)律分類 三 、 按給定值變化規(guī)律分類 被控變量 溫度控制系統(tǒng) T 壓力控制系統(tǒng) P 液位控制系統(tǒng) L 流量控制系統(tǒng) F …… 167。 13 自動控制系統(tǒng)的分類 45 132分類 控制規(guī)律 比例控制 P 比例積分控制 PI 比例微分控制 PD 比例微分積分控制 PID …… 一 、 按被控變量分類 二 、 按控制規(guī)律分類 三 、 按給定值變化規(guī)律分類 167。 13 自動控制系統(tǒng)的分類 46 133分類 給定值變化 定值控制系統(tǒng) 給定值 x恒定不變的系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。 隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤控制） 給定值 x隨機變化的系統(tǒng)稱為隨動控制系統(tǒng)，又稱自動跟蹤控制。 程序控制系統(tǒng)（順序控制系統(tǒng)） 給定值 x按照已知規(guī)律 (時間函數(shù) )變化的系統(tǒng)稱為程序控制系統(tǒng)，又稱順序控制系統(tǒng)。 …… 一 、 按被控變量分類 二 、 按控制規(guī)律分類 三 、 按給定值變化規(guī)律分類 定值控制系統(tǒng) 隨動控制系統(tǒng) (自動跟蹤控制 ) 程序控制系統(tǒng) (順序控制系統(tǒng) ) 一 、 按被控變量分類二 、 按控制規(guī)律分類三 、 按給定值變化規(guī)律分類167。 13 自動控制系統(tǒng)的分類 47 133a 定值控制系統(tǒng) 給定值 x恒定不變的系統(tǒng)稱為定值控制系統(tǒng)。 所謂“定值”就是給定值恒定的簡稱。 在實際生產(chǎn)過程中，通常控制系統(tǒng)的作用是使被控制的工藝參數(shù)保持在一個生產(chǎn)指標上不變，或者說要求 被控變量 y 恒定不變，即 給定值 x 不變，這時就需要采用定值控制系統(tǒng)。 前面討論的 水槽對象液位控制系統(tǒng) 、 換熱器溫度控制系統(tǒng) 都是定值控制系統(tǒng)的例子，其目的就是使水槽內(nèi)的液位、換熱器的出口物料溫度保持恒定不變。 化工生產(chǎn)中要求的大都是這種類型的控制系統(tǒng)，因此后面所討論的，如果未加特別說明，都是 指定值控制系統(tǒng) 。 一 、 按被控變量分類 二 、 按控制規(guī)律分類 三 、 按給定值變化規(guī)律分類 定值控制系統(tǒng) 隨動控制系統(tǒng) (自動跟蹤控制 ) 程序控制系統(tǒng) (順序控制系統(tǒng) ) 167。 13 自動控制系統(tǒng)的分類 48 133b 隨動控制系統(tǒng)（自動跟蹤控制） 給定值 x隨機變化的系統(tǒng)稱為 隨動控制系統(tǒng) ，又稱 自動跟蹤控制系統(tǒng) 。這類系統(tǒng)的特點是給定值不斷地變化，而且這種變化不是已知的、預(yù)先規(guī)定好的，而是隨機的。隨動系統(tǒng)的目的就是使所控制的參數(shù)準確而快速地跟隨給定值的變化而變化。 隨動控制系統(tǒng)的典型應(yīng)用有：航空導航雷達系統(tǒng)，電視臺天線接收系統(tǒng) …… 在化工生產(chǎn)中，有些 比值控制系統(tǒng) 就屬于隨動控制系統(tǒng)。例如要求 B物料的流量與 A物料的流量保持一定的比值，當 A物料的流量變化時，要求 B物料的流量能快速而準確地隨之變化。由于A物料的流量變化在生產(chǎn)中可能是隨機的，所以 B物料的流量給定值也是隨機的，故屬于隨動控制系統(tǒng)。 一 、 按被控變量分類 二 、 按控制規(guī)律分類 三 、 按給定值變化規(guī)律分類 定值控制系統(tǒng) 隨動控制系統(tǒng) (自動跟蹤控制 ) 程序控制系統(tǒng) (順序控制系統(tǒng) ) 167。 13 自動控制系統(tǒng)的分類 49 133c 程序控制系統(tǒng) （ 順序控制系統(tǒng) ） 給定值 x按照已知規(guī)律 (時間函數(shù) )變化的系統(tǒng)稱為程序控制系統(tǒng) ， 又稱順序控制系統(tǒng) 。 這類系統(tǒng)的給定值 x雖然也是變化的 ， 但與隨動控制系統(tǒng)有所不同 ， 它是一個已知的時間函數(shù) 。 這類系統(tǒng)在間歇式生產(chǎn)過程中應(yīng)用比較普遍 ， 如：合成纖維錦綸生產(chǎn)中的熟化罐溫度控制 ， 金屬熱處理的溫度控制 …… 近年來 ， 程序控制系統(tǒng)應(yīng)用日益廣泛 ， 一些定型的或非定型的程控裝置越來越多地被應(yīng)用到生產(chǎn)中 ， 微型計算機的廣泛應(yīng)用也為程序控制提供了良好的技術(shù)工具與有利條件 。 由于專業(yè)和課時限制 ， 這類控制系統(tǒng)在本課程中不作介紹 。 一 、 按被控變量分類 二 、 按控制規(guī)律分類 三 、 按給定值變化規(guī)律分類 定值控制系統(tǒng) 隨動控制系統(tǒng) (自動跟蹤控制 ) 程序控制系統(tǒng) (順序控制系統(tǒng) ) 167。 13 自動控制系統(tǒng)的分類 50 140第四節(jié) 第 一 章 第一節(jié) 主要內(nèi)容 ★★ 第二節(jié) 系統(tǒng)組成 ★★★ 及方塊圖 第三節(jié)系統(tǒng)分類 ☆ 第四節(jié)過渡過程 ★★★ 和品質(zhì)指標 品質(zhì)主要因素 第五節(jié)工藝管道及 ★★ 控制流程圖 第四節(jié) 過渡過程 ★★★ 和品質(zhì)指標 第四節(jié) 自動控制系統(tǒng) 的過渡過程和品質(zhì)指標 ★★★ 一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài) 二、控制系統(tǒng)的過渡過程 三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標 四、影響控制系統(tǒng)過渡過程品質(zhì)指標的主要因素 51 141靜態(tài)與動態(tài) a 一 、 控制系統(tǒng)的靜態(tài)與動態(tài) 在研究自動控制系統(tǒng)過程中： 將 被控變量不隨時間而變化 的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的 靜態(tài) 。 將 被控變量隨時間而變化 的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的 動態(tài) 。 設(shè)定值的變化，稱為 設(shè)定作用 或 控制作用 ； 擾動的變化，稱為 干擾作用 f 。 自動控制系統(tǒng)的輸入： 當輸入（給定值和干擾）不變時，整個系統(tǒng)能夠建立“平衡”，系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)暫時不動作，處于相對靜止狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為自控系統(tǒng)的“ 靜態(tài) ” 。 給定值 x 偏差 e 控制器輸出 p 操縱變量 q 被控變量 y 執(zhí)行器 對 象 測量元件 變送器 控制器 測量值 z 干擾作用 f + 167。 14 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標 52 141b 被控變量 不隨時間而變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的 靜態(tài) 。 當自動控制系統(tǒng)的輸入（給定值 x和干擾作用 f ）和輸出 y均恒定不變時，整個系統(tǒng)就處于一種相對穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)（變送器、控制器、執(zhí)行器）都不改變其原有狀態(tài)，其輸出信號都處于相對靜止狀態(tài)，這就是所謂的“ 靜態(tài) ”。 這里所指的“ 靜態(tài) ”與習慣上所講的靜止是不同的： ◆ 習慣上所說的 靜止 是指靜止不動 (即相對靜止 )； ◆ 自動化領(lǐng)域中的“ 靜態(tài) ”是指系統(tǒng)中各信號的變化率為零，即信號保持不變，而不是指物料不流動或能量不交換。因為在自動控制系統(tǒng)的“靜態(tài)”下，生產(chǎn)仍在進行，物料和能量有進有出，只是平穩(wěn)進行、沒有變化。 167。 14 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標 53 141c 假如一個系統(tǒng)原先處于“ 靜態(tài) ”，由于干擾的作用而打破了這種“靜態(tài)”時，被控變量就會發(fā)生變化，從而使控制器、執(zhí)行器等自動化裝置改變原來平衡時所處的狀態(tài)，產(chǎn)生控制作用來克服干擾的影響，并力圖使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。 從干擾發(fā)生開始，經(jīng)過調(diào)節(jié)控制，直到系統(tǒng)重新建立平衡，這段時間中整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和信號都處于變動狀態(tài)，故稱之為“ 動態(tài) ”。 在研究自動控制過程中，了解系統(tǒng)的靜態(tài)是必要的，但是 了解系統(tǒng)的動態(tài)更為重要 ：因為在生產(chǎn)過程中，干擾是客觀存在的、不可避免的，干擾總會破壞系統(tǒng)的平衡狀態(tài)、導致被控變量發(fā)生變化。系統(tǒng)中時刻都有干擾作用，因此就需要通過自動控制系統(tǒng)不斷地施加控制作用，從而消除干擾作用的影響，使被控變量保持在工藝生產(chǎn)所要求的指標上。顯然，自動控制系統(tǒng)在正常工作時，總是處于一波未平，一波又起，波動不止，往復(fù)不息的動態(tài)過程中。由此可見，研究自動控制系統(tǒng)的重點應(yīng)該是研究系統(tǒng)的動態(tài)。 被控變量 隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的 動態(tài) 。 167。 14 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標 54 142過渡過程 a 二 、 控制系統(tǒng)的過渡過程 在上圖所示的簡單控制系統(tǒng)方塊圖中，假定系統(tǒng)原先處于平衡狀態(tài) —— “ 靜態(tài) ”，系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)都不改變其原有狀態(tài)，其輸出信號都處于相對靜止狀態(tài)； 動態(tài) 靜態(tài) 靜態(tài) 過渡過程 在某一時刻 t0，有一干擾因素作用于對象，引起輸出 y發(fā)生變化，系統(tǒng)進入“ 動態(tài) ” 。 由于自動控制系統(tǒng)的負反饋作用，經(jīng)過一段時間后，系統(tǒng)會重新恢復(fù)平衡，達到一個新的平衡狀態(tài) —— “ 靜態(tài) ”。 系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)過渡到另一個平衡狀態(tài)的過程，稱為系統(tǒng)的 過渡過程 。 給定值 x 偏差 e 控制器輸出 p 操縱變量 q 被控變量 y 執(zhí)行器 對 象 測量元件 變送器 控制器 測量值 z 干擾作用 f + 167。 14 自動控制系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標 55 142b 在過渡過程中，被控變量是隨時間變化的。了解過渡過程中被控變量的變化規(guī)律，對于研究自動控制系統(tǒng)十分重要。 顯然，被控變量隨時間的變化規(guī)律首先取決于作用于系統(tǒng)的干擾形式。在實際生產(chǎn)中，干擾是沒有固