【正文】 感元件，它直接響應(yīng)被測變量，經(jīng)能量轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)化成一個(gè)與被測變量成對(duì)應(yīng)關(guān)系的便于傳送的輸出信號(hào)，如mV、V、mA、Ω、Hz、位移、力等等。如：簡化工藝、減少不必要的環(huán)節(jié)，以利于減少控制通道的滯后時(shí)間，在選擇控制閥與檢測點(diǎn)的安裝位置時(shí)，應(yīng)選取靠近控制對(duì)象的有利位置?？刂瀑|(zhì)量惡化、超調(diào)量s大干擾通道的純滯后對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)影響不大，因?yàn)楦蓴_本身是不確定的，可以在任何時(shí)間出現(xiàn)。事實(shí)上，廣義等效的等效純滯后就包括了以上二個(gè)部分之和。一般情況希望TO小些，但不能太小，Tf大些τ 對(duì)過渡過程的影響 產(chǎn)生純滯后的原因：物料輸送等中間過程產(chǎn)生時(shí)間常數(shù)對(duì)象所表現(xiàn)出來的等效純滯后。 響應(yīng)過快、容易引起振蕩、降低系統(tǒng)穩(wěn)定性。 響應(yīng)慢、控制不及時(shí)、過渡時(shí)間tp長、超調(diào)量s大控制通道TO小 222。用T表示的響應(yīng)滯后稱阻容滯后（容量滯后），T大反應(yīng)慢，難以控制；T小反應(yīng)塊。T173。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)合理地選擇KO使之大些，抗干擾能力強(qiáng)，太大會(huì)引起系統(tǒng)振蕩。 控制能力強(qiáng)Kf 越大 222。其它參數(shù)不變控制通道放大系數(shù) 干擾通道放大系數(shù) KO 越大 222。 解 該對(duì)象的輸入量為qi 被控變量為液位h2 （同樣利用物料平衡方程） 槽1槽2聯(lián)立方程求解：二階線性對(duì)象（總結(jié)）典型的微分二階線性對(duì)象（總結(jié)）方程 典型的傳遞函數(shù) 典型的階躍響應(yīng)函數(shù)典型的階躍響應(yīng)曲線 qita不相關(guān)雙容. 對(duì)象模型的三個(gè)基本參數(shù)：K、T、τ K 對(duì)過渡過程的影響 階躍輸入作用下，對(duì)象輸出達(dá)到新的穩(wěn)定值時(shí)，輸出變化量與輸入變化量之比，稱為靜態(tài)增益（輸出靜態(tài)變化量與輸入靜態(tài)變化量之比）。 用T表示的響應(yīng)滯后稱阻容滯后（容量滯后）。K越大，表示輸入量對(duì)輸出量的影響越大。由于在控制領(lǐng)域中，特性的分析往往是針對(duì)變化量而言的，為了書寫方便在以后的表達(dá)式中不寫出變化量符號(hào)。 如果qi＞qo ，水位H將不斷上升，直至溢出，可見該系統(tǒng)是無自衡能力。直至qi=qo可見該系統(tǒng)受到干擾以后，即使不加控制，最終自身是會(huì)回到新的平衡狀態(tài)，這種特性稱為“自衡特性”。 222。 222。這種在已知模型結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)測數(shù)據(jù)來確定數(shù)學(xué)表達(dá)式中某些參數(shù)的方法，稱為參數(shù)估計(jì). 對(duì)象機(jī)理數(shù)學(xué)模型的建立 問題：處于平衡狀態(tài)的對(duì)象加入干擾以后，不經(jīng)控制系統(tǒng)能否自行達(dá)到新的平衡狀態(tài)？ 上圖：假設(shè)初始為平衡狀態(tài)qi=qo，水箱水位保持不變。 混合建?！獙C(jī)理建模與實(shí)驗(yàn)建模結(jié)合起來，稱為混合建模。其主要特點(diǎn)是把被研究的對(duì)象視為一個(gè)黑箱子，不管其內(nèi)部機(jī)理如何，完全從外部特性上來測試和描述對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。這些數(shù)據(jù)或曲線就可以用來表示對(duì)象特性。另外，在機(jī)理建模過程中，往往還需要引入恰當(dāng)?shù)暮喕?、假設(shè)、近似、非線性的線性化處理等，而且機(jī)理建模也僅適用于部分相對(duì)簡單的系統(tǒng)。 建模的方法：機(jī)理建模、實(shí)驗(yàn)建模、混合建模 機(jī)理建?！鶕?jù)物料、能量平衡、化學(xué)反應(yīng)、傳熱傳質(zhì)等基本方程，從理論上來推導(dǎo)建立數(shù)學(xué)模型。 非參量模型：采用曲線、表格等形式表示。時(shí)間乘絕對(duì)誤差積分指標(biāo)優(yōu)化控制的策略：[教學(xué)目的要求]：了解對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的建立掌握對(duì)象的三個(gè)特性參數(shù)及其意義 [教學(xué)重點(diǎn)]： 對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的建立[教學(xué)難點(diǎn)]： 對(duì)象的三個(gè)特性參數(shù)及其意義[教學(xué)時(shí)數(shù)]：3[教學(xué)內(nèi)容]：第三章 被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 被控對(duì)象特性及其對(duì)過渡過程的影響對(duì)象特性——是指對(duì)象輸入量與輸出量之間的關(guān)系(數(shù)學(xué)模型)即對(duì)象受到輸入作用后，被控變量是如何變化的、變化量為多少…… 輸入量？？控制變量＋各種各樣的干擾變量由對(duì)象的輸入變量至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱為通道控制變量至被控變量的信號(hào)聯(lián)系通道稱控制通道干擾至被控變量的信號(hào)聯(lián)系通道稱干擾通道 控制通道干擾通道干擾變量控制變量被控變量被控對(duì)象對(duì)象輸出為控制通道輸出與各干擾通道輸出之和 1. 數(shù)學(xué)模型的表示方法： 參量模型：通過數(shù)學(xué)方程式表示常用的描述形式：微分方程(組)*、傳遞函數(shù)*、頻率特性等參量模型的微分方程的一般表達(dá)式： y(t)表示輸出量，x(t)表示輸入量，通常輸出量的階次不低與輸入量的階次(n≥m)當(dāng)n=m時(shí)，稱對(duì)象是正則的；當(dāng)nm時(shí)，稱對(duì)象是嚴(yán)格正則的；nm的對(duì)象是不可實(shí)現(xiàn)的。時(shí)間乘平方誤差的積分指標(biāo)? 振蕩周期？影響過渡過程的主要因素?固定因素：對(duì)象特性 測量儀表特性 執(zhí)行器特性補(bǔ)償因素：控制器特性——這是自動(dòng)控制的主要研究內(nèi)容以誤差性能指標(biāo)的形式給出 以誤差性能指標(biāo)的形式給出，一般指偏差對(duì)某個(gè)函數(shù)的積分。 以系統(tǒng)受到階躍輸入作用后的響應(yīng)曲線的形式給出。單調(diào)發(fā)散過程 180。衰減振蕩過程 214。對(duì)于一個(gè)控制系統(tǒng)，如果能有效克服階躍干擾，肯定能很好地克服其它變化比較緩和的各種干擾。階躍干擾：在某一瞬間t0干擾突然階躍式地加入系統(tǒng)，并保持在這個(gè)幅值。工藝設(shè)計(jì)主要圍繞系統(tǒng)“靜態(tài)”特性開展工作自動(dòng)控制主要是在“靜態(tài)”特性基礎(chǔ)上研究其“動(dòng)態(tài)”特性 ――當(dāng)系統(tǒng)失去平衡以后，如何使系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)（2）過渡過程過渡過程：受到干擾作用后系統(tǒng)失穩(wěn)，在控制系統(tǒng)的作用下，被控變量回復(fù)到新的平衡狀態(tài)的過程。 動(dòng)態(tài)――被控變量隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)。 靜態(tài)”是物料、能量、傳熱、傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)速度等平衡關(guān)系的最終體現(xiàn)。 教材中的程序控制事實(shí)上可以理解為隨動(dòng)控制 4）按控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度區(qū)分簡單控制系統(tǒng) 復(fù)雜控制系統(tǒng)5）按控制變量的名稱區(qū)分 溫度控制系統(tǒng) 壓力控制系統(tǒng) ……6）按調(diào)節(jié)規(guī)律區(qū)分 P、PI、PD、PID、預(yù)估控制 …… 過渡過程和品質(zhì)指標(biāo) （1）靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）和動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)的作用：盡可能使被控變量與設(shè)定值保持一致（或隨設(shè)定值一起變化），當(dāng)被控變量受干擾影響而偏離設(shè)定值時(shí)，控制作用必須驅(qū)使被控變量回到設(shè)定值靜態(tài)――被控變量不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)（變化率為0，不是靜止）。補(bǔ)償干擾 反饋+前饋 調(diào)節(jié)器執(zhí)行器對(duì)象傳感器、變送器+－SPxzey干擾f變送器前饋補(bǔ)償器++3）按設(shè)定值的特點(diǎn)區(qū)分 定值控制系統(tǒng)――設(shè)定值是由工藝要求給出的不變常數(shù) 通常要求被控變量盡量與設(shè)定值保持一致。補(bǔ)償器174。補(bǔ)償干擾 前饋前饋補(bǔ)償器執(zhí)行器對(duì)象傳感器、變送器pqy干擾f 干擾f（t）174。調(diào)節(jié)器174。 1）按被控變量對(duì)操作變量的影響分 閉環(huán)控制系統(tǒng)——如：反饋控制 開環(huán)控制系統(tǒng)——如：前饋控制2）按補(bǔ)償干擾的方法分反饋調(diào)節(jié)器執(zhí)行器對(duì)象傳感器、變送器+－SPxzeuqyf 干擾f（t）174。 閉環(huán)與開環(huán) 閉環(huán)——系統(tǒng)的輸出被反饋到輸入端并與設(shè)定值進(jìn)行比較的系統(tǒng)稱為閉環(huán)系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值與測量值的偏差進(jìn)行控制，直至消除偏差開環(huán)——系統(tǒng)的輸出沒有被反饋回輸入端，執(zhí)行器僅只根據(jù)輸入信號(hào)進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)的輸出與設(shè)定值與測量值之間的偏差無關(guān)調(diào)節(jié)器被控對(duì)象測量變送裝置+－SP執(zhí)行器要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，系統(tǒng)必須閉環(huán)。 自動(dòng)控制系統(tǒng)的（最）基本要求是系統(tǒng)運(yùn)行必須是穩(wěn)定的反饋是控制系統(tǒng)的輸出（即被控變量）通過測量變送返回到控制系統(tǒng)的輸入端，并與設(shè)定值比較的過程。（6）偏差：偏差本應(yīng)是設(shè)定值與被控變量的實(shí)際值之差。 （4）干擾（擾動(dòng)） 除控制變量（操縱變量）以外，作用于對(duì)象并引起被控變量變化的一切因素稱為干擾。（2）被控變量：對(duì)象內(nèi)要求保持一定數(shù)值（或按某一規(guī)律變化）的物理量稱為被控變量。需要提出的是，在當(dāng)今的過程控制領(lǐng)域中，幾乎有90％以上的控制回路仍然沿用經(jīng)典的PID控制算法或PID控制算法的變形，并能夠獲取比較滿意的控制效果 儀表的簡要發(fā)展過程常見的測控參數(shù)：T、P、L、F、A（五大參數(shù)） 測控儀表的分類：變送器（傳感器）、執(zhí)行器、控制器三大類 控制器：常規(guī)調(diào)節(jié)器、智能調(diào)節(jié)器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 自動(dòng)化裝置的簡要發(fā)展過程 本課程的主要知識(shí)點(diǎn)自動(dòng)控制究竟是一個(gè)什么“東西”？——不是名詞解釋 需要學(xué)習(xí)自控回路（系統(tǒng)）的組成、基本工作原理、如何評(píng)價(jià)自動(dòng)質(zhì)量……怎么樣來構(gòu)建一個(gè)自動(dòng)控制回路？ 需要學(xué)習(xí)構(gòu)建自控回路的各環(huán)節(jié)的作用，各環(huán)節(jié)的特性對(duì)自控系統(tǒng)的影響，（最常用）檢測儀表、控制儀表的基本工作原理，如何選擇合適的自控設(shè)備（儀表）……（b）控制要求越來越高，除了實(shí)現(xiàn)單純的穩(wěn)定控制以外，控制器的設(shè)計(jì)往往還要追求最佳的性能要求 經(jīng)典控制理論已無法滿足解決多變量、非線性、不確定性以及最佳性能要求等問題的需要，這在客觀上促使現(xiàn)代控制理論得以建立和發(fā)展。 （90％以上）現(xiàn)代控制理論由于工業(yè)生產(chǎn)過程也向著大型化、連續(xù)化的方向發(fā)展。經(jīng)典控制理論最輝煌的成果首推PID控制規(guī)律，對(duì)于無時(shí)間延遲的SISO系統(tǒng)極為有效。1945年Bode建立了控制系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)方法（Bode圖法）。 . Routh和1895年A. Hurwitz創(chuàng)造性地提出了稱為Routh，它是經(jīng)典控制理論中最基礎(chǔ)的穩(wěn)定性分析工具之一。 “控制”這一概念本身即反映了人們對(duì)征服自然與外在的渴望，作為自動(dòng)控制科學(xué)的核心的控制理論與技術(shù)也自然而然地在人們征服自然與改造自然的歷史中發(fā)展起來。[教學(xué)目的要求]：了解何為(過程)自動(dòng)化和自動(dòng)化技術(shù)、自動(dòng)化儀表的簡要發(fā)展過程掌握如何來構(gòu)筑一個(gè)控制系統(tǒng) [教學(xué)重點(diǎn)]：自動(dòng)化技術(shù)、自動(dòng)化儀表的簡要發(fā)展過程[教學(xué)難點(diǎn)]：如何來構(gòu)筑一個(gè)控制系統(tǒng)[教學(xué)時(shí)數(shù)]：1[教學(xué)內(nèi)容]：第一章 緒論 何為(過程)自動(dòng)化：從工藝的眼光來看在工藝設(shè)備上，配備一些自動(dòng)化裝置，用它們來代替操作人員的（部分）直接勞動(dòng)，使生產(chǎn)在不同程度上按照規(guī)定的要求自動(dòng)地進(jìn)行，也即：用自動(dòng)化裝置來管理設(shè)備（生產(chǎn)過程），使之正常運(yùn)行換一種說法所謂自動(dòng)化是使工藝參數(shù)保持在需要的值或者狀態(tài)上，或者使生產(chǎn)過程按照一定的程序或者步驟運(yùn)行，保證生產(chǎn)過程運(yùn)行在最佳狀態(tài)所謂“自動(dòng)控制”是指應(yīng)用自動(dòng)化儀器儀表或自動(dòng)控制裝置代替人自動(dòng)地對(duì)儀器設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，使之有目的地修正被控對(duì)象的動(dòng)力學(xué)行為，以達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)或滿足預(yù)期的性能要求。為什么要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制？原因一：代替人的勞動(dòng)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率原因二：煉油、化工、冶金、電力、生物、制藥等工業(yè)過程的生產(chǎn)規(guī)模越來越向大型化、復(fù)雜化方向發(fā)展，各種類型的自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)成了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)安全、高效、優(yōu)質(zhì)、低耗的基本條件和重要保證 如何來構(gòu)筑一個(gè)控制系統(tǒng)？ 進(jìn)料口出料口H玻璃管液位計(jì)測量儀表設(shè)定值控制器控制理論的簡要發(fā)展過程自動(dòng)控制的本質(zhì)：是指應(yīng)用自動(dòng)化儀器儀表、自動(dòng)控制裝置代替人，自動(dòng)地對(duì)儀器設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，使之有目的地修正被控對(duì)象的動(dòng)力學(xué)行為，以達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)或滿足預(yù)期的性能要求控制問題的本質(zhì)：就是要求基于對(duì)象內(nèi)在的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)和規(guī)律，運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)工具求取問題的解。 經(jīng)典控制理論. Maxwell為了解決蒸汽機(jī)調(diào)速器的精度和穩(wěn)定性之間的矛盾，首先提出了微分方程模型和穩(wěn)定性分析的數(shù)學(xué)方法，從微分方程角度討論了調(diào)節(jié)器系統(tǒng)可能產(chǎn)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象，他所發(fā)表的“論調(diào)節(jié)器”是目前比較公認(rèn)的第一篇控制理論論文。 1932年Nyquist提出了“Nyquist穩(wěn)定性判據(jù)”。之后，經(jīng)過Wienner、Nichols等人的杰出貢獻(xiàn)，終于形成了經(jīng)典的反饋控制和頻域理論，并于20世紀(jì)50年代趨于成熟經(jīng)典控制理論建立在傳遞函數(shù)基礎(chǔ)上的，主要針對(duì)線性定常、SISO對(duì)象，基于反饋控制的主導(dǎo)思想，完成控制系統(tǒng)的鎮(zhèn)定任務(wù)。直到目前，在工業(yè)過程控制中仍然被廣泛應(yīng)用。 導(dǎo)致（a）控制系統(tǒng)漸趨復(fù)雜： 在整體結(jié)構(gòu)上，表現(xiàn)為非線性、不確定性、無窮維、多層次等； 在被處理的信息上，表現(xiàn)為信號(hào)的不確定性、隨機(jī)性、不完全性等。 經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的關(guān)系對(duì)于經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論以及智能控制理論而言，并非意味著相互的否定和排斥，它們之間有著共同發(fā)展、互相滲透、相互結(jié)合的發(fā)展關(guān)系。如何工程實(shí)施？ ——即使一個(gè)象空調(diào)器溫度控制那么簡單的自動(dòng)控制回路的實(shí)施？需要學(xué)習(xí)自動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制參數(shù)的整定……更復(fù)雜的控制回路如何工程實(shí)施？計(jì)算機(jī)控制是什么一回事？怎么樣來設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)？……[教學(xué)目的要求]：了解自控系統(tǒng)的組成、自控系統(tǒng)的分類、系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求自動(dòng)控制、系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)掌握方塊圖、管道及儀表流程[教學(xué)時(shí)數(shù)]：2[教學(xué)重點(diǎn)]：自控系統(tǒng)的組成、自控系統(tǒng)的分類、系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求自動(dòng)控制、系統(tǒng)的過渡過程和品質(zhì)指標(biāo)[教學(xué)難點(diǎn)]：方塊圖、管道及儀表流程[教學(xué)內(nèi)容]：第2章 自控系統(tǒng)基本概念 控制系統(tǒng)的 4 個(gè)基本環(huán)節(jié)： 被控對(duì)象、檢測儀表(測量變送環(huán)節(jié))、控制器、執(zhí)行器幾個(gè)常用術(shù)語 ：（1）被控對(duì)象：需要實(shí)