自動控制系統(tǒng)的基本概念演示文稿

1、自動控制系統(tǒng)的基本概念演示文稿第一頁，共六十五頁。優(yōu)選自動控制系統(tǒng)的基本概念第二頁，共六十五頁。 本章主要內(nèi)容一、化工自動化的主要內(nèi)容 二、自動控制系統(tǒng)的組成三、自動控制系統(tǒng)的表示方法四、自動控制系統(tǒng)的主要類型五、自動控制系統(tǒng)的性能指標及要求第三頁，共六十五頁。主要內(nèi)容第一節(jié) 化工自動化的主要內(nèi)容 自動檢測系統(tǒng)自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)自動操縱及自動開停車系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)第四頁，共六十五頁。自動檢測系統(tǒng) 利用各種檢測儀表對工藝參數(shù)進行測量、指示或記錄的系統(tǒng)， 稱為自動檢測系統(tǒng)?！傲私狻鄙a(chǎn)的任務。第五頁，共六十五頁。自動信號和聯(lián)鎖保護系統(tǒng)自動信號系統(tǒng)當工藝參數(shù)超出要求范圍，自動發(fā)出聲光信號聯(lián)鎖保護

2、系統(tǒng)達到危險狀態(tài)，打開安全閥或切斷某些通路，必要時緊急停車液位自動報警系統(tǒng)示意圖第六頁，共六十五頁。自動操縱及自動開停車系統(tǒng) 按預先規(guī)定好的步驟將生產(chǎn)過程自動的投入運行或自動停車自動操縱系統(tǒng) 根據(jù)預先規(guī)定的步驟自動地對生產(chǎn)設備進行某種周期性操作自動開停車系統(tǒng)第七頁，共六十五頁。自動控制系統(tǒng) 利用自動控制裝置對生產(chǎn)中某些關鍵性參數(shù)進行自動控制，使他們在受到外界擾動的影響而偏離正常狀態(tài)時，能自動的回到規(guī)定范圍。液位自動控制系統(tǒng)示意圖第八頁，共六十五頁。 自動控制系統(tǒng)是自動化生產(chǎn)的核心部分，只有自動控制系統(tǒng)才能自動地排除各種干擾因 素對工藝參數(shù)的影響，使它們始終保持在預先規(guī)定的數(shù)值上，保證生產(chǎn)維持在

3、正?；蜃罴训墓に嚥僮鳡顟B(tài). 第九頁，共六十五頁。自動控制：是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機器、設備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動地按照預定的規(guī)律（給定值）運行。 系統(tǒng)：是指按照某些規(guī)律結合在一起的物體（元部件）的組合，它們相互作用、相互依存，并能完成一定的任務。 自動控制系統(tǒng) ：能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的系統(tǒng)就可稱為自動控制系統(tǒng)，一般由控制裝置和被控對象組成。第二節(jié) 自動控制系統(tǒng)的組成第十頁，共六十五頁。第十一頁，共六十五頁。 自動控制系統(tǒng)是在人工調(diào)節(jié)的基礎上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，其主要裝置包括測量元件與變送器、自動控制器、執(zhí)行

4、器，分別代替了人的眼、腦、手三個器官。 第十二頁，共六十五頁。控制器變送器執(zhí)行器 檢測 運算（思考）、 命令 執(zhí)行 人工操作第十三頁，共六十五頁。液位控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)第十四頁，共六十五頁。自動控制系統(tǒng) 測量元件及變送器測量出被測參數(shù)的大小并將它轉(zhuǎn)化為一種特定、統(tǒng)一的信號輸出。 自動控制器 將設定值與測量信號進行比較，求出它們之間的偏差,然后按照預先選定的控制規(guī)律進行計算并將計算結果作為控制信號送給執(zhí)行裝置.執(zhí)行器 作用是接受控制器的控制信號，直接推動被控對象，使被控變量發(fā)生變化執(zhí)行器控制器變送器第十五頁，共六十五頁。第十六頁，共六十五頁。第三節(jié) 自動控制系統(tǒng)的表示方法方塊圖表示方式流程圖表

5、示方式控制器操縱變量被控變量測量元件變送器控制閥對象給定值x偏差e控制器輸出pqy測量值z_干擾作用f第十七頁，共六十五頁。方框、信號線、比較點、引出點組成 控制系統(tǒng)或系統(tǒng)中每個環(huán)節(jié)的功能和信號流向的圖解表示. 帶有輸入輸出信號的方框 比較點 分支點 方塊圖表示方式第十八頁，共六十五頁。 被控對象 自動控制系統(tǒng)中，工藝參數(shù)需要控制的生產(chǎn)過程、設備或機器等。被控變量 被控對象內(nèi)要求保持設定值的工藝參數(shù)?？刂破鞑倏v變量被控變量測量元件變送器控制閥對象給定值x偏差e控制器輸出pqy測量值z_干擾作用f第十九頁，共六十五頁。 操縱變量 受控制器操縱的，用以克服干擾的影響，使被控變量保持設定值的物料量或

6、能量。干擾量 除操縱變量以外，作用于被控對象并引起被控變量變化的因數(shù)?？刂破鞑倏v變量被控變量測量元件變送器控制閥對象給定值x偏差e控制器輸出pqy測量值z_干擾作用f第二十頁，共六十五頁。 給定值 被控變量的設定值。偏差 被控變量的給定值與實際值之差。控制器操縱變量被控變量測量元件變送器控制閥對象給定值x偏差e控制器輸出pqy測量值z_干擾作用f第二十一頁，共六十五頁。輸入信號由外部加到系統(tǒng)中的變量，它不受系統(tǒng)中其他變量的影響和控制。輸出信號 由系統(tǒng)或元件產(chǎn)生的變量，其中最受關注的輸出信號又稱為被控變量。控制器操縱變量被控變量測量元件變送器控制閥對象給定值x偏差e控制器輸出pqy測量值z_干擾

7、作用f第二十二頁，共六十五頁。輸入信號的響應 由某一個輸入信號產(chǎn)生的輸出信號又稱為該輸入信號的響應。反饋信號 是被控變量經(jīng)傳感器等元件變換并返回到輸入端的信號，一般與被控變量成正比。 第二十三頁，共六十五頁。繪制方框圖注意事項 方框圖中每一個方框都代表一個具體的裝置。 方框之間的連接線，只是代表方框之間的信號聯(lián)系，并不代表物料聯(lián)系。 箭頭也只是代表信號作用的方向，與工藝流程圖上的物料線是不同的。 各個組成部分在信號傳遞關系上都形成一個閉合環(huán)路。第二十四頁，共六十五頁。指出此控制系統(tǒng)中被控對象、被控變量和操縱變量。試畫出此自動控制系統(tǒng)的方框圖。第二十五頁，共六十五頁。控制器操縱變量被控變量溫度測

8、量變送器控制閥加熱器給定值x偏差e控制器輸出pqT測量值z_干擾作用f第二十六頁，共六十五頁。指出此控制系統(tǒng)中被控對象、被控變量和操縱變量。試畫出此自動控制系統(tǒng)的方框圖。試分析出水量突然增大時，該系統(tǒng)如何實現(xiàn)水位控制？第二十七頁，共六十五頁。第二十八頁，共六十五頁。第二十九頁，共六十五頁。反饋負反饋正反饋 通過測量變送裝置將被控變量的測量值送回到系統(tǒng)的輸入端。反饋 自動控制系統(tǒng)是具有被測變量負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。他與自動檢測、自動操作等開環(huán)系統(tǒng)比較，最本質(zhì)的區(qū)別，就在于自動控制系統(tǒng)有負反饋?？刂破鞑倏v變量被控變量測量元件變送器控制閥對象給定值x偏差e控制器輸出pqy測量值z_干擾作用f第三十頁，共

9、六十五頁。流程圖表示方式測量點 包括檢出元件、取樣點。是由工藝設備輪廓線或工藝管線引到儀表圓圈的連接線的起點。 包括測量點、連接線、儀表的圖形符號和字母代號。第三十一頁，共六十五頁。 通用的儀表信號線和能源線的符號是細實線。連接線表示相連及交叉時，可采用圖（a）（b）形式。在復雜系統(tǒng)中，當有必要表明信息流動方向時，應在信號線符號上加箭頭,如圖(c)所示。 (a) (b) (c)連接線第三十二頁，共六十五頁。儀表的圖形符號 儀表的圖形符號是一個細實線圓圈，直徑約10mm。序號安裝位置圖形符號備注序號安裝位置圖形符號備注1就地安裝儀表4集中儀表盤后安裝儀表嵌在管道中2集中儀表盤面安裝儀表5就地儀表

10、盤后安裝儀表3就地儀表盤面安裝儀表 儀表安裝位置的圖形符號表示第三十三頁，共六十五頁。字母代號字母第一位字母后繼字母字母第一位字母后繼字母被測變量修飾詞功能被測變量修飾詞功能A分析報警P壓力C電導率控制Q數(shù)量積分累積D密度差R放射性記錄E電壓S速度安全開關F流量比T溫度傳送I電流指示V粘度閥K時間W力L物位YM水分Z位置執(zhí)行機構 用來表示儀表的小圓圈的上半圓內(nèi)，一般寫有兩位字，第一位字母表示被測變量，后續(xù)字母表示儀表的功能。 被測變量和儀表功能的字母代號第三十四頁，共六十五頁。第四節(jié) 自動控制系統(tǒng)分類 一、開環(huán)控制和閉環(huán)控制 按照控制方式和策略，系統(tǒng)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩大類。開環(huán)

11、控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)第三十五頁，共六十五頁?？刂破骱涂刂茖ο箝g只有正向控制作用，系統(tǒng)的輸出量不會對控制器產(chǎn)生任何影響；結構簡單，成本低，容易控制，但控制精度低 ；一般適合于干擾不強或可預測的、控制精度要求不高的場合；如果系統(tǒng)的給定輸入與被控量之間的關系固定，且其內(nèi)部參數(shù)或外來擾動的變化都比較小，或這些擾動因素可以事先確定并能給予補償，則采用開環(huán)控制也能取得較為滿意的控制效果；對擾動沒有抑制能力。開環(huán)控制系統(tǒng)第三十六頁，共六十五頁。 按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制系統(tǒng)計算控制對象測量被控量執(zhí)行干擾 按給定值操縱的開環(huán)控制系統(tǒng)計算控制對象給定值（控制裝置）被控量執(zhí)行干擾第三十七頁，共六十五頁。(溫度)輸出量

12、 (手柄位置)輸入量 調(diào)壓器 加熱 電阻絲 電爐 恒溫箱 受控對象擾動量控制裝置擾動輸出量輸入量控制裝置受控對象開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖 第三十八頁，共六十五頁。系統(tǒng)輸出量對控制作用有直接影響 ；實現(xiàn)了按偏差控制；也稱為反饋控制；閉環(huán)控制系統(tǒng)由前向通道（控制器和控制對象）和反饋通道（反饋裝置）構成；反饋控制：正反饋和負反饋；具有正反饋形式的系統(tǒng)一般不能改進系統(tǒng)性能，而且容易使系統(tǒng)性能變壞 ；通常而言，反饋控制就是指負反饋控制。閉環(huán)系統(tǒng)必須考慮穩(wěn)定性問題閉環(huán)控制系統(tǒng)第三十九頁，共六十五頁。按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制系統(tǒng)比較、計算控制對象測量被控量執(zhí)行干擾給定值第四十頁，共六十五頁。與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)

13、控制系統(tǒng)的最大特點是檢測偏差、糾正偏差 ；從系統(tǒng)結構上看，閉環(huán)系統(tǒng)具有反向通道； 從功能上看，閉環(huán)系統(tǒng)具有如下特點： 由于增加了反饋通道，系統(tǒng)的控制精度得到了提高，若采用開環(huán)控制，要達到同樣的精度，則需要高精度的控制器，從而大大增加了成本；由于存在系統(tǒng)的反饋，可以較好地抑制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)中可能存在的擾動和由于器件的老化而引起的結構和參數(shù)的不確定性；反饋環(huán)節(jié)的存在可以較好地改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。 閉環(huán)系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別第四十一頁，共六十五頁。開環(huán)控制閉環(huán)控制結構簡單、成本低復雜、成本高精度精度低、對元器件要求高精度高、對元器件要求低穩(wěn)定性通常不考慮必須考慮第四十二頁，共六十五頁。二、定值控制系統(tǒng)、自

14、動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng) 按照輸入信號分類，自動控制系統(tǒng)可分為定值控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。輸入信號是恒值，要求被控變量保持相對應的數(shù)值不變 室溫控制系統(tǒng)、直流電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)第四十三頁，共六十五頁。 輸入信號是變化規(guī)律未知的任意時間函數(shù) ；系統(tǒng)的任務是使被控變量按照同樣規(guī)律變化并與輸入信號的誤差保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；導彈發(fā)射架控制系統(tǒng)、火炮隨動系統(tǒng)、雷達天線控制系統(tǒng) ；隨動控制系統(tǒng)第四十四頁，共六十五頁。 輸入信號是按已知的規(guī)律（事先規(guī)定的程序）變化； 要求被控變量也按相應的規(guī)律隨輸入信號變化，誤差不超過規(guī)定值； 熱處理爐的溫控系統(tǒng)、機床的數(shù)碼加工系統(tǒng)和仿形控制系統(tǒng)。程

15、序控制系統(tǒng)第四十五頁，共六十五頁。三、連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)中各部分的信號都是時間的連續(xù)函數(shù)。離散控制系統(tǒng) 在控制系統(tǒng)各部分的信號中只要有一個是時間的離散信號。 離散模型是計算機控制的最主要模型第四十六頁，共六十五頁。第五節(jié) 自動控制系統(tǒng)的過渡過程及性能指標一、控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)靜態(tài)：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)。動態(tài)：被控變量隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。被控對象第四十七頁，共六十五頁。第四十八頁，共六十五頁。研究自動控制系統(tǒng)的重點是研究系統(tǒng)的動態(tài)。 平衡（靜態(tài)）是暫時的、相對的、有條件的，不平衡（動態(tài)）才是普遍的、絕對的、無條件的被控對象

16、第四十九頁，共六十五頁。二、控制系統(tǒng)的過渡過程 自動控制系統(tǒng)的過渡過程是控制作用不斷克服干擾作用影響的過程。系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)到另一個平衡狀態(tài)的過度過程中，被控變量隨時間變化的規(guī)律首先取決于干擾作用的形式。 一般的階躍信號：突然、危險、對被控參數(shù)影響很大。其它形式的干擾可用多個階躍信號代替 被控對象第五十頁，共六十五頁。被控對象 系統(tǒng)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)是十分重要的。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。第五十一頁，共六十五頁。常見典型信號 階躍信號、斜坡信號、脈沖信號、加速度信號和正弦信號等。 階躍信號A 0 t0 t0 數(shù)學表達式為：當A=1時稱為單位階躍信號。特 點易產(chǎn)生對系統(tǒng)輸出影響大便于分析和計算第五十二頁，共六十五頁。斜坡信號第五十三頁，共六十五頁。加速度信號第五十四頁，共六十五頁。脈沖信號第五十五頁，共六十五頁。第五十六頁，共六十五頁。 自動控制系統(tǒng)在階躍干擾作用下的過渡過程有非周期衰減過程 、衰減振蕩過程、 等副振蕩過程 、發(fā)散振蕩過程 等四種。第五十七頁，共六十五頁。三、控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標 自動控制系統(tǒng)的過渡過程是控制系統(tǒng)品質(zhì)的重要依據(jù)，我們假設在階躍干擾作用下，取自動控制系統(tǒng)的衰減振蕩過程的形式來討論控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標。 第五