,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,1-1,自动控制系统的组成和工作原理,2024/11/18,第一章 自动控制的基本概念,一、自动控制的基本概念,1.,人工控制,：,控制任务由人工操作完成。,2.,自动控制,：,在没有人直接参与的情况下，利用自动控制装置使被控制对象,(,如机器、生产过程,),的某一物理量,(,或工作状态,),自动地按照预定的规律运行,(,或变化,),。,3.,常用术语,二、自动控制系统的组成和原理方框图,1.,自动控制系统的组成,2.,自动控制系统的原理方框图,2024/11/18,三、,自动控制系统的工作原理,四、,自动控制系统的基本控制方式,五、,自动控制系统的分类,2024/11/18,2024/11/18,汽包水位人工、自动控制示意图,常用术语,(1),被控对象,：,指被控制的生产设备或生产过程。,(2),被控量（被调量）：,表征生产过程是否正常而需要控制的物理量。,(3),给定值（设定值）：,根据生产工艺要求，被控量应该达到的数值。,在许多情况下给定值是不变的，如正常运行时锅炉的汽包水位、汽轮机的转速等，但在有些情况下给定值是变化的，如汽轮机启动和停机过程中转速的给定值就应不断变化。,(4),扰动（干扰）：,引起被控量偏离其给定值的各种原因。,如果扰动不包含在控制系统内部，称为外扰；如果扰动发生在控制系统内部，称为内扰。另外，由调节机构开度变化造成的扰动，称为基本扰动；变更给定值引起的扰动，称为定值扰动。,2024/11/18,常用术语,(5),控制量,：由控制作用来改变,以控制被控量的变化,使被控量恢复为给定值的物理量。,(6),控制机构（调节机构）,：改变对象流入量或流出量的机构，如上例中给水控制阀。,火电厂自动控制系统中的调节机构多数是阀门或挡板。,(7),自动控制系统：,自动控制装置和控制对象通过信号的互相传递联系起来就构成一个自动控制系统。,用上述术语来表述，自动控制的过程就是根据被调量偏离给定值的情况，适当的调整调节机构，改变控制量，最后抵消扰动的影响，使被调量重新恢复到给定值的过程。,2024/11/18,自动控制系统的组成,1,、自动控制系统由,被控对象,和,自动控制装置,两个基本部分组成。,2,、实现自动控制作用所需要的自动控制装置（,P3,）,测量单元（测量变送器、检测变送器）,控制单元（控制器、调节器）,执行单元（执行机构，包括执行器和调节机构）,3,、自动控制系统中的各装置是,通过信号的传递和转换,相互联系起来的。,2024/11/18,自动控制系统的原理方框图,(1),能直观地表达自动控制系统中各设备之间相互作用与信号传递关系的示意图称为自动控制系统的原理方框图。,(2),方框图的四个要素,2024/11/18,方框图的四个要素,信号线：,用箭头表示信号“,x,”,的传递方向的连接线。,汇交点,(,相加点、综合点,),：,表示两个信号“,x,1,”,与“,x,2,”,的代数和。,分支点,(,引出点,),：,表示把信号“,x,”,分两路取出。,环节：,方框图中的一个方框。,2024/11/18,自动控制系统的工作原理,自动控制系统的工作原理可以描述为：控制系统原来处于,平衡状态,（即被调量等于给定值、调节器无输出、执行器和调节机构无动作），当受到,扰动,的影响,使被调量偏离给定值,，此时被调量的实际值被,测量变送器,检测并传送给,调节器,，调节器根据被调量的实测信号和给定信号之间产生一个,偏差信号,，并按照一定的,控制规律,对此偏差信号进行运算，产生一个,控制指令信号,给,执行器,，用以驱动,调节机构,改变控制量，对被调量不断的进行调节，直到控制系统重新达到一个,新的平衡状态,。,2024/11/18,基本控制,方,方式,1.,开环控制,：,：控制装置,与,与被控对,象,象之间只,有,有顺向作,用,用而没有,反,反向联系,的,的控制过,程,程。,2.,闭环控制,：,：控制装置,与,与被控对,象,象之间既,有,有顺向作,用,用，又有,反,反向联系,的,的控制过,程,程。,2022/12/29,基本控制,方,方式,3.,复合控制,：,：在闭环控,制,制回路的,基,基础上，,附,附加一个,输,输入信号,或,或扰动作,用,用的前馈,通,通路。,前馈通路,通,通常由对,输,输入信号,的,的补偿装,置,置或对扰,动,动作用的,补,补偿装置,组,组成，分,别,别称为按,输,输入信号,补,补偿,(a,图,),和按扰动,作,作用补偿,(b,图,),的复合控,制,制系统。,2022/12/29,2022/12/29,（二）按,调,调节系统,的,的内部结,构,构分类,1,反馈调,节,节系统,(feedback regulationsystem),：反馈调,节,节系统是,依,依据偏差进行调节,的,的，见下,图,图。,（一）按给定值信号的特点分类,1,恒值调节系统,(constant regulation system),2,程序调节系统,(programme regulation system,3,随动调节系统,(follow-up regulation system),自动控制,系,系统分类,2022/12/29,特点：,（,1,）在调节,结,结束时，,可,可以使被,调,调量等于,或,或接近于,给,给定值,（,2,）当调节,系,系统受到,扰,扰动作用,时,时，必须,等,等到被调,量,量出现偏,差,差后才开,始,始调节，,所,所以调节,的,的速度相,对,对比较缓,慢,慢。,反馈调节,系,系统也称,为,为闭环,(close loop),调节系统,。,。,2022/12/29,2,前馈调,节,节系统,(feedforwardregulationsystem),：前馈调,节,节系统是,依,依据扰动进行调节,的,的，见下,图,图。,2022/12/29,前馈调节系,统,统特点：,(1),由于扰动影,响,响被调量的,同,同时，调节,器,器的调节作,用,用已产生，,所,所以调节速,度,度相对比较,快,快；,(2),由于没有被,调,调量的反馈,，,，所以调节,结,结束时不能,保,保证被调量,等,等于给定值,。,。,前馈调节系,统,统由于无闭,合,合环路存在,，,，亦称为开,环,环,(openloop),调节系统。,3.,复合调节系,统,统,(compounding regulation system),（三）按调节系统闭环回路的数目分类,1,单回路调节系统,(single loop regulation system),2,多回路节系统,(multiple loop regulation system),2022/12/29,2,离散调节系统,(discrete regulation system),（五）按系统的特性分类,1,线性调节系统,(linear regulation system),2,非线性调节系统,(nonlinear regulation system),（四）按调节作用的形式分类,1,连续调节系,(continuous regulation system),1-2,自动,控,控制,系,系统,的,的过,渡,渡过,程,程,和,和品,质,质指,标,标,一、,自,自动,控,控制,系,系统,的,的静,态,态特,性,性和,动,动态,特,特性,：,：,P5,二、,自,自动,控,控制,系,系统,的,的过,渡,渡过,程,程,1,、典型,输,输入,2.,在阶,跃,跃信,号,号作,用,用下,过,过渡,过,过程,的,的基,本,本形,式,式,三、自动,控,控制,系,系统,的,的品,质,质指,标,标,(1),稳定,性,性,(2),准确,性,性,(3),快速,性,性,2022/12/29,自动,控,控制,系,系统,的,的典,型,型输,入,入,自动,控,控制,系,系统,所,所要,克,克服,的,的干,扰,扰多,种,种多,样,样，,一,一般,来,来说,变,变化,缓,缓慢,的,的干,扰,扰总,是,是比,变,变化,突,突然,的,的干,扰,扰更,容,容易,克,克服,。,。我,们,们常,把,把一,种,种突,然,然从,一,一个,数,数值,变,变化,到,到另,一,一个,数,数值,，,，而,且,且一,经,经加,上,上就,持,持续,下,下去,不,不再,消,消除,的,的扰,动,动称,为,为阶跃,扰,扰动。除,阶,阶跃,扰,扰动,外,外，,控,控制,系,系统,还,还需,要,要克,服,服斜,坡,坡扰,动,动、,脉,脉冲,扰,扰动,、,、正,弦,弦波,扰,扰动,等,等，,如,如下,表,表所,示,示。,在所,有,有的,扰,扰动,形,形式,中,中，,一,一般,阶,阶跃,扰,扰动,是,是最,不,不利,和,和最,难,难克,服,服的,，,，如,果,果一,个,个控,制,制系,统,统能,很,很好,的,的克,服,服阶,跃,跃扰,动,动，,那,那么,对,对于,其,其他,形,形式,的,的扰,动,动也,就,就不,难,难克,服,服，,因,因此,我,我们,常,常把,对,对阶,跃,跃扰,动,动的,反,反应,作,作为,判,判别,系,系统,抗,抗干,扰,扰能,力,力好,坏,坏的,标,标准,。,。,2022/12/29,2022/12/29,过,渡,渡,过,过,程,程,的,的,基,基,本,本,形,形,式,式,2022/12/29,2022/12/29,1,）稳,定,定,的,的,过,过,渡,渡,过,过,程,程：,自,自,动,动,控,控,制,制,系,系,统,统,受,受,到,到,扰,扰,动,动,后,后,，,，,经,经,过,过,调,调,节,节,能,能,够,够,达,达,到,到,新,新,的,的,平,平,衡,衡,状,状,态,态,，,，,即,即,被,被,调,调,量,量,能,能,够,够,达,达,到,到,新,新,的,的,稳,稳,定,定,数,数,值,值,，,，,如,如,非,非,周,周,期,期,振,振,荡,荡,、,、,衰,衰,减,减,振,振,荡,荡,。,。,2,）不,稳,稳,定,定,的,的,过,过,渡,渡,过,过,程,程：,自,自,动,动,控,控,制,制,系,系,统,统,受,受,到,到,扰,扰,动,动,后,后,，,，,被,被,调,调,量,量,是,是,振,振,荡,荡,的,的,，,，,不,不,能,能,够,够,恢,恢,复,复,到,到,一,一,个,个,新,新,的,的,平,平,衡,衡,状,状,态,态,，,，,如,如,单,单,调,调,发,发,散,散,、,、,发,发,散,散,振,振,荡,荡,、,、,等,等,幅,幅,振,振,荡,荡,。,。,大,多,多,数,数,情,情,况,况,下,下,，,，,希,希,望,望,控,控,制,制,系,系,统,统,的,的,过,过,渡,渡,过,过,程,程,曲,曲,线,线,是,是衰,减,减,振,振,荡,荡的,形,形,式,式,。,。,2022/12/29,过渡过,程,程的品,质,质指标,自动控,制,制系统,的,的性能,指,指标是,用,用来衡,量,量系统,工,工作品,质,质优劣,和,和调节,效,效果好,坏,坏的标,准,准，也,表,表征了,控,控制系,统,统克服,外,外来干,扰,扰的能,力,力，对,后,后续进,行,行控制,系,系统的,分,分析和,整,整定起,着,着非常,重,重要的,作,作用。,对于定,值,值控制,系,系统，,突,突出的,控,控制要,求,求是克,服,服扰动,的,的性能,，,，在扰,动,动发生,后,后，被,调,调量能,稳,稳定、,准,准确、,快,快速的,恢,恢复到,给,给定值,或,或新的,平,平衡状,态,态；对,于,于随动,控,控制系,统,统，突,出,出的控,制,制要求,是,是跟踪,性,性能，,在,在扰动,发,发生后,，,，被调,量,量能稳,定,定、准