当前位置:文档之家› 控制图(control charts)

控制图(control charts)

控制图(control charts)
控制图(control charts)

控制图(control charts)

又名:统计过程控制( statistical process control)

方法演变:EQ \o(\s\up5(-),\s\do2(x))

计量值控制图:?X-R控制图(又名均值极差控制图),?X-s控制图,单值控制图(又名X 控制图,X-R控制图,IX-MR控制图,XmR控制图,移动极差控制图),移动均值-移动极差控制图(又名MA-MR控制图),目标偏差控制图(又名差异控制图、偏差控制图、名义值偏差控制图),CUSUM(又名累计和控制图),EWMA(又名指数加权移动平均控制图),多元控制图(又名Hotelling T2控制图)。

计数值控制图:p控制图(又名不良品率控制图),np控制图,c控制图(又名缺陷数控制图),u控制图。

两种数据都适用的控制图:短期过程控制图(又名稳定控制图或者Z控制图),组控制图(又名多属性值控制图)。

概述

控制图是一种对过程变异进行分析和控制的图形工具。数据按时间顺序绘制在图上,控制图一般有一条代表均值的中心线,一条上控制限位于中心线上方,一条下控制限位于中心线下方,这些线是根据过程数据确定的。通过当前数据和由历史数据计算所得的控制限的比较,我们可以判定当前过程变异是稳定的(受控制)还是不稳定的(不受控制,受到某个特定因素的干扰)。

控制图分为很多种,不同的过程、不同的数据,我们采用不同的控制图。计量值数据的控制图经常是成对应用,其中常绘制在上方的一张控制图监测均值,或者说过程数据的分布中心,而绘制在下方的一张控制图监测极差,或者说分布的波动程度。如果借助于练习打靶的例子来说明,那么均值就是靶子上射击集中的地方,极差是射击点的离散程度。计量值数据要成对使用控制图,计数值数据则通常只使用一张控制图就足够了。

适用场合

·当你希望控制当前过程,问题出现时能察觉并能对其采取补救措施时;

·当你希望对过程输出的变化范围进行预测时:

·当你判断一个过程是否稳定(处于统计受控状态)时;

·当你分析过程变异来源是随机性(偶然事件)还是非随机性(过程本身固有)时;

·当你决定怎样完成一个质量改进项目时——防止特殊问题的出现,或对过程进行基础性的改变。

控制图决策树

图表5. 20是一个根据数据类型来判断应用哪种控制图的决策树,两个最大的分支是计量值数据和计数值数据。

计量值数据可以用连续的刻度衡量,例如时间、质量、距离、温度,都可以用小数或者分数衡量,对它们来说,准确性的惟一限制是测量仪器的精密程度。如果你使用的测量装置只有整数值,比如78度,或者你只需要最接近的整数值,比如5天,你仍然可以使用计量值数据,以得到更加精确的测量数据。

计数值数据统计时不会有小数或者分数值,当你只考虑某事存在或者不存在的时候你会用到计数值数据,比如:成功或者失败,接受或者拒绝,正确或者不正确。例如一份报告可以有4个或者5个错误,但不能有4.5个错误。在“计数值控制图”中有更多的关于计数值数据的讨论。 实施步骤

1根据数据类型选择合适的控制图。

2选定合适的抽样频率。

3根据后面所描述的程序收集数据、构建控制图并进行数据分析。

4寻找控制图中的失控信号。当识别出一个失控信号后,在控制图上标明,并调查产生原因。以文件形式记录调查情况、收获、产生原因以及解决方法。

·单个点落在控制线以外。如图表5. 21中第16个点落在上控制限以外。

·超过三分之二连续的点出现在中心线的同一侧,并距中心线超过2σ。如图表5. 21中第四个点给出这样一个信号。

·超过五分之四连续的点出现在中心线的同一侧,并距中心线超过1σ。如图表5 21中第17个点给出这样一个信号。

·连续八个点构成的链,或者十一分之十、十四分之十二、二十分之十六的点在中心线的一侧。如图表5. 21中第21个点就是连续第八个在中心线之上的点。

·显然一致或者不寻常的模式可以表明过程和数据不正常。

5在控制图上继续对新得到的数据进行描点,并检查是否存在新的失控信号。

6当需要构建新控制图时,过程可能正处于失控状态。如果是这样,前20个样

本数据计算出的控制限是暂时的。当过程稳定后,再依次抽取至少20个样本,重新

计算控制限。

注意事项

失控信号

·有些控制图有特殊的失控信号检验方法,请参阅特殊控制图的分析部分。

·如果是不对称分布,比如是右偏态的,我们会得到更多小于R-的点,为了避免这种情况,

第四条关于控制图失控信号的说法要修改一下,改为连续12个点构成的差小于R-。

·这些信号是基于统计原理的,从一个可控过程描出的点是随机的,很多点在一起就构成了一个可预测的分布,比如一条正态曲线。那些失控信号很大程度上表明分布的输出并不是随机的,比如有太多点距离中心线过远。如图表5. 21,最后三个失控信号表明有更多的点超过并距离中心线太远,这就说明不太可能是一个随机事件,而可能是过程已经发生变化了。

·信号不能说明当前的状态是理想的还是不理想的,过程的变化可能是朝着好的方向,也可能是朝着不好的方向,保持好的表现与消除不良表现同等重要。

·还有一些其他的失控信号的检验方法,比如:

——连续15个点在中心线1σ范围内;

——连续6个点递增或递减;

——连续14个点交互上升和下降;

——连续8个点在中心线两侧,且距离中心线超过1σ;

——连续2个点距离超过4σ;

——其他的有关链和趋势的规则。

·使用过多的失控信号作为检验手段将可能得到一个错误的结果——当过程实际上处于受控状态时,却有失控信号出现。(这被称为第一类错误,请参阅假设检部分。)每一种看似异常的情况也有很小的可能是由随机过程导致的。比如,一个受控过程可能会有0. 27%的机会产生超出控制限的点,当多种失控信号同时使用时这些小的机会就会增加。如仅使用前面说过的那四种失控信号时,第一类错误的发生概率是十二分之一。通常情况下不要使用多于四种或五种的检验手段,否则你就可能总是得到一些实际并不存在的失控信号。对大多数过程而言,通常少数的检验加上认真的思考就能提供给我们大量的改进机会。

·前面所列出的失控信号没有按照它们出现的概率大小,而是按照有利于记忆的顺序列出

的。比如,超过检测规则中的5个点中有4个点出现在中心线的同一侧(距中心线超过1σ。)比单个点落在控制限之外发生可能性要小,因此,是—个更敏感的信号。请看Hoyer和Ellis关于不同失控信号发生概率和敏感性的分析。

·还有第二类错误:当过程实际上处于失控状态,却没有失控信号出现。比如,过程的均值轻微的改变了,而失控信号很慢才会表现出来。

·失控信号应该在控制图上有所标明,在失控点旁边画“×”,或者画个圈。

自相关

·数据的抽样频率取决于被控过程可能发生变异的速度,两次抽样之间应给予过程足够的时间,否则,数据可能会自相关。

·例如:假设某种液体持续从某个容器流入、流出,使该容器内的液体每3个小时更换一次。如果我们进行监控,那么抽样间隔就不应该小于3个小时。数据如果被抽取的过于频繁,就会产生自相关问题。温度作为一个变量经常是自相关的,因为它一般不会迅速改变。

·检验自相关很好的一个方法是用散点图,将不同时间得到的测量结果画在图上,大量的描绘后得到的散点图就可以看出数据的相关性。请参阅散点图与相关性分析部分。

控制限

·控制限不是规格限,实际上,规格限不应该表现在控制图上,它反映了客户的要求,而控制限反映的是过程的历史表现。

·除非清楚过程由于已知原因确实得到改善,而且要有至少20个新的抽样数据,否则不能随意更改控制限。不能对每20个样本或每页控制图都重新计算控制限。

·选择合适的刻度,使上下控制限以外仍留有适当的空白。

其他注意事项

·如果是对正在运行的过程进行控制,最佳的方法就是让该过程的操作人员收集数据,并立即将之描绘在控制图上。若等到用检查表收集了大量的数据后再把它门输入计算机作控制图,这张图可能很漂亮,但它的作用就会变得很有限了。

·计算机软件可以用来产生控制图,有时制造业利用计算机控制系统自动生成控制图,这样做减少了繁重的劳动并且增加了准确性,但是计算机无论如何不能完全代替人,只有人可以理解采用控制图的目的和意义。所以在绘制控制图重要的地方,计算机作为一种监控工具来帮助人更好地完成工作。

·本书中提供了各种类型的空白控制图及其计算表,允许复制以供个人使用。

·控制图是一种既简便又非常有用的工具,但是经常得不到正确的应用。对它的使用知识掌握得越多,它就越能帮助你对过程进行改进。以上只是对控制图的一个概括介绍,更深的内容和使用中的要点本书都没有涉及。通过参加培训、阅读相关书目,或是聘请专家,都能让控制图帮你在过程控制中发挥最大作用。

计量值控制图(variable control charts)

X--R控制图(X-and R chart)

又名:均值-极差控制图(averages and range chart)

概述

X--R控制图是一对控制图,用来研究计量值数据,尤其是来自非正态分布的数据,当然它

也可以用于正态数据。数据被分成子组,每个子组的均值和极差分别描绘在各自的控制图上。 适用场合

·当过程数据为计量值数据;

·当抽样频率较高时;

·当希望检测到过程微小变异时;

·尤其是在制造业中,当用容量为4或5的小样本数据推断成百上千的大量产品的特征值时。

实施步骤

构建

1确定合适的抽样频率及每个子组的容量(n)。开始作图之前至少收集20组数据。例如当子组数容量为3时,我们至少需要收集60个数据。

2如果原始数据不服从正态分布,检验样本均值是否服从正态分布(可以应用常规检验方法),如果不是则增加子组容量。

3利用X--R控制图或移动均值-移动极差控制图(图表5. 22)及其计算表(图表5.23),计算X-,

R-和控制限。

过程名称:计算人员:

4分别在X--R控制图的“均值”图和“极差”图上标上刻度,描点,并画出各自的中心线和

控制限。

5继续进行基本步骤中的步骤4~6。

分析

1检查R图中是否有失控信号。可以使用“目标偏差控制图”中所列举的所有检验方法。

2如果R图表明过程受控,再检查X-图是否包含失控信号。同样可以使用“目标偏差控制图”

中所列举的所有检验方法。

示例

小组收集到一组有关产品ZZ-400纯度的40个数据,按时间顺序排列。在图表5. 24中,直方图显示原始数据成轻微的偏态分布。实际上在具体应用过程中,数据分布往往偏向100%或0%一侧。小组将原始数据按抽样情况分成2个子组,数据记录见图表5. 25。

第1个子组包含第1个和第2个数据,即99.7和99.6,它们的均值为99. 65,极差为0.1。第2个子组包含第3个和第4个数据,即99.7和99.4,它们的均值为99. 55,极差为0.3。同理可计算出每一个样本均值和极差(见图表5.25)。现在,小组对样本均值的正态分布进行检验,发现其基本符合正态分布,所以把样本量定为2是合适的。

现在利用计算表,我们就可以算出中心线和控制限(见图表5.26)。

在控制图上画出控制限和中心线,并描上样本均值和极差。如图表5. 25所示,没有发现失控的信号。

这个例子是第4章ZZ-400改进案例的一部分。

注意事项

·X--R图是最常用的一种控制图。

·样本含量和抽样方法所应遵循的原则是:使样本内的变异尽量小.而使样本间

的变异尽量大。尽管如此,每次测量应当具有独立性。

·子组的样本含量越大,控制图就会更好地测算出均值的变化。

·对于绝大多数非正态分布的数据而言,用2~3个数据组成一个子组就能满足要求,使均值满足正态分布,控制图的计算也会精确。当数据分布显著偏离正态时,可能要将子组数增大到4或5。

·当样本含量小于7时,极差图的下控制限LCL R等于0,所以不可能出现“某个点落在

LCL R以外”这样的失控信号。

·X-图上的失控信号说明过程的分布中心改变了,R图的失控信号说明尽管均值(X-值)可能

没什么变化,但过程分布的范围改变了。把它想像成射击的情况,当你射击的情况距靶心的位置远了或近了时R值改变,当射击的中心不再是靶心时X-改变了。

·第一次构建控制图时,如果R图表明过程是失控的,则X-图中的控制限也将失效,这时应先发现并消除R图中的变异来源,然后重新计算控制限。

X--s控制图(X-and s chart)

概述

X--s控制图与X--R控制图非常相近,它们有一点不同:样本的标准差s用来估计子组的标准

差,可以用计算机软件来帮助进行计算。

适用场合

·当过程数据为计量值数据时;

·当数据充足,子组的样本含量大于等于10时;

·当希望快速检测到微小的变异时。

实施步骤

按照以下过程来建立X--s控制图。你需要构建一个s图而不是R图,用下面的公式进行替换:

示例

医疗机构评审联合委员会(JCAHO)为医院绩效改进提供标准规则,便于医院间进行严格的比较。在治疗肺炎的重点领域,其中一种衡量标准是抗生素使用时间——抵达医院到初次使用抗生索的时间。有些研究使用计数值数据来统计病人在适当时间内得到抗生素治疗的比例,但是联合委员会选择用计量值数据来表示时间,这样做不仅强调了不断改进,同时也能统计分析随着时间的推移整体的一种趋势。在美国,每月有将近1 000名患肺炎的病人进入医院接受治疗,

所以有足够丰富的数据来使用X-- s控制图。

X--s控制图看起来与X--R控制图类似。在图表5.33中你可以看到X-s控制图用在短期过程

控制的情况。

注意事项

在计算均值图的控制限时,不要用所有数据的s,那样做会扩大控制限,正确的设法是计算每个子组的s,然后算一下这些s的平均值。

单值控制图(chart of individuas)

又名:X控制图,X-R控制图,IX-MR控制图,XmR控制图,移动极差控制图(moving range chart) 概述

单值控制图是一对控制图,用来研究服从正态分布但不适合用X--R控制图的计量值数据。数

据不被分成子组,单值数据被描点在一个控制图上,连续点的区别、移动极差被描点在另一个控制图上。

适用场合

·当过程数据为计量值数据时;

·当过程数据服从正态分布时;

·当不能连续取得数据或者抽样费用很高而无法采用X--R控制图时,比如要做破坏性的检验或者过程变化很慢;

·当因为检测结果很长时间保持不变而不能用X--R控制图时,比如进行批生产时,每批的

条件相对固定,结果没有什么变化。

实施步骤

构建

1确定合适的抽样频率,对所研究的过程,按时间顺序至少收集20个数据。

2检验数据是否服从正态分布。利用直方图或正态性检验方法。

3利用单值控制图(图表5. 27)及其计算表(图表5.28),计算X和控制限。

4分别在控制图的“单值”图和“移动极差”图中标上刻度、描点、画出各自的中心线和控制限,“移动极差图”的下控制限等于0。

分析

1检查R图中是否有失控信号。可以使用115页所列举的所有检验方法。

2如果R图表明过程受控,再检查X-图是否包含有失控信号。同样可以使和115页所列举的

所有检验方法。

示例

图表5.29就是一个单值控制图的“单值”图部分。数据来自一个调查报告撰写小组长达两年的记录,他们想要减少在完成技术调查和讨论报告之间的时间浪费。最初的控制限是根据第一年的数据计算出来的,图中控制的对象是第二年的数据,从第70点至第76点中我们可以发现一个失控信号:连续7个点处于中心线的同一侧。如果这个项目小组在一开始就使用控制图对过程进行控制,他们就可能在异常刚出现时就对这一问题有所反应。注意到从第95点至第117点这一段,过程严重失控,对此小组发现了原因:有新成员加入。

在那之后,小组很快实施了第一次改进。我们注意到单值图中的中心线和上控制限均有所下降。

同样可以看到有关Medrad的案例,那是应用单值控制图进行过程改进的又一个例子。

注意事项

·单值控制图对于过程改进的监控速度不如X--R控制图快,如果可能,优先选择

X--R控制图。

·当数据不服从正态分布时(比如偏态分布),单值控制图的控制限不能准确地表现过程。

根据具体情况,这些控制限可能导致比实际过程更多或更少的失控信号的出现,这时应当使用X--R控制图或移动均值移动极差控制图代替。

·尽管在X--R控制图和本控制图中都有极差,但它们的计算方法和意思却不同。单值控制

图不区分过程分布宽度的变化和均值的变化,而X--R控制图却加以区分。

移动均值一移动极差控制图( moving average-moving range chart )

又名:MA-MR控制图

概述

移动均值-移动极差(MA-MR)控制图是一对控制图,用来研究不适用于X--R控

制图,尤其是不服从正态分布的计量值数据。数据被用一种特殊方法分成子组:每一

个子组都去掉上一个子组最早的测量值,补充为一个新值。这种控制图可以比单值

控制图更容易监测到过程微小的变化。

适用场合

·当收集的过程数据为计量值数据;

·当因为不能连续取得数据或者抽样费用很高而无法采用X--R控制图时,比如要做破坏性

的检验或者过程变化很慢;

·当因为测量结果很长时间保持不变而不能用X--R控制图时,比如进行批生产时,批内产

品几乎没有差异;

·当因为数据不服从正态分布而不能用单值控制图时;

·当希望检测到微小的过程变异时。

实施步骤

构建

1确定合适的抽样频率和每个子组的容量(n),至少收集20+n-l个数据后再开始始制图。例如,子组容量为3,则至少需要22个原始数据。

2按如下方法计算样本均值和极差。移动均值-移动极差控制图中样本均值和极投差的计算方法与X--R控制图中不同。

a.在移动均值图(图5. 23)中,将前n个单值数据填入第一列中作为第一个子组。

b去掉第一个子组中最早的那个数据,将剩下的数据依先后顺序从第二列的顶部填起,然后将一个新的数据补充在第二列的最下端。

c同理,将所有原始数据填入表中。最终我们将得到比单值数据少(n-1)个子组。

d计算每个子组的均值( MA)和极差(MR)。参阅后面给出的示例。

3如果原始数据是非正态分布的,检验子样均值是否服从正态分布(利用正态.性检验)。如果不服从,增加子组数。

4利用X--R控制图或移动均值移动极差控制图计算表(图表5 22)计算MA-、MR-和控制限。

5分别在“均值”图和“极差”图上标上刻度、描点、画出中心线和控制限。

6继续基本步骤的步骤4~6。

分析

1分析移动极差图,看是否出现失控的信号。此图中惟一有效的检验方法是“某个点落在控制限以外”。不要检验链或趋势,当同一个数据存在于多个样本中时,所有关于链和趋势的检验都将失效。

2如果移动极差图表明过程是受控的,分析移动平均图是否存在失控的信号。和上面的分析一样,这里也只能使用“某个点落在控制限以外”这一检验方法。

示例

按时间序列,有六个单值数据:3,5,6,1,2,5。表5.2给出了分组以及计算均值

和极差的过程。控制图没有给出,因为它与X--R控制图类同。

注意事项

·当子组数小于7时,极差图的下控制限LCL R等于0,所以不可能出现“某个点落在LCL R 以外”这样的失控信号。

·正如X--R控制图一样,MA图的失控信号说明过程分布的中心改变了,MR图的失控信

号说明过程分布的宽度改变了,即使从移动均值图中看不出任何异常。想像一下射击的情形,当你射中的目标距离靶心远了或着近了的时候MR改变,当射击的中心不再是靶心的时候MA 改变。

·第一次构建控制图时,如果移动极差图表明过程是失控的,则移动平均图中的控制限也将失效,这时应先发现并消除移动极差图中的变异来源,然后重新计算控制限。

·当因为是个短期过程或者数据频繁改变而只能得到有限数据时,可以考虑用目标偏差控制图或者短期过程控制图,这在以后的部分会提到。

目标偏差控制图( target chart)

又名:差异控制图( difference chart),偏差控制图(deviation chart),名义值偏差控制图(nominal chart)

概述

目标偏差控制图是一种任意计量值数据都可以用的控制图,它允许将来自不同部件不同产品的相同属性值绘制在一张图上,图上所描的点以及用来计算的数据是测量值与目标值的偏差。 适用场合

·当收集的过程数据为计量值数据时;

·当同样的过程产生不同的部件或者产品,每一件都有不同的目标(控制点、规格等),而这些属性值你都想监测时;

·当不同部件或者产品的变异性(标准差)相同时。

实施步骤

1确定哪种基本的控制图(单值控制图、X--R控制图、X--s控制图)适用于当前情况。

2确定每个部件或者产品的目标值,可以根据历史数据或者规格限来决定,常用的方法如下:a.将一个已有的计量值控制图中的中心线作为目标值。

b.将以前产品的数据的均值作为目标值。

c.将一个相似的计量值的中心线或者均值作为目标值。

d.将规格的上下限的中点作为目标值。

e.根据专家(操作者、技师、工程师等)推荐的值作为目标值。

f.对于单侧规格的情况,至少要取一个距规格3倍标准差的值作为目标值。

3按照以前提到的详细的程序来构建合适的基本的控制图,以下略有改动,对于每一个数据点,计算:

X-t=X-目标值(X--R控制图、X--s控制图)

或者X t=X-目标值(单值控制图)

将X-t或者X t的值描点于图上,并且用它们替代所有的X-或者X进行计算。X-t或者X t控制图

纵坐标的零刻度一般在中心线上或者附近,零刻度上下的值显示了目标偏差的大小。对于X--R 控制图或者X--s控制图来说,每个子组的数据只能来自一个部件或者一个产品的,不能改变。

如果你使用了X-,那么极差的计算和以前一样。

4当部件或者产品改变时,在控制图上画一条垂直的线,标记出新的部件或者产品。

5分析控制图上的失控信号。如果极差图失控,分别研究导致失控的数据,对于方差不同的数据你可能需要建立一个格外的控制图,或者你可能需要使用短期过程控制图。

6如果极差控制图受控,则分析X-t或者X t,控制图。除了通常的失控信号外,还可以研究

中心线与零刻度线的距离,它显示了过程距离目标的差距。注意是否有特别的部件或者产品持续在一个方向上偏离目标值。

示例

图表5.30是一个混合印刷过程的单值目标偏差控制图,每一点代表一个不同的印刷批次,监控的变量是印刷的固体含量,A~E五种印刷过程所需要的固体含量不同。使用目标偏差控制图,将实际固体含量与目标值的偏差描点,垂直的线显示出印刷类型的改变。

在子组14中,MR控制图失控,失控的极差不能被用于计算它们共同的X控制图的控制限。调查显示.失控情况是由于更换了供应商导致,而且不会再发生了,因而那个点可以被删掉,剩下的MR数据可以用来计算目标偏差控制图的控制限。

注意事项

·目标偏差控制图主要用于按订单生产的车间,及时生产和短期过程,它可以减少图的数量,因为不需要每个部件或者每个产品的单独的控制图。同时可以更快地开始控制,因为只需要所有产品加在一起而不是将每个产品的20个数据描点。更重要的是,它可以让你将注意力集中在过程上,而不用考虑究竟是什么部件或者产品。

·通过标示每次部件或者产品的改变,你可以监控一种趋势或者使一个部件或者整个过程发生变异的特殊原因。

·有时,环境要求过程的目标值不同于规格限的中间值,此时需要根据专家的意见规定一个目标值。

·目标偏差控制图不能应用于计数值数据,对于计数值数据,可以使用短期过程控制图。 计数值控制图( attribute control charts)

在控制图中有两类计量值数据。第一类是描述产品或者是完全好的或者是完全不好的,这种情况称之为不合格品率或者不合格品数。比如,从装配线上出来的汽车或者是合格的或者是不合格的、文本是对的还是错的。这种数据应用p控制图或者np控制图。

另一类的计数值数据是描述产品可能有很多缺陷或者瑕疵,这种情况被称之为缺陷率或者缺陷数。比如,你可能会计算一辆汽车的喷漆上有多少个气泡,或者一页文本上有多少个错误。这种数据应用c控制图或者u控制图。

同一个情况既可以分析计件值数据也可以分析计点值数据,关键取决于哪个对于你更有用。对于文章是否准确你可以构建一个p控制图,但是它不会显示有多少个错误。或者你可以构建一个“控制图来观察错误数,但是它也不会告诉你有多少文章是不准确的。

计数值数据所包含的信息比计量值数据少,举例说,一个部件可能由于长度错误而成为一个不良品,此种情况下,计数值数据只能告诉我们那个部件是不良品,而计量值数据则可以告

诉我们那个部件到底有多长以及它与标准相差多少。

显然,用长度绘制的控制图要比用不良品的数绘制的控制图可以给我们更多的有关过程的信息,所以如果可能的活,尽可能使用计量值控制图而不是计数值控制图。

“缺陷”一词可能有法律上的意义,因此本书使用“不符合”和“不良品”表示缺陷点和含有缺陷的产品。

p控制图(p chart)

又名:不良品率控制图(proportion chart)

概述

p控制图用来研究产品的不良品率,通常,不同类型的不良品的信息被收集到一张图上来帮助判断导致过程变异的原因。

适用场合

·当统计不良品时(不是总的缺陷数);

·当样本大小变化时。

实施步骤

构建

1收集数据。

a定义样本。样本容量应该充分大以保证样本中能够包含一些不良品。

b决定用于计算控制限的样本数(k),一般至少取20个样本。

c对每一个样本,计算样本容量(n)和样本不良品数(X),样本不良品率定义为:p= X/n。

d将X,n,p值都记录在控制图(图表5. 31)上。

2标上刻度,将各p值描绘在图上,并将相邻点连起来。

3使用p控制图的计算表(图表5. 32),计算平均不良品率p和控制限。如果各样本容量之间相差小于20%,只用平均样本容量n计算一组控制限,使用工作表左边的栏即可。如果样本容量相差大于20%,计算两组控制限:内外控制限。

4在图上画出中心线(p)和控制限,并注明。

5继续基本步骤的步骤4-6。

分析

·检验控制图是否有失控信号出现。可采用本书“目标偏差控制图”中列举的所有检验方法。除了在使用内外控制限时不能用“单个点超出”这条规则外,其他都可以使用。

·如果某个样本点落在了内外控制限之间,使用该样本的实际容量及p控制图的工作表计算那个点的确切的控制限。如果该样本数据落在了以上两个控制限之外.说明过程已经失控。 示例

以下是一些需要用到p控制图的数据:

·每天的不准确发票数(每天处理的发票数不同);

·每周的批颜色不准确数(批处理时间变化);

·每班装配的不良品数(产品率变化)。

图表5. 33给出了一个监控失踪发票数量的p控制图,这个控制图来源于

第4章Medrad货运处理小组的案例。当小组对过程进行改良后,失踪发票数得

到大大的降低,控制图是失控的,但过程是刚刚改进的,控制限是以前的。

开环与闭环系统

Hefei University 自动控制课程综述 开环与闭环系统 BACH ELOR DISSERTATION 论文题目:______________ 开环与闭环系统_____________________ 学科专业:____________ 自动化1班_______________________ 学生姓名:__________________ 姚辉___________________________ 导师姓名:__________________ 李秀娟__________________________

摘要: 所谓开环与闭环系统主要是对开环和闭环传递函数的研究。 所谓传递函数,只是反馈信号的数学公式/模型。传递函数零初始条件下线性系统响应(即输出)量的拉普拉斯变换(或z变换)与激励(即输入)量的拉普拉斯变换之比。记作G(s)=Y(s)/U(s),其中Y(s)、U(s)分别为输出量和输入量的拉普拉斯变换。传递函数是描述线性系统动态特性的基本数学工具之一,经典控制理论的主要研究方法——频率响应法和根轨迹法——都是建立在传递函数的基础之上。而在经典控制理论中传递函数有两个重要且易混淆的内容即: Gk(s)=G(s)?H(s) 开环传递函数 Gb(s)=G(s)/1+G(s)?H(s) 闭环传递函数开环传函其实是闭环传函的一部分。开环和闭环的本质区别是:闭环控制系统的被控量要反馈回到给定信号端,与给定信号进行比较(一般为负反馈),而开环没有这一环节。 另外,还有半闭环控制系统,之所以叫半闭环是因为反馈回到给定输入信号的反馈量不是直接取自被控量,而是间接取到的。 关键字:自动控制原理、开环系统、闭环系统、传递函数、区别、联系 发展与前景: 自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期,是以开环与闭环理论为基础的自动调节原理,主要用于工业控制,二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪,火炮定位系统,雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备,进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后,以形成完整的自动控制理论体系,这就是以传递函数为基础的经典控制理论,它主要研究单输入-单输出,线形定常数系统的分析和设计问题。 20世纪60年代初期,随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用,为适应宇航技术的发展,自动控制理论跨入了一个新阶段——现代控制理论。他主要研究具有高性能,高精度的多变量变参数的最优控制问题,主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前,自动控制理论还在继续发展,正向以控制论,信息论,仿生学为基础的智能控制理论深入。 为了实现各种复杂的控制任务,首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来,组成一个有机的总体,这就是自动控制系统。在自动控制系统中,被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量,它可以要求保持为某一恒定值,例如温度,压力或飞行航迹等;而控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体,它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制,但最基本的一种是基于闭环控制的闭环反馈控制系统。 开环与闭环系统的应用(以数控机床为例): 开环控制指调节系统不接受反馈的控制,只控制输出,不计后果的控制。又称为无反馈控制系统。

离子交换带控制点的工艺流程图

(一)带控制点的工艺流程 工艺流程及原理 反洗水 废液 正洗水 工作原理: 离子交换是指水溶液通过树脂时,发生在固体颗粒和液体之间的界面上,固液间离子相互交换的过程。离子交换反应是可逆反应,离子交换对不同组分显示出不同的平衡特性。在水处理中常见的离子交换反应是水的软化,除盐及去除或回收污水种重金属离子等。水中在阳离子交换剂上的Na+离子进行交换反应。其反应如下: 2RNa+M2+=R2M+2Na2+ 式中:R-----离子交换剂的骨架N+-----交换剂上可交换离子 M2+----水溶液中二价阳离子 (三)自动控制,在线检测及参数调节 自动控制:水泵 1、调节池,盐池,软水池均设下水位开关及水位下限自动报警装置。水位达下限 时报警并停泵。 在线检测: 1、流量:泵(A-J,L-N)出口流量在线检测,其中泵(A-C)流量的瞬时值和累 计值通过计算机显示,记录和打印。 2、测硬度:A7-A8检测 3、Ph值:调节池中污水,混合反应池中污水,泵(G)出水的Ph值在线检测, 既可现场检读,也可通过计算机显示,记录并打印。 运行参数调节及控制策略 1、流量: 泵(I-K)皆为交流电源离心泵,泵(I-K)连接电磁流量计(F1 -10 )可通过 计算机,根据流量设定值指定变频器工作,改变泵的转速以调节其流量。(四)额定运行参数及预期效果 1、盐池容积:12.3L 2、离子交换柱:进水流量0.1m3h-1,进水空塔流速=正洗强度=12.7m/h,正洗流量100Lh-1,反洗强度10.2m/h,反洗流量80Lh-1,正反洗时间各15分钟。 3、软水池:流量0.10m3h-1,容积1.37m,停留时间13.7小时。 4、调节池:流量0.10m3h-1。 (五)非标设备的工艺设计及计算

开环与闭环控制

开环与闭环控制 1.普通机械式电饭煲简单的工作过程如下:接通电源,拨动杠杆按钮,给出做饭指令,磁钢吸合,拉住与之相连的杠杆,杠杆拨动微动开关,微动开关在杠杆的按压下接通加热回路,磁钢铝壳帽与锅底接触,开始加热。当饭熟时(不再有水的沸腾),锅底温度升高,磁钢温度达到150℃时失去磁性,在弹簧力作用下,杠杆下移,微动开关恢复常态,结束加热状态。此时电源仍是接通状态,由于双金属片温控器的作用,电饭煲进入保温状态(70度以下),这就是电饭煲接通电源后即使不按键也能得到温水的原因。但不按下杠杆按键则 煮不熟饭。 由上面的工作过程可知,普通电饭煲虽然简单,但其控制过程还是比较复杂的。其工作流程为:给出“做饭”指令——进入加热状态——判断是否达到150度,没有达到,继续加热,如果达到,则进入保温状态。从这个流程知道,电饭煲的控制,从总体上说,仍是一个开环控制。因为,输入一个“做饭”指令,输出的就是“做饭”状态。如果输入的是“温水”指令,则输出的状态就是“温水”状态。即输入量和输出量是一一对应的。但是,其局部环节还有反馈。其参考方块图 如下:

3.宾馆、酒店的“自动叫醒服务系统”是一个开环控制系统。 参考框图如下: 4.家用缝纫机的缝纫速度控制系统 缝纫机“转速控制系统”的控制对象应该是“缝纫机”不应该是“机针”。对缝纫机来说,还有其它控制系统,如“针距控制系统”、“倒车控制系统”等,这些系统的控制对象都是缝纫机。参考框图如下: 注:有些学生会认为这个控制系统是一个闭环控制系统,理由是人可以不断调整缝纫的转速。其实这种理解是错误的。它不是闭

环的原因是:第一,它输入的转速不是恒定的,没法与输出转速进行比较。第二,“人”作为操作者,对控制系统施加控制指令的行为不能视为“人作为某个环节参与了控制系统”。 5.走道路灯的声光控制系统 声光自动控制白炽灯开关的基本工作原理如下:白天或夜晚光线较亮时,光控部分将开关自动关断,声控部分不起作用。当光线较暗时,光控部分将开关自动打开,负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通,取决于声音信号强度。当声强达到一定程度时,电路自动接通,点亮白炽灯,并开始延时,延时时间到,开关自动关断,等待下一次声音信号触发。这样,通过对环境声光信号的检测与处理,完成电路通断的自动开关控制。其声控部分的参考框图如下: 6.交通路口红绿灯自动控制(根据车流量大小改变红绿灯时间)系统 目前所用的交通路口的红绿灯控制系统一般都是按给定的时序来控制的,因此应该是开环控制系统,而不是闭环。对车流量因素的考虑,是在调查统计的基础上在设计给定时序时体现的。其参考框图如下:

开环控制、半闭环控制、闭环控制

开环控制、半闭环控制、闭环控制的区别 2011-11-2 10:31 提问者:升玩就走|浏览次数:485次 数控技术 推荐答案 2011-11-2 13:39 开环:没有测量回路。 半闭环:有一个测量回路(主要反馈控制转速:编码器)注意:编码器有绝对值和相对值之分 全闭环:有两个测量回路(反馈转速+位置:编码器+光栅尺或外置编码器) | 其他回答共2条 2011-11-3 14:01Einstiphen|五级 以监测点的不同来区分三者。 开环控制就是系统按设定的参数来运转,不作监测,不反馈。 半闭环控制就是在系统的执行端之前(非最终端)设置监测,反馈回的信号可以对执行端之前的机构进行实时调整。 闭环控制是在系统的最终执行端设置监测,反馈回的信号直接用于系统整体调整。 开环系统最简单,成本低,但执行精度最差,基本无系统波动。 闭环系统最复杂,控制成本最高,但执行精度相当高,系统波动也最大。 半闭环系统介于以上两者之间。 |评论 2011-11-17 10:09wangpeng3219|二级 闭环 闭环也叫反馈控制系统,是将系统输出量的测量值与所期望的给定值相比较,由此产生一个偏差信号, 利用此偏差信号进行调节控制,使输出值尽量接近于期望值。举例:调节水龙头——首先在大脑 中对水流有一个期望的流量,水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较,并不断的

用手进行调节形成一个反馈闭环控制;骑自行车——同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制。 半闭环 半闭环控制系统:半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置,通过检测 伺服机构的滚珠丝杠转角,半闭环控制系统图间接检测移动部件的位移,然后反馈到数控装置的 比较器中,与输入原指令位移值进行比较,用比较后的差值进行控制,使移动部件补充位移,直到 差值消除为止的控制系统。由于半闭环控制系统将移动部件的传动丝杠螺母不包括在环内,所以传动 丝杠螺母机构的误差仍会影响移动部件的位移精度,由于半闭环控制系统调试维修方便,稳定性好, 目前应用比较广泛。半闭环控制系统的伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构, 为大多数中小型数控机床所采用。 开环 相对闭环而言开环(kāi huán)英文名open-loop。开环相对于闭环而言,也叫开环控制系统。意思就是不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统。举例:打开灯的开关——按下开关后的一瞬间,控制活动已经结束,灯是否亮起以对按开关的这个活动没有影响;投篮——篮球出手后就无法再继续对其控制,无论球进与否,球出手的一瞬间控制活动即结束。

生产工艺操作程序关键控制点

生产作业控制制度 一、销售部依据市场需求及客户要求,下达《生产制造单》至生产车间。 二、技术部负责编制《产品工艺流程图》、《作业指导书》,各工序操作员严格依据《产品工艺流程图》、《作业指导书》进行作业。当因相关因素的改变而需更改《作业指导书》时,则依据《文件和资料控制制度》进行相应的更改。 三、设备质量的控制依据《生产设备控制制度》执行。 四、品管部负责跟进每一工序工艺执行情况,当发现有违反工艺操作或不规范操作时,应予以纠正。 五、品管部负责对每一质量控制点的工序产品进行检验和试验,并负责对工序产品的放行。 六、对有技能培训要求的工序,应组织此类工序人员的培训、考核。只有经培训及考核合格的人员才能上岗操作,定员定岗,品管部负责本工序人员质量的管理和控制,当发现人员质量不合格时,应立即停止其作业,并提出人员培训申请,实施培训事宜。当因相关因素的改变而需更新岗位技能时,则对人员进行重新培训。 七、对特殊过程的控制应由具备资格的操作者完成,且定员定岗。 八、附相关文件: 《作业指导书》 《产品工艺流程图》 《批生产指令》 《批生产记录(生产前)》 《批生产记录(生产中)》 《工艺流程图》 《配料操作规程》 《灌装/包装操作规程》

洗发液生产作业指导书 (操作过程控制) 一、生产前的准备: 1、清洗加热搅拌机,搅拌机干净后,才可生产。 2、清洗生产用具、桶、铲、冲洗干净后,才可使用。 3、检查校正磅秤、衡器,正确无误。 4、测试纯水PH值应在之间,方可使用。 5、测试纯水电导率应在8以下,达标后才可使用。 6、检查原材料是否满足生产用量,才可生产。 7、检查电源、各种仪表应正常。 二、秤料规程: 1、纯水:按百分比计算,不得误差1%按配方比例加入。 2、原料:按百分比计算,按配方比例不得有任何误差。 三、生产操作: 1、将原材料加入搅拌机,搅拌15---20分钟,彻底均匀后,方可加入其它添加剂。 2、去离子水,按配方比例加入,在每分钟50---60转良好的搅拌下,使原料与纯水搅拌,边搅拌、边加热、加热75℃,然后关闭加热管。 3、在良好的搅拌下,恒温搅拌30分钟、化、杀菌。 4、将恒温后,开始降温,边搅拌、边降温。 5、冷至40℃后,加入防腐剂、香精、添加剂、搅拌30---50分钟均匀后,才送化验室检验,合格后才出料。进入静置室。 四、质量检验: 1、半成品未出料前检验PH值在6---7之间,才合格。 2、半成品离心,30分钟/2000转,,无油水分离现象,才合格。 3、泡沫测试在50以上,才合格。 4、粘度测试在7000以上,才合格。 5、耐热±40℃、24h,恢复室温后应正常,才合格。 6、耐寒—15℃、24h,恢复室温后,应正常。 7、细菌检验,培养48 n±37℃,应达到国家标准,才合格。 8、经检验合格后,才通知生产部分装车间灌装。 五、分装成品: 1、塑料瓶用乙醇消毒后,才可装成品。 2、塑料瓶应喷生产日期、保质期二年。 3、对不合格塑料瓶,一律不得装成品。 4、塑料瓶说明书、字迹不清楚一律不得装成品。 5、分装成品时,应凭化验室放得单,才可分装。 6、洗发液分装,瓶瓶过秤200ml,每甁秤量不得少于202g、只准多,不准少。 六、包装车间: 1、分装车间过好秤的成品,应盖好瓶盖,检验瓶外观应整洁。 2、大纸箱应检查与洗发液是否相符。 3、质检员检验包装应达到企业内控标准,才在合格证上签字放行。 4、包装完后,经质检员全部检验合格后,才可入库。

自动控制原理期末考试试卷(含答案)

2017年自动控制原理期末考试卷与答案 一、填空题(每空 1 分,共20分) 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面,即: 稳定性 、快速性和 准确性 。 2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。 3、在经典控制理论中,可采用 劳斯判据(或:时域分析法)、根轨迹法或奈奎斯特判据(或:频域分析法) 等方法判断线性控制系统稳定性。 4、控制系统的数学模型,取决于系统 结构 和 参数, 与外作用及初始条件无关。 5、线性系统的对数幅频特性,纵坐标取值为20lg ()A ω(或:()L ω),横坐标为lg ω 。 6、奈奎斯特稳定判据中,Z = P - R ,其中P 是指 开环传函中具有正实部的极点的个数,Z 是指 闭环传函中具有正实部的极点的个数,R 指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j 0 )整圈数。 7、在二阶系统的单位阶跃响应图中,s t 定义为 调整时间 。%σ是超调量 。 8、设系统的开环传递函数为12(1)(1) K s T s T s ++,频特性为 01112()90()() tg T tg T ?ωωω--=---。 9、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。 10、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+,则该系统的传递函数G (s)为 105 0.20.5s s s s + ++。 11、自动控制系统有两种基本控制方式,当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为 开环控制系统;当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时,称为 闭环控制系统;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于 闭环控制系统。 12、根轨迹起始于开环极点,终止于开环零点。 13、稳定是对控制系统最基本的要求,若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡,则该系统 稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定,在时域分析中采用劳斯判据;在频域分析中采用奈奎斯特判据。 14、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系,开环频域性能指标中的幅值越频率c ω对应时域性能指标 调整时间s t ,它们反映了系统动态过程的快速性

开环控制系统与闭环控制系统的区别及相关

开环控制系统与闭环控制系统的区别及相关的实例 开环控制系统:不将控制的结果反馈回来影响当前控制的系统 举例:打开灯的开关——按下开关后的一瞬间,控制活动已经结束,灯是否亮起以对按开关的这个活动没有影响; 闭环控制系统:可以将控制的结果反馈回来与希望值比较,并根据它们的误差调整控制作用的系统 举例:调节水龙头——首先在头脑中对水流有一个期望的流量,水龙头打开后由眼睛观察现有的流量大小与期望值进行比较,并不断的用手进行调节形成一个反馈闭环控制;骑自行车——同理不断的修正行进的方向与速度形成闭环控制 开环闭环的区别:1、有无反馈;2、是否对当前控制起作用。开环控制一般是在瞬间就完成的控制活动,闭环控制一定会持续一定的时间,可以借此判断。 手动控制系统:必须在人的直接干预下才能完成控制任务的系统 自动控制系统:不需要有人干预就可按照期望规律或预定程序运行的控制系统 判断:骑自行车——人工闭环系统,导弹——自动闭环系统,人打开灯——人工开环系统,自动门、自动路灯——自动开环系统 开环控制系统方框图19例 开环控制系统的方框图: 1、水泵抽水控制系统 2、家用窗帘自动控制系统 3、宾馆自动门控制系统 4、楼道自动声控灯装置 控制量 控制量 控制量 控制量

5、游泳池定时注水控制系统 6、十字路口的红绿灯定时控制系统 7、公园音乐喷泉自动控制系统 8、自动升旗控制系统 9、宾馆火灾自动报警系统 10、宾馆自动叫醒服务系统 11、活动猴控制系统 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量 控制量

12、公共汽车车门开关控制系统 14、普通电风扇控制系统 15、普通全自动洗衣机控制系统 16、手电筒控制装置 17、宾馆自动门加装压力传感器防意外事故自动控制系统 18、可调光台灯控制系统 控制量 (压缩空控制量 控制量 控制量 控制量 输入量 (压力传感器是否测到压力异常信号) 控制量 控制量

自动控制原理题目(含答案)

《自动控制原理》复习参考资料 一、基本知识1 1、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过输入量与反馈量的差值进行的。 2、闭环控制系统又称为反馈控制系统。 3、在经典控制理论中主要采用的数学模型是微分方程、传递函数、结构框图和信号流图。 4、自动控制系统按输入量的变化规律可分为恒值控制系统、随动控制系统与程序控制系统。 5、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面,即:稳定性、快速性和准确性。 6、控制系统的数学模型,取决于系统结构和参数, 与外作用及初始条件无关。 7、两个传递函数分别为G1(s)与G2(s)的环节,以并联方式连接,其等效传递函数为G1(s)+G2(s),以串联方式连接,其等效传递函数为G1(s)*G2(s)。 8、系统前向通道传递函数为G(s),其正反馈的传递函数为H(s),则其闭环传递函数为G(s)/(1- G(s)H(s))。 9、单位负反馈系统的前向通道传递函数为G(s),则闭环传递函数为G(s)/(1+ G(s))。 10、典型二阶系统中,ξ=0.707时,称该系统处于二阶工程最佳状态,此时超调量为4.3%。 11、应用劳斯判据判断系统稳定性,劳斯表中第一列数据全部为正数,则系统稳定。 12、线性系统稳定的充要条件是所有闭环特征方程的根的实部均为负,即都分布在S平面的左平面。 13、随动系统的稳态误差主要来源于给定信号,恒值系统的稳态误差主要来源于扰动信号。 14、对于有稳态误差的系统,在前向通道中串联比例积分环节,系统误差将变为零。

15、系统稳态误差分为给定稳态误差和扰动稳态误差两种。 16、对于一个有稳态误差的系统,增大系统增益则稳态误差将减小。 17、对于典型二阶系统,惯性时间常数T 愈大则系统的快速性愈差。 18、应用频域分析法,穿越频率越大,则对应时域指标t s 越小,即快速性越好 19最小相位系统是指S 右半平面不存在系统的开环极点及开环零点。 20、按照校正装置在系统中的不同位置,系统校正可分为串联校正、反馈校正、 补偿校正与复合校正四种。 21、对于线性系统,相位裕量愈大则系统的相对稳定性越好。 22、根据校正装置的相位特性,比例微分调节器属于相位超前校正装置,比例积分调节器属于相位滞后校正装置,PID 调节器属于相位滞后-超前校正装置。 23、PID 调节中的P 指的是比例控制器,I 是积分控制器,D 是微分控制器。 24、离散系统中信号的最高频谱为ωmax ,则采样频率ωs 应保证ωs>=2ωmax 条件。 26、在离散控制系统分析方法中,把差分方程变为代数方程的数学方法为Z 变换。 27、离散系统中,两个传递函数分别为G 1(s)与G 2(s)的环节,以串联方式连接,连接点有采样开关,其等效传递脉冲函数为G 1(z)G 2(z);连接点没有采样开关,其等效传递脉冲函数为G 1G 2(z)。 28、根据系统的输出量是否反馈至输入端,可分为开环控制系统与闭环控制系统。 29、家用空调温度控制、电梯速度控制等系统属于闭环控制系统; 30、经典控制理论的分析方法主要有时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法。 二、基本知识2 1、开环控制系统的的特征是没有( ) A.执行环节 B.给定环节 C.反馈环节 D.放大环节 2、闭环系统的动态性能主要取决于开环对数幅频特性的( ) A 、低频段 B 、中频段 C 、高频段 D 、均无关 3、若系统的开环传递函数为 10) (5 50 s s ,则它的开环增益为( ) A.5 B.10 C.50 D.100

自动控制原理知识点总结

~ 自动控制原理知识点总结 第一章 1.什么是自动控制?(填空) 自动控制:是指在无人直接参与的情况下,利用控制装置操纵受控对象,是被控量等于给定值或按给定信号的变化规律去变化的过程。 2.自动控制系统的两种常用控制方式是什么?(填空) 开环控制和闭环控制 3.开环控制和闭环控制的概念? 开环控制:控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系 特点:开环控制实施起来简单,但抗扰动能力较差,控制精度也不高。 闭环控制:控制装置与受控对象之间,不但有顺向作用,而且还有反向联系,既有被控量对被控过程的影响。 主要特点:抗扰动能力强,控制精度高,但存在能否正常工作,即稳定与否的问题。 掌握典型闭环控制系统的结构。开环控制和闭环控制各自的优缺点? (分析题:对一个实际的控制系统,能够参照下图画出其闭环控制方框图。) 4.控制系统的性能指标主要表现在哪三个方面?各自的定义?(填空或判断) (1)、稳定性:系统受到外作用后,其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力 (2)、快速性:通过动态过程时间长短来表征的 (3)、准确性:有输入给定值与输入响应的终值之间的差值 e来表征的 ss 第二章 1.控制系统的数学模型有什么?(填空) 微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性 2.了解微分方程的建立? (1)、确定系统的输入变量和输入变量 (2)、建立初始微分方程组。即根据各环节所遵循的基本物理规律,分别列写出相应的微分方程,并建立微分方程组 (3)、消除中间变量,将式子标准化。将与输入量有关的项写在方程式等号的右边,与输出量有关的项写在等号的左边

3.传递函数定义和性质?认真理解。(填空或选择) 传递函数:在零初始条件下,线性定常系统输出量的拉普拉斯变换域系统输入量的拉普拉斯变换之比 5.动态结构图的等效变换与化简。三种基本形式,尤其是式2-61。主要掌握结构图的化简用法,参考P38习题2-9(a)、(e)、(f)。(化简) 等效变换,是指被变换部分的输入量和输出量之间的数学关系,在变换前后保持不变。串联,并联,反馈连接,综合点和引出点的移动(P27) 6.系统的开环传递函数、闭环传递函数(重点是给定作用下)、误差传递函数(重点是给定作用下):式2-63、2-64、2-66 系统的反馈量B(s)与误差信号E(s)的比值,称为闭环系统的开环传递函数 系统的闭环传递函数分为给定信号R(s)作用下的闭环传递函数和扰动信号D(s)作用下的闭

自动控制原理简答题

47、传递函数:传递函数是指在零初始条件下,系统输出量的拉式变换与系统输入量的拉式变换之比。 48、系统校正:为了使系统达到我们的要求,给系统加入特定的环节,使系统达到我们的要求,这个过程叫系统校正。 49、主导极点:如果系统闭环极点中有一个极点或一对复数极点据虚轴最近且附近没有其他闭环零点,则它在响应中起主导作用称为主导极点。 51、状态转移矩阵:()At t e φ=,描述系统从某一初始时刻向任一时刻的转移。 52、峰值时间:系统输出超过稳态值达到第一个峰值所需的时间为峰值时间。 53、动态结构图:把系统中所有环节或元件的传递函数填在系统原理方块图的方块中,并把相应的输入输出信号分别以拉氏变换来表示从而得到的传递函数方块图就称为动态结构图。 54、根轨迹的渐近线:当开环极点数 n 大于开环零点数 m 时,系统有n-m 条根轨迹终止于 S 平面的无穷远处,且它们交于实轴上的一点,这 n-m 条根轨迹变化趋向的直线叫做根轨迹的渐近线。 55、脉冲传递函数:零初始条件下,输出离散时间信号的z 变换()C z 与输入离散信号的变换()R z 之比,即()()() C z G z R z =。 56、Nyquist 判据(或奈氏判据):当ω由-∞变化到+∞时, Nyquist 曲线(极坐标图)逆时针包围(-1,j0)点的圈数N ,等于系统G(s)H(s)位于s 右半平面的极点数P ,即N=P ,则闭环系统稳定;否则(N ≠P )闭环系统不稳定,且闭环系统位于s 右半平面的极点数Z 为:Z=∣P-N ∣ 57、程序控制系统: 输入信号是一个已知的函数,系统的控制过程按预定的程序进行,要求被控量能迅速准确地复现输入,这样的自动控制系统称为程序控制系统。 58、稳态误差:对单位负反馈系统,当时间t 趋于无穷大时,系统对输入信号响应的实际值与期望值(即输入量)之差的极限值,称为稳态误差,它反映系统复现输入信号的(稳态)精度。 59、尼柯尔斯图(Nichocls 图):将对数幅频特性和对数相频特性画在一个图上,即以(度)为线性分度的横轴,以 l(ω)=20lgA(ω)(db )为线性分度的纵轴,以ω为参变量绘制的φ(ω) 曲线,称为对数幅相频率特性,或称作尼柯尔斯图(Nichols 图) 60、零阶保持器:零阶保持器是将离散信号恢复到相应的连续信号的环节,它把采样时刻的采样值恒定不变地保持(或外推)到下一采样时刻。 61、状态反馈设系统方程为,x Ax Bu y cx =+= ,若对状态方程的输入量u 取u r Kx =-,则称状态反馈控制。 四.简答题 62、常见的建立数学模型的方法有哪几种?各有什么特点?有以下三种: (1)机理分析法:机理明确,应用面广,但需要对象特性清晰,(2)实验测试法:不需要对象特性清晰,只要有输入输出数据即可,但适用面受限,(3)以上两种方法的结合:通常是机理分析确定结构,实验测试法确定参数,发挥了各自的优点,克服了相应的缺点 63、PD 属于什么性质的校正?它具有什么特点? 超前校正。可以提高系统的快速性,改善稳定性 64、幅值裕度,相位裕度各是如何定义的?

自动控制原理基础伯德图

使用MATLAB 绘制频率特性曲线 姓名 黄勇 班级 16电气本三 学号 4702160186 一、频率特性 在定义谐波输入下,输出响应中与输入同频率的谐波分量与谐波输入的幅值之比A(ω)为幅频特性,相位之差)(ω?为相频特性,并称其指数表达形式: ()()()j G j A e ?ω ωω= 为系统的频率特性。 总结上述我们可知:频率特性由两个部分组合而成,分别是幅频特性和相频特性。稳态系统的输出信号与输入信号的相位之差我们称其为相频特性。稳态系统输出与输入的幅值之比称为幅频特性。另外频率响应对稳定系统和不稳定系统都适应,其中稳定系统的频率特性可以通过实验的方法确定。 二、频率特性的几何表示法 ? 幅相频率特性曲线 简称幅相特性曲线,或幅相特性,或极坐标图。 ? 对数频率特性曲线 又称为伯德曲线或伯德图。 ? 对数幅相曲线 又称为尼科尔斯曲线或尼科尔斯图。 三、惯性环节频率特性的绘制 惯性环节的表达式为: () 1 1G s Ts = + T 的取值分别为2、4、7,使用MATLAB 软件绘制

MATLABA的函数指令如下: 指令说明:num为分子指令;den为分母指令;此次画图调用了伯德图画法(bode指令)。绘制图如下:

T=2时。 MATLABA的函数指令如下: 绘制图如下: 同理当T=4时。MATLABA的函数指令如下:

绘制图如下: 四、振荡环节频率特性的绘制 振荡环节的传递函数为: ()22 1=21 n n G s s s ζωω+ +

在 2 01取值,本次取值分别为0.1 0.3 0.5 0.707 0.85 0.91 1。 方法一:使用伯德图画MATLAB函数程序指令如下: MATLAB图形显示如下:

“开环控制”与“闭环控制”的区别

开环控制与闭环控制的区别 “开环控制”与“闭环控制”的区别就在于控制系统中有无反馈环节,所谓闭环控制就是存在反馈环节的控制。这样的系统能够适时地检测控制的输出结果,并将检测到的信息通过反馈环节反映到输入端,调整输入量,达到修正控制误差、提高控制精确度的目的。反馈技术被广泛应用在各种需要精确控制的系统中,尤其是电子控制系统,比如:各种放大电路中的增益控制;环境的温度、湿度、水位、压力的控制;机械结构的位置控制、速度控制等等。因此常常使人觉得:闭环控制是复杂的、精确的、自动的控制方式,而开环控制相对的简单、粗糙和非自动。这种感觉常常造成初学者在分析系统时的误判,需要特别注意。 以普通家用压力锅的温度控制过程为例,在密闭状态下,锅内的温度与压力呈对应关系。加热锅体,锅内温度逐步升高,锅内压力也随之升高;当锅内的压力达到设定值时,高压将顶开压在排气阀上的重锤,排出蒸汽,使锅内压力降低,压力的降低又造成温度的降低。由于重锤的重量是恒定,因此当温度达到设定值之后,加热量和排气量将呈动态平衡,锅内压力保持在高于大气压力的一个恒定值上,锅内温度也保持在高于常压水的沸点温度的一个恒定值上(一般为110℃左右),不再继续升高。过程如下图所示: 分析这样一个控制问题,首先要界定所考察的系统范围。从整体效果上看,该控制过程的输入量是加热锅体,加热锅体导致的三个结果:锅体升温、锅内升压以及排气孔排气,都是输出量,而输出量并未反馈回来影响输入量,因此它是一个开环控制系统。而更细致的分析,应该把升温过程与恒压/恒温过程分别进行分析。分析时考察的系统范围不同,结论也不同。 ①压力锅的加热、升温、升压过程 把加热炉具与压力锅看成一个系统,压力锅体因外部加热而升温,分析加热的过程。输入量——接通电源或点火,输出量——锅体升温、锅内升压以及排气孔排气。控制过程如下图所示,与用炉火加热普通锅体的过程相同,属于开环自动控制。

2017自动控制原理期末考试试卷(含答案)

2017年自动控制原理期末考试卷与答案 一、填空题(每空 1 分,共20分) 1、对自动控制系统的基本要求可以概括为三个方面,即: 稳定性 、快速性和 准确性 。 2、控制系统的 输出拉氏变换与输入拉氏变换在零初始条件下的比值 称为传递函数。 3、在经典控制理论中,可采用 劳斯判据(或:时域分析法)、根轨迹法或奈奎斯特判据(或:频域分析法) 等方法判断线性控制系统稳定性。 4、控制系统的数学模型,取决于系统 结构 和 参数, 与外作用及初始条件无关。 5、线性系统的对数幅频特性,纵坐标取值为20lg ()A ω(或:()L ω),横坐标为lg ω 。 6、奈奎斯特稳定判据中,Z = P - R ,其中P 是指 开环传函中具有正实部的极点的个数,Z 是指 闭环传函中具有正实部的极点的个数,R 指 奈氏曲线逆时针方向包围 (-1, j0 )整圈数。 7、在二阶系统的单位阶跃响应图中,s t 定义为 调整时间 。%σ是超调量 。 8、设系统的开环传递函数为12(1)(1) K s T s T s ++频特性为 011 12()90()()tg T tg T ?ωωω--=---。 9、反馈控制又称偏差控制,其控制作用是通过 给定值 与反馈量的差值进行的。 10、若某系统的单位脉冲响应为0.20.5()105t t g t e e --=+,则该系统的传递函数G(s)为 105 0.20.5s s s s +++。 11、自动控制系统有两种基本控制方式,当控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时,称为 开环控制系统;当控制装置与受控对象之间不但有顺向作用而且还有反向联系时,称为 闭环控制系统;含有测速发电机的电动机速度控制系统,属于 闭环控制系统。 12、根轨迹起始于开环极点,终止于开环零点。 13、稳定是对控制系统最基本的要求,若一个控制系统的响应曲线为衰减振荡,则该系统 稳定。判断一个闭环线性控制系统是否稳定,在时域分析中采用劳斯判据;在频域分析中采用奈奎斯特判据。 14、频域性能指标与时域性能指标有着对应关系,开环频域性能指标中的幅值越频率c ω对应时域性能指标 调整时间s t ,它们反映了系统动态过程的快速性

自动控制原理

学号:0121603920906 课程设计 题目位置随动系统的滞后校正设计 学院 专业 班级 姓名 指导教师 2019 年 1 月10 日

课程设计任务书 学生姓名: 专业班级: 自动化zy1601 指导教师: 工作单位: 自动化学院 题 目:位置随动系统的滞后校正设计 初始条件: 图示为一位置随动系统,放大器增益为Ka=30,电桥增益3K ε=,测速电机增益0.16 t k =V.s ,Ra=6.5Ω,La=13.25mH ,J=0.0071kg.m 2, C e =Cm=0.35N.m/A,f=0.15N.m.s,减速比i=0.12。 要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写 等具体要求) (1)求出系统各部分传递函数,画出系统结构图、信号流图,并求出闭环传递函数。 (2)求出开环系统的截止频率、相角裕度和幅值裕度,并设计滞后校正装置,使得系统的相角裕度增加10度。 (3)用Matlab 对校正前后的系统进行仿真分析,比较其时域响应曲线有何区别,并说明原因。 (4)对上述任务写出完整的课程设计说明书,说明书中必须进行原理分析,写清楚分析计算的过程及其比较分析的结果,并包含Matlab 源程序或Simulink 仿真模型,说明书的格式按照教务处标准书写。 时间安排:

任务时间(天)指导老师下达任务书,审题、查阅相关资料 2 分析、计算 2 编写程序 1 撰写报告 2 论文答辩 1 指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日

目录 摘要 (Ⅰ) 1位置随动系统的原理 (1) 1.1 位置随动系统原理框图 (1) 1.2 部分电路图 (1) 1.2.1 自整角机 (1) 1.2.2 功率放大器 (2) 1.2.3电枢控制直流电动机 (2) 1.2.4时钟脉冲电路设计 (3) 1.2.5减速器 (3) 1.3各部分原件传递函数 (3) 1.4位置随动系统的结构框图 (4) 1.5相关函数的计算 (4) 1.6对系统进行Matlab仿真 (4) 2 加入校正函数后的系统 (5) 2.1目的:使校正函数相角裕度提高10度 (5) 2.2利用滞后网络进行串联校正的基本原理 (5) 2.3 滞后网络的传递函数计算步骤 (6) 结束语 (9) 致谢 (10) 参考文献 (11) 成绩评定表 (12)

电机速度开环控制和闭环控制

实验三十三 电机速度开环控制和闭环控制 (自动控制理论—检测技术综合实验) 一、 实验原理 1.直流电机速度的控制 直流电机的速度控制可以采用电枢回路电压控制、励磁回路电流控制和电枢回路串电阻控制三种基本方法。三种控制方式中,电枢电压控制方法应用最广,它用于额定转速以下的调速,而且效率较高。 本实验采用电枢控制方式,如图 33-1所示。本实验装置为一套小功率直 流电机机组装置。连接于被控制电机的 输出轴的是一台发电机,发电机输出端 接电阻负载,调节电阻负载即可调节被 控制电机的输出负载。发电机输出电压 兼作被控电机速度反馈电压。 2. 开环控制和闭环控制 由自动控制理论分析可知,负载的存在相当于在控制系统中加入了扰动。扰动会导致输出(电机速度)偏离希望值。闭环控制能有效地抑制扰动,稳定控制系统的输出。闭环控制原理方框图如图33-2。当积分环节串联在扰动作用的反馈通道(即扰动作用点之前)时,即成为针对阶跃扰动时的I 型系统,能消除阶跃信号扰动。 采用积分环节虽然能一定程度上消除系统的稳态误差,但是却对系统的动态性能(超调量、响应时间)和稳定性产生不利影响。因此需要配合进行控制器的设计和校正(采用根轨迹设计方法或频域设计方法)。 E 图33-1直流电机速度的电枢控制方式 图33-2 直流电机速度的闭环控制原理方框图

此外,在扰动可以测量的情况下,采用顺馈控制也能有效地对扰动引起的跟踪误差进行补偿,减轻反馈系统的负担,见图33-3。 图33-3 反馈+顺馈控制方式消除扰动引起的误差 式中: 为控制器传递函数,也是扰动输入时的反馈通道传递函数; )(11s G G =)(22s G G = 为被控对象(本实验中即被控直流电机)的传递函数; )(s G G c c = 为顺馈控制通道传递函数; R 为指令输入,即希望的电机速度; C 为输出被控量,即被控电机的输出速度; E 为系统的稳态误差; D 为系统的扰动输入,即电机的负载。 由扰动到输出的传递函数可知,扰动引起的稳态误差为 D G G G G G E c R 2 12101)1(++?== (33-1) 当选择顺馈回路传递函数为 11 G G c ?= (33-2) 时,有00==R E ,即扰动对输出没有影响。 实际设计的控制系统中,精确实现式(33-2)是困难的。但可以通过粗略的实现,抵消大部分的扰动,不能完全抵消的余下部分由反馈来抑制。这样可以有效地补偿扰动对输出的主要影响,又大大减轻反馈通道的负担,对稳定性影响较小。顺馈+反馈控制实现的条件是扰动是可以测量的。 3.控制器设计 控制器设计基础为基本的功率放大器电路设计和为满足系统性能要求的校正网络设计。本实验中,功率放大器电路为基本的功率晶体管放大电路,与电机的电枢电路串联;晶体管的基极控制电路则由模拟电路或模数混合电路组成。功率放大电路的输出供给电机电枢电压,功放电路的电源通常与电机电枢电压要求相匹配,属大功率供电电源(也称为强电);而基极控制电路则是由单独的电源供电的,其电压等级远低于电枢电压,称为控制电源(或弱电)。两个电源可以共一个地,也可以不共地。其基本控制原理框图见

开环电路和闭环电路

问:解释一下“开环电路”“闭环电路”,如何区分某种电器是开环还是闭环? 答:所谓开环是指无反馈电路非环状电路,而闭环即为有反馈的环状电路。 比如笔计本的电源适配器,它对输出电压(以DC19V居多)进行侦测反馈至前端并以此作为调节电压,使其输出衡定电压。而家用的射灯变压器(开关电源类)为开环电路,即它没有反馈电路,不对输出电压进行侦测反馈,它的输出电压随输入电压改变而发生改变。 问:什么叫开环控制电路? 答:与控制对象只存在单向作用而没有反馈联系的控制电路。例如晶闸管供电的直流电动机开环控制系统(图1)。Ug作为系统的输入量,经过触发电路控制着晶闸管整流电路的输出电压,从而控制了电动机的转速,转速n称为输出量。这样,一定输入量Ug对应着一定的转速n。由图可见,该系统只有输入量对输出量的控制作用,而没有输出量再返回来影响系统控制作用的能力,这种系统叫开环控制系统。 在忽略了一些次要因数后,可写出方程式: 联立求解上述方程可得转速n的表达式,即为开环系统的机械特性方程式 式中Kc为晶闸管整流电路的放大系数,R∑为电枢回路总电阻,Ce为电动机的电动势系数,n0为开环系统电动机的理想空载转速,Δn为开环系统电动机的静态转速降。根据系统各环节的静态关系可以画出开环系统静态结构图(图2)。

从结构图可以看出,在控制通道中,只有输入量Ug对输出量n产生控制作用。电枢压降IdR∑是负载扰动,当负载扰动IdR∑变化时,如果没有人工干预,则输出量n必将改变。这说明开环系统抗扰动能力是很差的,它对控制过程中可能出现的偏差没有任何修正能力。因此它的控制精度较低,常用在要求不高的场合。 问:什么叫闭环控制电路 答:闭环控制电路是指与控制对象存在反馈联系的控制电路。开环控制电路结构简单,成本低,但控制精度较低。为在系统中保持转速的恒定,可以加入一些测量比较元件组成闭环系统(图1)。 闭环控制测速发电机SF(图中TG)就是测量元件。将测速发电机的电压取出一部分Uf与给定电压Ug反向串联,并将差值ΔU作为放大器的输入信号,即ΔU=Ug-Uf。自动调速过程如下:设电动机(M)原来稳定工作于额定转速,若负载突然增大,主回路电压降增大,电动机转速下降,反馈电压Uf也随之下降。由于给定电压Ug没有变,所以加到放大器输入端的电压ΔU 便自动升高,它使晶闸管整流电路输出电压Ud增加,补偿了所增大的电压降,于是电动机转速又回升到接近原来的数值。反馈作用有两种情况,若反馈信号和原输入信号极性相同叫正反馈;反之,叫负反馈。正反馈使系统放大倍数增大,负反馈使系统放大倍数减小。在自动控制系统中主要应用的是负反馈。在单闭环调速系统中,忽略一些次要因数后,各环节的静态(稳态)规律如下:电压比较环节ΔU=Ug-Uf;放大器Uk=KpΔU;触发器及晶闸管整流装置Ud=KsUk;晶闸管-电动机系统开环机械特性n=(Ud-IdR∑)/Ce;测速发电机Uf=αn。以上各式中,Kp是放大器的电压放大倍数;Ks是晶闸管装置的电压放大倍数;α是测速发电机的反馈系数。上述关系式中消去中间变量,可得转速负反馈单闭环调速系统的静特性方程式 式中K=KpKsα/Ce,叫做闭环系统的开环放大倍数,它好象是在测速发电机输出端把反馈回路断开,从放大器输入一直到测速发电机输出的总的电压放大倍数,是各个环节单独放大倍数的乘积。这里是以1/Ce=n/ED作为电动机环节的“放大倍数”的。 闭环调速系统的静特性根据调速系统各环节的静态关系式可以画出系统的静态结构图(图2)。图中各方块中的符号是该环节的放大倍数,或称传递函数。比较一下闭环系统静特性和开环系统机械特性,就能清楚地看出闭环控制的优越性。如果断开反馈回路,则上述系统的开环机械特性是

二级反渗透纯化水带控制点工艺流程图

SU 002 PU-002 CF101 0-10 bar PI 007 0-10 bar PI 006RO-001 PHE 001 pH PHSA 001 H 0-25 bar PI 0080-25 bar PS 002RO-002 SU 003 PU-003 0-25 bar PI 011 0-25 bar PS 004 CIP In CIP Out CIP In 0-25 bar PI 009 0-25 bar PI FI 005 0...2.5m3/h CIP Out CIP Out CIP Out C 002 0-10bar FT101 0-10bar PI 0030-10bar TT 002 PI 004 0-10bar FT102 PI 005 TT 001 TI 001 HC-001 0...6m3/h 0-10bar PI 001 PU-001 2-3bar TK101 LT 001 001 HW-D40/304-0001 DN20 PDX-001 24 V V A L V E N O V A L V E N O V A L V E N O V A L V E N O V A L V E N O V A L V E N O V A L V E N O V A L V E N O V A L V E N O V A L V E N O V A L V E N O V A L V E N O V A L V E N O A B LT 002 002 HXQ-001 TK102 SU 004 UV-001 PU-004 TT 004 TICA+ 004 CISA 004 CET 004HC-002 FIT 006 FIC 006 TT 003TICA+ 003 PI 014 0...10 bar 0...6m3/h PIC 010 PT 010 0...10 bar PSA 010H L CISA 002 CET 002 0...100US/cm FI 002 0...4m3/h FIT 004 0...4m3/h PI 013 FICQ 004 FSA 004 L 0-10 bar CISA 003 CET 003 0-10 bar PS 001 0...2.5m3/h 0-10 bar PS 003 PT 001 0-10bar SU 001 HW-D40/304-0001 PSA-005 PS 005 1-6 bar PI 015 0...10 bar HW-D40/304-0001 CISA 001 CET 001 0...2000US/cm

相关主题
相关文档 最新文档