自动控制系统基本概念

《计算机控制技术》复习思考题第一章自动控制系统基本概念1.自动控制系统的组成一个简单的自动控制系统，均可概括成两大部分：一部分是自动化装置控制下的生产设备，称为被控对象；另一部分是为实现自动控制所必须的自动化仪表设备，简称为自动化装置，它包括测量变送器、调节器和执行器等。

简单的自动控制系统由被控对象、测量变送器、调节器及执行器四大部分组成。

2.术语a)被控对象？调节器？执行器？测量变送器？b)被控变量，y？设定值，g？测量值，z？偏差，e？干扰，f？调节参数？在被控对象中，需要控制一定数值的工艺参数叫做被控变量，用字母y表示。

被控变量的测量值用字母：表示，按生产工艺的要求，被控变量希望保持的具体数值称为设定值，用字母譬表示。

被控变量的测量值与设定值之间的差值叫做偏差，用字母e表示，e=g-z。

在生产过程中，凡能影响被控变量偏离设定值的种种因素称为干扰，用字母，表示。

用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的参数叫做调节参数。

c)反馈？负反馈、正反馈？把系统（或环节）的输出信号直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈。

如果反馈信号能够使原来的信号减弱，也就是反馈信号取负值，那么就叫做负反馈。

如果反馈信号取正值，反馈信号使原来的信号加强，那么就叫做正反馈。

自动控制系统绝对不能单独采用正反馈。

d)闭环系统？一个一个信号沿着箭头的方向传送，最后又回到原来的起点，形成一个闭合的回路，如此循环往复，直到被控对象的被控变量值达到或接近设定值为止，所以这种自动控制系统是闭环系统。

自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。

3.自动控制系统方框图?4.自动控制系统的分类？按照工艺过程需要控制的参数值即设定值是否变化和如何变化来分类，而将闭环自动控制系统分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统三大类。

按调节器具有的控制规律来分类，如位式、比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统。

定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统？5.过渡过程a)静态、动态？自动控制系统的平衡（静态）是暂时的、相对的和有条件的，不平衡（动态）才是普遍的、绝对的、无条件的。

自动控制原理概念最全整理自动控制原理是研究系统和设备自动控制的基本原理和方法的学科领域。

它主要包括控制系统的基本概念、控制器的设计和调节、稳定性、系统传递函数、校正方法、系统的自动调节、闭环控制与开环控制等内容。

以下是对自动控制原理的概念的全面整理。

1.自动控制的基本概念自动控制指的是通过一定的控制手段，使控制系统能够根据设定的要求，对被控对象进行准确稳定的控制。

自动控制系统由输入、输出、控制器、执行机构和被控对象组成。

2.控制器的设计和调节控制器是自动控制系统中的核心部分，它接收输入信号并计算输出信号，以实现对被控对象的控制。

控制器的设计和调节包括选择合适的控制算法和参数调节方法。

3.稳定性稳定性是指系统在外部扰动或内部变化的情况下，仍能保持预期的输出。

稳定性分为绝对稳定和相对稳定，通过研究系统的稳定性可判断系统是否具有良好的控制性能。

4.系统传递函数系统传递函数是表征系统输入与输出关系的数学模型，它可以描述系统动态行为和频率响应特性。

通过系统传递函数可以进行系统分析和设计。

5.校正方法校正方法是指通过校正装置对被控对象的特性进行矫正，以提高系统的控制性能。

常见的校正方法包括开环校正和闭环校正。

6.系统的自动调节系统的自动调节是指通过自动调节装置，根据系统的输出信号和设定值之间的差异进行调节，以实现系统输出的稳定和准确。

7.闭环控制与开环控制闭环控制是指根据系统的反馈信号来调整控制器输出的控制方式，它具有较好的稳定性和抗干扰能力。

开环控制是指根据设定值直接进行控制，不考虑系统的反馈信号。

闭环控制和开环控制都有各自的适用范围和优劣势。

自动控制原理是现代工程领域中的重要学科，它在自动化生产、航空航天、机械制造、交通运输、电力系统等领域都有广泛应用。

通过深入理解和应用自动控制原理，可以提高系统的效率、准确性和稳定性，实现自动化生产和智能化控制。

自动控制原理知识点 The document was finally revised on 2021第一章自动控制的一般概念自动控制的基本原理与方式1、自动控制、系统、自动控制系统◎自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律（给定值）运行。

◎系统：是指按照某些规律结合在一起的物体（元部件）的组合，它们相互作用、相互依存，并能完成一定的任务。

◎自动控制系统：能够实现自动控制的系统就可称为自动控制系统，一般由控制装置和被控对象组成。

除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须具备以下三种职能部件。

测量元件：用以测量被控量或干扰量。

比较元件：将被控量与给定值进行比较。

执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象。

参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。

2、自动控制原理及其要解决的基本问题◎自动控制原理：是研究自动控制共同规律的技术科学。

而不是对某一过程或对象的具体控制实现（正如微积分是一种数学工具一样）。

◎解决的基本问题：建模：建立系统数学模型（实际问题抽象，数学描述）分析：分析控制系统的性能（稳定性、动/稳态性能）综合：控制系统的综合与校正——控制器设计（方案选择、设计）3、自动控制原理研究的主要内容4、室温控制系统5、控制系统的基本组成◎被控对象：在自动化领域，被控制的装置、物理系统或过程称为被控对象（室内空气）。

◎控制装置：对控制对象产生控制作用的装置，也称为控制器、控制元件、调节器等（放大器）。

◎执行元件：直接改变被控变量的元件称为执行元件（空调器）。

◎测量元件：能够将一种物理量检测出来并转化成另一种容易处理和使用的物理量的装置称为传感器或测量元件（热敏电阻）。

◎比较元件：将测量元件和给定元件给出的被控量实际值与参据量进行比较并得到偏差的元件。

自动控制系统是指能够对某一系统的运行状态进行监测、比较和修正，以维持系统在某种期望状态或性能指标下运行的系统。

它主要包括感知部分、决策部分和执行部分。

感知部分负责获取系统的状态信息，决策部分进行状态比较和决策，执行部分则执行相应的控制操作。

自动控制系统可以分为开环控制系统和闭环控制系统两大类。

开环控制系统（Open-Loop Control System）：开环控制系统是指控制器输出不受系统当前状态影响，只由输入信号决定的控制系统。

在开环系统中，控制器向执行器发送命令，执行器按照命令执行动作，但系统的实际状态变化不会反馈给控制器。

这种系统不具备自我调整的能力，对外界扰动和系统参数变化不敏感。

闭环控制系统（Closed-Loop Control System）：闭环控制系统是指控制器的输出受系统当前状态的反馈影响，通过不断调整输出来维持系统在期望状态。

在闭环系统中，感知部分负责获取系统状态信息，并将反馈信息传递给控制器，控制器根据反馈信息调整输出，实现对系统的动态调节。

这种系统能够更好地应对外界扰动和系统参数变化，具有自我调整的能力。

在闭环控制系统中，可以进一步根据控制器的结构和工作原理进行分类：比例-积分-微分（PID）控制系统：使用比例项、积分项和微分项来调节系统，以实现对系统的稳定性、精度和速度的控制。

状态空间控制系统：使用状态空间法描述系统，通过状态反馈或输出反馈来实现对系统的控制。

模糊控制系统：基于模糊逻辑的控制系统，适用于复杂、模糊和不确定的系统。

神经网络控制系统：利用神经网络模型进行控制，适用于非线性和复杂系统。

自适应控制系统：具有自适应性能，能够根据系统的变化实时调整控制策略。

总体而言，自动控制系统在工业、交通、航空航天、生活等领域有着广泛的应用，能够提高系统的稳定性、精度和鲁棒性。

化工仪表及自动化总复习第一章自动控制系统基本概念一、基本要求1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。

二、常用概念1. 化工自动化的主要内容:自动检测，自动保护，自动操纵，自动控制系统2. 自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器）。

3. 被控对象：对其工艺参数进行控制的机器或设备4. 被控变量：生产过程需保持恒定的变量5. 操纵变量：具体实现控制作用的变量6. 干扰作用：在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素7. 设定值：被控变量的期望值，可固定也可以按程序变化8. 偏差：给定值与测量值之间的差值9. 闭环系统：系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统10.开环系统：系统的输出被反馈到输入端，执行器只根据输入信号进行控制的系统11. 控制系统的过渡过程:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程12. 反馈:把系统的输出直接或经过一些环节后送到输入端，并加入到输入信号中的方法13. 负反馈：反馈信号的作用方向与给定信号相反，即偏差信号为两者之差（e=x—z）14. 正反馈：反馈信号的作用方向与原来的信号相同，使信号增强（e=x+z）三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。

答：定值控制系统：给定值为常数随动控制系统：给定值随机变化程序控制系统：给定值按一定时间程序变化2.在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式? 其中哪些形式能基本满足控制要求？答：1.非周期衰减过程2.衰减振荡过程3.等幅振荡过程4.分散振荡过程1,2能基本满足控制要求，但1进程缓慢，只用于系统不允许震振荡时3. 试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。

自动控制系统的基本概念系统组成：被控对象+自动控制装置（测量变送+控制器+执行器）测量变送：将现场各种非电量信号转化为电信号输出控制器：它接受变送器送来的信号，与工艺需要进行比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号发送出去。

执行器：根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。

系统表示形式：1,方框图(简单控制系统）2，管道及仪表流程图基本符号：A报警 C 控制I 指示Q 累计R 记录打印T 传送系统分类：开环，闭环1.定值控制系统：所谓定值就是恒定给定值的简称。

工艺生产中，如果要求控制系统的作用是使被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变,或者说要求被控变量的给定值不变，那么就需要采用定值控制系统2.随动控制系统（自动跟踪系统）:这类操作系统的特点是给定值不断的变化，而且这种变化不是预先规定好了的,也就是说给定值是随机变化的.3.程序控制系统（顺序控制系统)：这类系统的给定值是变化的，但他是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变化。

系统品质指标：过渡过程总体要求（稳、快、准）评价一个过程控制系统的性能和质量，主要考虑系统的稳定性、快速性、准确性和相应的品质指标单项指标(最大偏差、过渡时间、衰减比、余差）最大偏差:最大偏差是指在过渡过程中,被控变量偏离给定值的最大数值。

过渡时间：从干扰作用发生的时刻起,直到系统建立新的平衡时止,过渡过程所经历的时间叫过渡时间.衰减比：表示衰减程度的指标是衰减比，他是前后相邻两个峰值的比.余差:当过渡过程终了时,被控变量所达到的新的稳态值与给定值之间的偏差叫做余差。

绘制控制系统的管道及仪表流程图自动控制系统的基本概念测量变送部分测量基本概念：仪表性能指标：绝对误差精度等级变差绝对误差：被校仪表值减去标准仪表值.精度等级：精度等级数值越小就表征该仪表的精确度等级越高,也说明了该仪表的精度越高。

常用精度等级有0.005 0。

02 0.05 0。

自动控制原理概述与基本概念自动控制原理是一门研究如何通过调节和控制系统的输入来使得系统输出达到期望值的学科。

在现代工程和科学领域，自动控制系统被广泛应用于各个方面，包括工业制造、交通运输、航空航天以及生物医学等领域。

本文将对自动控制原理的基本概念和相关内容进行概述。

一、自动控制原理的基本概念1. 控制对象控制对象是指需要进行控制的实际物理系统或过程。

例如，温度控制系统中的温度传感器所测得的温度就是一个典型的控制对象。

2. 反馈系统反馈系统是自动控制原理中的核心概念之一。

在反馈系统中，通过将系统的输出信号与期望值进行比较，并根据比较结果进行相应的调节，来实现对系统的控制。

反馈系统可以分为正反馈系统和负反馈系统，其中负反馈系统是应用最广泛的一种。

3. 控制器控制器是反馈系统中用于对控制对象进行调节和控制的设备或算法。

根据控制器的不同类型，可以将其分为比例控制器、积分控制器和微分控制器。

这些控制器可以单独应用，也可以组合使用，形成更为复杂的控制算法，如PID控制器。

4. 控制方法控制方法是指根据系统的特性和需求，选择适当的控制策略和算法来实现对系统的控制。

常见的控制方法包括开环控制和闭环控制。

开环控制是指在控制过程中只考虑输入信号，并不对输出信号进行监测和调节。

闭环控制是指通过监测系统的输出信号，并与期望值进行比较，来对输入信号进行调节。

二、自动控制原理的工作原理自动控制原理的工作原理基于对系统的建模和分析。

首先，需要对控制对象进行数学建模，即建立数学方程来描述系统的行为。

然后，利用数学模型进行稳定性分析和性能评估，以确定合适的控制策略和参数。

最后，将选择的控制方法和控制器应用到实际系统中，通过不断地对系统的输入进行调整，使系统输出逐渐接近期望值。

三、自动控制原理的应用领域自动控制原理的应用广泛涉及到各个领域。

以下列举几个典型的应用领域：1. 工业制造在工业制造领域，自动控制系统被广泛应用于各类生产线和加工设备，如机械制造、化工生产、电子制造等。

自动控制基本概念自动控制是一种通过自动化技术对系统或过程进行控制的方法。

它涉及对一个或多个变量（如温度、压力、流量等）进行监测和控制，以实现特定的系统响应或性能。

以下是对自动控制基本概念的详细解释。

一、开环控制和闭环控制在自动控制系统中，根据是否存在反馈，可以将控制分为开环控制和闭环控制。

1.开环控制（Open-loop Control）：开环控制是指控制器直接根据输入值对被控对象进行控制，而不考虑系统输出对控制过程的影响。

开环控制系统结构简单，但无法对系统误差进行纠正，因此常用于对精度要求不高的场合。

2.闭环控制（Closed-loop Control）：闭环控制是指控制器通过反馈回路获取系统输出信息，并根据系统偏差进行控制。

闭环控制系统能够实时监测系统误差，并对其进行纠正，因此具有更高的控制精度和稳定性。

二、稳态和动态根据系统的状态，可以将控制分为稳态控制和动态控制。

1.稳态控制（Steady-state Control）：稳态控制是指系统在平衡状态下进行的控制。

在稳态控制中，系统的输入和输出量保持恒定，没有时间变化。

例如，保温炉的温度控制就属于稳态控制。

2.动态控制（Dynamic Control）：动态控制是指系统在随时间变化状态下进行的控制。

在动态控制中，系统的输入和输出量随时间变化，需要控制器根据系统响应进行调整。

例如，无人机的飞行控制就属于动态控制。

三、反馈和前馈在自动控制系统中，根据对系统响应的监测方式，可以将控制分为反馈控制和前馈控制。

1.反馈控制（Feedback Control）：反馈控制是指控制器通过比较实际输出与期望输出之间的偏差来进行控制。

在反馈控制中，控制器仅考虑系统的当前状态，而不考虑未来的干扰因素。

2.前馈控制（Feedforward Control）：前馈控制是指控制器通过预测未来的干扰因素来进行控制。

在前馈控制中，控制器不仅考虑系统的当前状态，还考虑未来的干扰因素，并提前进行补偿。

《仪表与自动化》第二版第1章自动控制系统基本概念1-3自动控制系统主要由哪些环节组成？解自动控制系统主要由检测变送器、控制器、执行器和被控对象等四个环节组成。

1-5题1-5图为某列管式蒸汽加热器控制流程图。

试分别说明图中PI-307、TRC-303、FRC-305所代表的意义。

题1-5图加热器控制流程图解PI-307表示就地安装的压力指示仪表，工段号为3，仪表序号为07；TRC-303表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的温度控制仪表；工段号为3，仪表序号为03；FRC-305表示集中仪表盘安装的，具有指示记录功能的流量控制仪表；工段号为3，仪表序号为05。

1-7 在自动控制系统中，测量变送装置、控制器、执行器各起什么作用？解测量变送装置的功能是测量被控变量的大小并转化为一种特定的、统一的输出信号（如气压信号或电压、电流信号等）送往控制器；控制器接受测量变送器送来的信号，与工艺上需要保持的被控变量的设定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用特定信号（气压或电流）发送出去执行器即控制阀，它能自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度，从而改变操纵变量的大小。

1-8．试分别说明什么是被控对象、被控变量、给定值、操纵变量、操纵介质？解：被控对象（对象）——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、生产设备或机器。

被控变量——被控对象内要求保持设定值的工艺参数。

控系统通常用该变量的名称来称呼，如温度控制系统，压力制系统等。

给定值（或设定值或期望值）——人们希望控制系统实现的目标，即被控变量的期望值。

它可以是恒定的，也可以是能按程序变化的。

操纵变量（调节变量）——对被控变量具有较强的直接影响且便于调节（操纵）的变量。

或实现控制作用的变量。

操纵介质(操纵剂)——用来实现控制作用的物料。

1-11题l-11图所示为一反应器温度控制系统示意图。

A、B两种物料进入反应器进行反应，通过改变进入夹套的冷却水流量来控制反应器内的温度不变。