自动控制系统基本概念

自动控制系统的基本概念自动控制系统是指能够接受输入信号，并对输出信号进行调节以控制设备或进程的一种系统。

它在工业、交通、军事、医疗等许多领域中得到广泛应用。

本文将以自动控制系统的基本概念为主题，介绍其定义、组成要素以及工作原理。

一、定义自动控制系统是根据设定的目标和规则，通过测量和比较反馈信号与目标信号的差异，以闭环控制模式下进行调节的系统。

它的目标是使输出信号尽量接近设定值，从而实现对被控对象的稳定控制。

二、组成要素1. 输入信号：输入信号来源于外界环境或人为设定，作为系统的参考，用于与反馈信号进行比较分析。

2. 反馈信号：反馈信号是根据被控对象的输出结果，通过传感器测量得到的实际信号，用于对输入信号进行调节。

3. 控制器：控制器是自动控制系统的核心部件，负责根据输入信号和反馈信号进行计算和逻辑判断，并输出控制信号。

4. 执行机构：执行机构接收控制信号，根据信号调节设备或进程的运行状态，将输入信号转化为输出信号。

5. 被控对象：被控对象是自动控制系统中需要调节或控制的设备、过程或系统。

三、工作原理自动控制系统的工作原理可以分为开环控制和闭环控制两种模式。

1. 开环控制开环控制是指控制器仅根据输入信号进行调节，不考虑反馈信号的影响。

它的工作模式简单，但对外界干扰和被控对象的变化敏感。

开环控制常用于对被控对象的要求较低或误差可以容忍的场景下。

2. 闭环控制闭环控制是指控制器根据输入信号和反馈信号进行比较分析后进行调节。

它能够实时捕捉到被控对象的实际状态，并根据误差进行修正，使输出信号更加接近设定值。

闭环控制具有稳定性强、适应性好的特点，广泛应用于需要高精度控制的场景。

在闭环控制中，控制器会根据输入信号和反馈信号之间的差异进行计算和判断，输出相应的控制信号，通过执行机构对被控对象进行调节。

这个过程是一个持续反馈、修正的过程，直至输出信号接近设定值为止。

通过不断的比较和调节，自动控制系统能够实现对被控对象的准确控制。

热工自动控制系统基本概念1．自动控制的组成调节器，执行机构，测量变送器，被控对象调节器的作用接受主信号和测量信号之间的偏差信号，进行一定规律的运算后产生一个调节信号送给执行机构执行机构通常包括执行器和阀门，它能接受执行机构送来的信号去完成被控对象的控制任务测量变送器由测量元件和变送器组成，是把非电量信号转成能进行控制的电量信号被控对象指需要进行控制的设备或生产过程，被控对象需要进行控制的物理量就叫被控量2．被控对象的动态特性被控对象的动态特性根据热工对象分：有自平衡和无自平衡有自平衡：给某热工对象加一扰动，不需外加调节凭自己的特性就能恢复到一个新的稳态无自平衡：给某热工对象加一扰动，不需外加调节凭自己的特性就能恢复到一个新的稳态y(∞x(t)YY(τ动态特性的描述：放大倍数：（K）为对象阶跃响应的终值Y（∞）除以阶跃扰动幅值ΔZ自平衡率：（ρ）为放大倍数的倒数迟延时间：（τ）时间常数：（Tc）飞升速度：（ε）K/Tc有自平衡能力的对象数学描述：Wd（s）=K/（1+Ts）nK为放大倍数，T为时间常数，n为阶数。

n≈[1.075t1/(t2-t1)+0.5]2T≈(t1+t2)/2.16nt1为0.4Y(∞)时对应的时间t2为0.8Y(∞)时对应的时间无自平衡能力的对象数学描述:Wd(s)=ε/s(1+Ts)n=1/Tas(1+Ts)nTa为飞升时间，Ta与ε互为倒数n≈1/12л*（Y0/Yτ）2Ta=1/ε=ΔZ*Tτ/ Y0 T= Tτ/n自动控制的基本方式1.开环控制被控量不影响系统控制的控制方式2.闭环控制被控量参与系统的空制方式，又称反馈控制热工对象的动态特性分类热工对象的动态特性分为两大类。

1．有自平衡能力对象。

其特点为：阶跃输入时，其输出（被控量）从零开始变化，变化速度越来越快，至最大变化速度（响应曲线有拐点），然后变化速度逐渐减慢，直至趋于某一常数（速度为零），即稳定到新的平衡值。

自动控制系统的基本概念第一节自动控制系统的组成及分类一、自动控制系统的组成在工业生产中，各种生产工艺过程都必须在规定的工况条件下进行。

如精馏塔的塔顶温度或塔底温度要保持在期望值，化学反应器内的反应温度要保持稳定，锅炉汽包水位要维持在规定范围内，调和作业时的配比关系要达到规定的比值范围等。

这些生产过程中的工艺变量，需要根据工艺要求严格控制。

控制分人工控制和自动控制两种。

在绪论中以储罐液位系统为例介绍了人工控制和自动控制的基本概念。

自动控制是在人工控制约基础上发展起来的，它是在生产设备上配备一些自动控制装置，对生产过程中重要的工艺变量进行控制，使生产过程自动地维持预定工况。

自动控制装置和被控对象组成了自动控制系统。

为进一步了解自动控制系统，再来分析一个实例。

图13-1和13-2所示为一蒸汽加热器的温度人工和自动控制系统。

生产中利用蒸汽作为载热体对温度较低的进料进行加热，工艺上希望保持出料温度t在一个恒定的数值。

在这里，蒸汽加热器是被控对象，t是所要控制的变量，即被控变量，工艺上期望的t的数值是给定值。

蒸汽流量、进料流量、进料温度等发生变化时，都会使出料温度发生变化，即系统的干扰。

此处，采用的控制手段是调整加热蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，来维持出料温度的恒定。

蒸汽流量是操纵变量。

若采用人工控制，当流体流量、进料温度等干扰使出料温度偏离工艺期望值时，操作工的调节过程是这样的：(1)用眼睛观察加热器出口温度指示仪表；(2)通过大脑计算出温度指示值与工艺期望值之间的差值，即偏差，根据偏差大小及方向发出相应操作命令；(3)根据大脑的操作命令，通过手去改变蒸汽阀门开度；(4)反复执行上述过程，直到出口温度回到期望值。

操作工通过眼、脑、手相互配合，灾现了检测偏差，然脱纠正偏差的控制过程，自动控制实际上是用自动控制装置来实现上述过程。

为了实现这一过程，用测量变送器、控制器和执行器去代替操作工的眼、脑、手，将它们按功能连接在一起与被控对象组成了一个自动控制系统。

自动控制系统基本概念,自动控制系统主要由哪些环节组成？
自动控制系统基本概念
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。

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。

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。

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。

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。

自动控制系统的基本概念一、调节对象、被调参数、调节参数、调节通道。

1.什么是调节对象？在生产过程中被控制的设备或机器。

2.什么是被调参数？指调节对象中的应保持在预定化幅度内并把它进行调节的参数。

3.什么是调节参数？指作用于调节对象并使被调参数趋于稳定的参数。

4.什么是干扰？是指破坏系统平衡状态而引起被调参数变化的外界因素。

5.什么是干扰通道？是由干扰产生点到被调参数之间的所有环节称干扰通道。

二、调节规律、变送器、调节器、执行器。

1.什么是调节规律？就是指调节器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律。

在研究调节器的调节规律时，将调节器从系统中断开，单独研究调节器的输出信号与输入信号的关系。

在分析调节器的调节规律时，通常在调节器的输入端加入一个阶跃信号，即突然出现某一偏偏差时，输出信号随阶跃输入信号的变化规律。

调节器的调节规律实际上表征调节器的动态特性，可以用传递函数的形式来描述。

调节器的基本调节规律是比例(P)、积分(I)、微分(D)及其组合。

2.什么是变送器？变送器在自动检测和调节系统中的作用，是将各种工艺参数，如压力、差压、温度、流量、液位、成分等物理量变换成相应的统一标准信号，再传送到指示记录仪、运算器和调节器，供指示、记录、调节。

按照被测参数分类，变送器主要有：差压变送器、压力变送器、温度变送器、流量变送器等。

构成：通常由输入转换部分、放大器和反馈部分组成。

输入转换部分包括敏感元件，他的作用是感测被测参数，并把被测参数转换成某一中间模拟量。

中间量可以是电压、电流、位移和作用力等物理量。

反馈部分把变送器的输出信号转换成反馈信号。

放大器把中间模拟量和反馈量的差值放大，并转换成标准输出信号。

3.什么是调节器？调节器通常是对输入信号与给定信号之偏差进行PID运算，并把运算结果以统一信号送到执行器，实现自动调节。

调节器必须有检测偏差和进行PID运算的两个关键部分。

偏差检测电路一般称为输入电路。

偏差信号通常采用电压形式，所以输入信号和给定信号在输入电路内都以电压形式进行比较。