控制系统框图概述

单回路控制系统一、单回路控制系统的概述图1为单回路控制系统方框图的一般形式，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器组成一个单闭环控制系统。

系统的给定量是某一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。

由于这种系统结构简单，性能较好，调试方便等优点，故在工业生产中已被广泛应用。

图1 单回路控制系统方框图二、干扰对系统性能的影响1．干扰通道的放大系数、时间常数及纯滞后对系统的影响。

会影响干扰加在系统中的幅值。

若系统是有差系统，干扰通道的放大系数Kf则干扰通道的放大系数愈大，系统的静差也就愈大。

，则阶跃扰动通过惯性环节后，如果干扰通道是一惯性环节，令时间常数为Tf越大，则系统的动态偏其过渡过程的动态分量被滤波而幅值变小。

即时间常数Tf差就愈小。

通常干扰通道中还会有纯滞后环节，它使被调参数的响应时间滞后一个τ值，但不会影响系统的调节质量。

2．干扰进入系统中的不同位置。

复杂的生产过程往往有多个干扰量，它们作用在系统的不同位置，如图2所示。

同一形式、大小相同的扰动作用在系统中不同的位置所产生的静差是不一样的。

对扰动产生影响的仅是扰动作用点前的那些环节。

图2 扰动作用于不同位置的控制系统三、控制规律的选择PID控制规律及其对系统控制质量的影响已在有关课程中介绍，在此将有关结论再简单归纳一下。

1．比例(P)调节纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快。

由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。

这种调节器的主要缺点是系统有静差存在。

其传递函数为：G C (s)= KP=δ1(1)式中KP为比例系数，δ为比例带。

2．比例积分(PI)调节PI调节器就是利用P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差，但I调节会降低系统的稳定性，这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。

其传递函数为：GC (s)=KP(1+s1IT)＝δ1(1+s1IT) (2)式中TI为积分时间。

3．比例微分(PD)调节这种调节器由于有微分的超前作用，能增加系统的稳定度，加快系统的调节过程，减小动态和静态误差，但微分抗干扰能力较差，且微分过大，易导致调节阀动作向两端饱和。

控制系统框图1. 引言控制系统框图是用于描述控制系统结构和组件之间关系的图表。

它通过显示控制系统中各个组件的连接和交互方式，帮助人们理解系统的工作原理和功能。

本文将介绍控制系统框图的基本概念和常用符号，并以一个简单的控制系统框图为例进行说明。

2. 控制系统框图的概念控制系统框图是一种图形化的表示方式，用于展示控制系统中各个组件之间的连接和关系。

它通常包括输入信号、控制器、执行器和输出信号等主要组件。

控制系统框图能够帮助人们直观地了解控制系统的结构和功能，方便进行系统的设计和分析。

3. 控制系统框图的符号控制系统框图使用一些特定的符号来表示各个组件和其之间的关系。

下面是一些常用的控制系统框图符号：3.1 输入信号输入信号通常用一个箭头表示，箭头的起点表示信号的源头，箭头的终点表示信号的目标。

输入信号可以是来自传感器或外部设备的信号，用于控制系统的输入。

3.2 控制器控制器通常用一个方框表示，方框内部可以包含控制器的具体功能描述。

控制器一般用于对输入信号进行处理和决策，并生成输出信号。

3.3 执行器执行器通常用一个圆形表示，圆形内部可以包含执行器的具体功能描述。

执行器用于接收控制器生成的输出信号，并执行相应的动作。

3.4 输出信号输出信号通常用一个箭头表示，箭头的起点表示信号的源头，箭头的终点表示信号的目标。

输出信号可以是执行器生成的动作信号，或者是控制系统的输出结果。

4. 示例控制系统框图下面是一个简单的控制系统框图示例，用于控制房间的温度：输入信号（外部温度）→ 控制器（温度调节器）→ 执行器（加热器）→ 输出信号（房间温度）该控制系统框图中，输入信号为外部温度信号，控制器为一个温度调节器，执行器为一个加热器，输出信号为房间的温度。

控制器根据输入信号判断房间温度的变化，并控制加热器的工作来调节房间温度。

5. 总结控制系统框图是描述控制系统结构和组件之间关系的图表。

它通过显示控制系统中各个组件的连接和交互方式，帮助人们理解系统的工作原理和功能。

2 控制系统的组成及框图以上所列举的控制系统都属于简单控制系统，与其他任何的控制系统相同，这些控制系统均由下列基本单元组成。

○1被控对象（也称被控过程）是指被控制的生产设备或装置。

针对以上三例，分别是液罐、蒸汽加热器、气罐系统。

○2测量变送器用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号输出。

依据电器标准的不同，常用的标准信号包括：0—10mA DC信号（DDZ 二型仪表）、4—20mA DC信号（DDZ 三型仪表）、0.02—0.10MPa气动信号等。

○3执行器常用的是控制阀。

它接受来自控制器的命令信号u，用于自动改变控制阀的开度。

如例1中，控制器通过改变出水阀门的开度以调节水量Q。

，最终达到克服外部扰动对被控变量h的影响。

○4控制器（也称调节器）它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号e（t），并按一定的规律给出控制信号u（t），对于工业中常用的各类控制器，其输入输出信号大都为标准的电流信号，如DDZ三型仪表的4—20mA DC信号。

通常，用文字叙述的方法来描述控制系统的组成和工作原理较为复杂，而在过程控制实践中常常采用直观的方框图来表示。

如图1.1.5为液体储罐液位控制对应的方框图，一般的单回路控制系统的方框图可用如图1.1.6所示的方框图来表示方框图中每一条线代表系统中的一个信号，线上的箭头表示信号传递的方向；每个方块代表系统中的一个环节，它表示了其输入对其输出的影响。

方框图可以把一个控制系统变量间的关系完整的表达出来。

3 过程控制的术语○1被控变量（Controlled Variable，CV）也称受控变量或过程变量（Process Variable，PV）。

他是指被控对象需要维持在其理想值的工艺变量，如上述各例中的夜罐液位、换热器工艺介质出口温度、罐内压力。

在过程控制中常用的被控变量包括：温度、压力/差压、液位/料位、流量、成分含量等实际物理量。

有时，也可以用过程变量的检测电信号来表示被控变量，该测量信号称为过程变量的测量值（Measurement）。