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自动控制系统

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自动控制系统
一、基础知识
1、控制系统的构成
通常是指由一个被控对象、一个检测元件及传感器（或变送器）、一个调节器和执行器所构成，如下图所示：
被控对象——自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器等。

被控变量——被控对象内要求保持数值的工艺参数。

操纵变量——受控制器操纵的，用于克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。

干扰——除操纵变量外，作用于被控对象并引起被控变量变化的因素。

设定值——被控变量的预设值。

偏差——被控变量的设定值与实际值之差。

2、闭环自动控制与开环自动控制
闭环自动控制是指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。

如下图：
压力测量仪表
2011年课件（童选萍）
一、压力测量与压力单位
1、什么是压力，它的法定计量单位是什么？
压力是垂直均匀地作用在单位面积上的力，它的法定计量单位是帕斯卡（简称帕），符号为Pa。

1Pa就是1牛顿（N）的力作用在1平方
米（m2）面积上所产生的压力，即
1Pa=1N/m2=1kg.ms-2/m2=1kg/m.s2
1MPa=1000kPa=106Pa
2、为什么液柱高度也可以表示压力？
因为压力是单位面积上所受的力，即P=F/S
式中F—作用力，N；S—面积，m2。

又因为F=hsρg
式中ρ——液体密度，kg/m3；h——液柱高度，m；g——重力加速度，m/s2；
所以P= hsρg/s= hρg （N/ m2）
由上可知，压力等于液柱高度、液体密度和重力加速度的乘积。

液体的密度ρ在一定的温度下是不变的，所以压力也可以用液柱高度来表示。

3、写出其它压力单位与法定单位Pa（帕斯卡）之间的换算关系。

1毫米水柱（mmH2O）=9.806375Pa≈9.81Pa
1毫米汞柱（mmHg）=133.322Pa≈1.333×102Pa
1工程大气压（kgf/cm2）=9.80665×104≈9.81×104Pa
1物理大气压（atm）=101325Pa≈1.0133×105Pa
1巴（bar）=1000mbar=105Pa
4、什么是绝对压力、大气压力、表压及真空度？它们的相互关系
是怎样的？
绝对真空下的压力称为绝对零压，以绝对零压为基准来表示的
压力叫绝对压力。

测量流体压力用的压力表上的读数叫表压，它是流体绝对压力与该处大气压力的差值。

如果被测流体的绝对压力低于大气压，则压力表所测得的压力为负压，其值称为真空度。

绝对压力、大气压、表压、真空度之间的相互关系如图所示。

二、弹性式压力计
1、弹簧管的截面呈扁圆形或椭圆形。

低压用的压力计弹簧管用焊接法固定在插座内，高压用的压力计弹簧管是用丝扣连接的。

为了保证压力表的连接处严密不漏，安装时，应根据被测压力的特点和介质性质加装适当的密封垫片。

测氧气压力时，不得使用浸油垫片、有机化合物垫片；测量乙炔压力时，不得使用铜垫片。

2、有人在校验压力表时经常用手轻敲表壳，这是允许的吗？
压力表在校验时不但允许轻敲表壳，而且还是必须的。

但敲击后指针变动量不得超过最大允许基本误差绝对值的1/2，轻敲表壳前与轻敲表壳后的示值与标准器示值之差均应符合仪表精度等级要求，同一检定点在升压时轻敲后的读数与降压时轻敲后的读数之差不应超过最大允许基本误差的绝对值。

3、有一块测量范围0～10MPa，表盘上标注精度为1.0级的压力表。

在用压力校验仪校验时，读得6 MPa刻度时的数值如下，问该表在该点上是否合格？
上升时，被校表读数6，标准表读数6.06,轻敲被校表后位移0.05；下降时，被校表读数6，标准表读数6.02,轻敲被校表后位移0.03；答：上升时，轻敲表壳前的基本误差为=(6-6.06)÷10=-0.6%
轻敲后的基本误差为=[6-(6.06+0.05)]÷10=-1.1%
指针位移=0.05÷10=0.5%
下降时，轻敲表壳前的基本误差为=(6-6.02)÷10=-0.2%
轻敲后的基本误差为=[6-(6.02-0.03)]÷10=+0.1%
指针位移=0.03÷10=0.3%
来回变差=(6.06-6.02)÷10=0.4%
同一检定点在升压时轻敲后的读数和降压时轻敲后的读数之差为
=[6.06+0.05-(6.02-0.03)]÷10=1.2%
由于该表升压时，轻敲表壳后的基本误差为-1.1%，两次轻敲后的读数差值为1.2%，所以该表不合格。

三、压力变送器
1、绝对压力变送器和一般的压力变送器在结构上有什么不同？
绝对压力变送器测的是以绝对零压为起点的压力，而一般的压力变送器测的是以大气压力为起点的压力。

所以在结构上，绝压变送器的测压元件的另一边（或外边）必须抽成真空，这样才能以绝对零压为基准。

当被测压力高于这个基准时，测压元件就会变形，仪表就有输出。

而一般压力变送器的测压元件的另一边（或外边）和大气相通，也就是以大气压力为基准，只有当被测压力必须高于大气压力时，仪表才有输出。

2、了解仪表接线：变送器、（电流表、直流电源）或DCS卡件怎
样连成一个回路。

怎样使用HART调校智能变送器。

3、了解仪表迁移：如一台1151GP压力变送器的测量范围原为0～
100kPa，现零位迁移100%。

问
①仪表的测量范围变为多少？
②仪表的量程是多少？
③输入多少压力时，仪表的输出为4、12、20mA?
答:仪表的原测量范围为0～100kPa，现零位正迁了100%，所以：
①仪表的测量范围成为100～200kPa。

②仪表的量程是200-100=100kPa
③输入为100kPa时，仪表的输出为4mA。

输入为150kPa时，仪表的输出为12mA。

输入为200kPa时，仪表的输出为20mA。

四、压力仪表的选用
弹性式就地压力表：
1、量程的选用：为了保证弹性式压力计的使用寿命和精度，压力计的实际使用压力应有一定限制。

当测量稳定压力时，正常操作压力应为量程的1/3～2/3，最高不得超过量程上限的3/4。

当测量脉动压力时，正常操作压力应为量程的1/3～1/2，最高不得超过测量上限的2/3。

当测量高压压力时，正常操作压力应为量程的3/5。

校验压力表时，标准表的绝对误差不应超过被校表的1/3。

2、测量特殊介质的要求：对炔、烯、氨及含氨介质的测量，应选用氨用压力表。

对氧气的测量，应选用氧气压力表。

对硫化氢及含硫介质的测量，应选用控硫压力表。

对剧烈脉动介质的测量（如往复泵出口），宜选用耐振压力表。

对粘性介质的测量，宜选用膜片式压力表。

对腐蚀性介质（酸类及碱类）的测量，宜选用耐酸压力表或防腐型膜片式压力表。

对强腐蚀且高粘稠、易结晶、含有固体颗粒介质的测量，宜选用防腐性膜片式压力表，或采用吹气、冲液法测量。

压力变送器：
一般选用标准信号输出的变送器；爆炸和火灾危险场所选防爆型压力变送器；微压力测量可选微压力变送器或微差压变送器；对粘稠、易堵、易结晶、腐蚀性强的测量介质，宜选用带法兰膜片式变送器或采用隔离措施。

五、压力仪表的安装
上图为工艺管道截面图。

测量气体时，为了使气体内的少量凝结液能顺利地流回工艺管道，而不流入测量管路和仪表内部，取压口应在管道的上半部，如图上的1处。

测量蒸汽介质时，应保持测量管路内有稳定的冷凝液，同时也防止工艺管道底部的固体介质进入测量管路和仪表内，取压口最好在管道水平中心线以上0～45°夹角内，如图上的3处。

测量液体时，为了让液体内析出的少量气体能顺利地返回工艺管道，而不进入测量管路和仪表内部，取压口最好在管道水平中心线以下0～45°夹角内，如图上的2处。

安装压力表时如何使用密封垫片？
被测介质低于80℃及2MPa 时，可选用皮或橡皮垫片；低于450℃及5MPa 时，可选用石棉或铅垫片；温度及压力更高时，可选用退火紫铜或铝垫片。

测量氧气压力时，不得使用浸油垫片或有机化合物垫片；测量乙炔、氨压力时，不得使用铜垫片。

因为它们均有发生爆炸的危1
2
2 3
3
险。

如图所示,求A、B两块压力表的指示值。

管道
解：1mH2O相当于9.807kPa。

A表指示值等于50 kPa减去3mH2O再减去2mH2O。

即
A表指示值=50-5×9.807=0.965kPa
B表指示值等于50kPa减去3mH2O再加上3mH2O。

即
Ｂ表指示值=50 kPa。

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自动控制系统基本概念

自动控制系统基本概念

32
阶跃输入时微分调节器特性
33
微分时间对过渡过程的影响
34
（五）比例积分微分（PID）控制系统 1. 控制器的输出为三部分输出之和。 2. 当偏差刚出现时，微分作用立即变化
（因变化快），比例也同时起作用，使 输出信号发生突然的大幅度变化，然后 慢慢下降，随着时间累积，积分作用逐 渐起主导作用。
式中


e / X max X min p / pmax pmin

100
%
e —— 控制器输入变化量(即偏差)
△P ——
Xmax－Xmin—— Pmax－Pmin——控制器输出的工作范围
28
3. 控制器比例度δ的大小与输入输出的关系
比例度与输入和输出的关系
29
4、特点 反应快、无滞后，偏差大，输出也变化 大，但存在余差，只适于有差调节系统。 存在余差的原因：负荷变化前，浮球在 一个位置，进口阀门在某一个开度，出 量增大后，液位降低，浮球下降，进口 阀门开度增大，进、出水量一相等，液 位在新的位置平衡。
给定值的作用 6. 偏差：给定值与被调参数测量值之差
7
五、自动控制分类 1. 自动检测系统：P、Q、T、H检测 2. 自动保护系统：对参数的保护控制 3. 定值控制系统：将参数稳定在一定范围，
又称自动调节系统 4. 自动操纵系统：程序控制 5. 随动控制系统：自动跟踪系统
8
六、自动控制系统的方框图 1、方框图：反映系统各组成部分之间的相
35
PID控制器输出特性
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(六)比例、积分、微分控制规律小结
它根据“偏差的大小”来动作。它的输出与输入偏差
的大小成比例，控制及时、有力，但是有余差。用比例度δ来表 示其作用的强弱。δ越小，控制作用越强。比例作用太强时会引
第01章 自动控制系统基本概念

第01章 自动控制系统基本概念

11
闭环与开环
闭环——系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较 的系统称为闭环系统，此时系统根据设定值与测 量值的偏差进行控制，直至消除偏差。
+ SP － 测量变送装置 调节器 执行器 被控对象
开环——系统的输出没有被反馈回输入端，执行器仅只根 据输入信号进行控制的系统称为开环系统，此时 系统的输出与设定值与测量值之间的偏差无关。 要实现自动控制，系统必须闭环。
解：1、最大偏差：A＝230—200＝30℃ 2、余差C＝205—200＝5℃ 3、第一个波峰值B＝230—205＝25℃ 第二个波峰值B’＝210—205＝5℃ 衰减比n＝25：5＝5：l。 4、振荡周期为同向两波峰之间的时间间隔，故周期T＝20—5＝15(min) 5、过渡时间与规定的被控变量限制范围大小有关，假定被控变量进入额定值的±2％， 就可以认为过渡过程已经结束，那么限制范围为200×(±2％)＝±4℃，这时，可在 新稳态值(205℃)两侧以宽度为±4℃画一区域，图中以画有阴影线的区域表示，只 要被控变量进入这一区域且不再越出，过渡过程就可以认为已经结束。因此，从图 上可以看出，过渡时间为22min。 6、超调量 (230-205)/205×100%=12.2%
几种典型的过渡过程：
16
几种典型的过渡过程：
非周期衰减过程 衰减振荡过程 √ √
等幅振荡过程 发散振荡过程
？ X
一般是不允许的 除开关量控制回路
单调发散过程
X 17
（3）过渡过程的品质指标
通常要评价和讨论一个控制系统性能优劣，其标准有二大类：
· 以系统受到阶跃输入作用后的响应曲线的形式给出。主要包括： 最大偏差（超调量）、 衰减比 余差 过渡时间 振荡周期（振荡频率）……
自动控制系统

自动控制系统

自动控制系统*概述自动控制系统( automatic control systems )简称自控系统，是在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统。

自动控制系统是实现自动化的主要手段。

自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。

在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产过程中遇到的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。

在此基础上通过采用数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度更高的数字控制系统，以及具有控制与管理双重功能的过程控制系统。

在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系统等。

在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。

在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。

此外，在办公室自动化、图书管理、交通管理乃至日常家务方面，自动控制技术也都有着实际的应用。

随着控制理论和控制技术的发展，自动控制系统的应用领域还在不断扩大，几乎涉及生物、医学、生态、经济、社会等所有领域。

自动控制系统*组成自动控制系统主要由：控制器，被控对象，执行机构和变送器四个环节组成。

在自动控制系统的组成中,除必须具有前面所述的自动化装置外,还必须具有控制装置所控制的生产设备在自动控制系统中,将需要控制其工艺参数的生产设备、机器、一段管道或设备的一部分叫做被控对象,简称对象。

自动控制系统*常用术语被控对象：需要实现控制的设备、机械和生产过程被控变量：对象内要求保持一定数值的物理量，即输出量控制变量：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料和能量干扰：除控制变量以外，作用于对象并引起被控变量变化的一切因素给定值：工艺规定被控变量所要保持的数值偏差：设定值与测量值之差自动控制系统*分类自动控制系统有几种分类方法按控制原理的不同，自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。

自动控制系统的组成及作用

自动控制系统的组成及作用

自动控制系统的组成及作用嘿，朋友们！咱今天来聊聊自动控制系统呀！这玩意儿就好像是一个超级聪明的大管家，默默地在各种场合发挥着神奇的作用呢！你看啊，自动控制系统它主要有这么几个部分。

首先就是传感器啦，这就好比是我们的眼睛和耳朵，能敏锐地感知周围的各种信息，温度啦、压力啦、位置啦等等。

它时刻保持着警惕，一旦有啥风吹草动，马上就能察觉到，厉害吧！然后呢，就是控制器啦！它就像是一个智慧的大脑，接收到传感器传来的信息后，就开始迅速地分析、思考、判断，然后发出各种指令。

它可机灵着呢，能根据不同的情况做出最合适的决策，就像个经验丰富的指挥官。

接下来就是执行器啦，这可是个行动派！它接到控制器的指令后，二话不说就开始行动，去调整各种设备的运行状态。

比如说调节阀门的开度啊，改变电机的转速啊等等。

它可真是个实干家呀！那这自动控制系统有啥用呢？哎呀，那用处可大了去啦！比如说在工厂里，它能让生产过程变得更加高效、稳定。

不用人工时时刻刻盯着，它就能把一切都安排得妥妥当当，产品的质量也更有保障啦，这不是省了好多事儿嘛！在我们的日常生活中也有它的身影呢！就拿家里的空调来说吧，它能根据室内的温度自动调节，让我们一直处在一个舒适的环境里。

这不就是相当于有个贴心的小助手在照顾我们嘛！还有那些智能家电，不都是靠着自动控制系统才能这么方便、好用的嘛！你想想，如果没有自动控制系统，那得乱成啥样呀！工厂里可能会出现各种故障，生产效率低下；我们的生活也会变得不那么便利，得多操好多心呢！所以说呀，这自动控制系统可真是个了不起的发明！它就像是一个默默守护我们的卫士，虽然我们可能平时不会特别注意到它，但它却一直在那里，兢兢业业地工作着，为我们的生活和工作带来了巨大的便利和保障。

咱可不能小瞧了这自动控制系统呀，它可是现代科技的结晶呢！它让我们的生活变得更加美好，更加智能。

以后啊，它肯定还会发挥更大的作用，给我们带来更多的惊喜和便利呢！怎么样，现在是不是对自动控制系统有了更深的认识啦？。