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![§1[1].2_自动控制系统的组成](https://uimg.taocdn.com/44f58f1352d380eb62946da4.webp)
自动控制系统名词
自动控制系统是一种能够自动调节和控制设备、过程或系统的机制。
它使用各种传感器、控制器和执行器来实现对被控对象的监测、分析和操作。
在自动控制系统中，传感器用于检测被控对象的状态或参数，如温度、压力、流量等，并将其转换为电信号或数字信号。
控制器接收这些信号，并使用预定的控制算法进行处理，以确定所需的控制动作。
执行器则根据控制器的指令，对被控对象进行实际的操作，如调节阀门开度、改变电机转速等。
自动控制系统的目标是实现被控对象的稳定运行、精确控制和优化性能。
它可以应用于各种领域，如工业生产、航空航天、交通运输、能源管理、环境保护等。
常见的自动控制系统包括反馈控制系统、前馈控制系统、比例积分微分（PID）控制系统等。
它们的设计和实现需要考虑到被控对象的特性、控制要求、传感器和执行器的性能以及控制算法的选择。
自动控制系统的优点包括提高生产效率、降低劳动强度、提高产品质量、增强安全性和可靠性等。
它的发展和应用对于现代工业和社会的进步起到了重要的推动作用。
上篇自动控制原理第一章自动控制系统概述本章要点本章简要介绍有关自动控制的基本概念、开环控制和闭环控制的特点、自动控制系统的基本组成和分类以及对自动控制系统的基本要求。
第一节自动控制的基本概念自动控制是指在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。
自动控制系统则是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。
在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量。
扰动量按其来源可分为内部扰动和外部扰动。
给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。
通常情况下，系统有两种外作用信号：一是有效输入信号（以下简称输入信号），二是有害干扰信号（以下简称干扰信号）。
输入信号决定系统被控量的变化规律或代表期望值，并作用于系统的输入端。
干扰信号是系统所不希望而又不可避免的外作用信号，它不但可以作用于系统的任何部位，而且可能不止一个。
由于它会影响输入信号对系统被控量的有效控制，严重时必须加以抑制或补偿。
第二节开环控制和闭环控制自动控制有两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制。
与这两种控制方式对应的系统分别称之为开环控制系统和闭环控制系统。
一、开环控制系统开环控制系统是指系统的输出端和输入端不存在反馈关系，系统的输出量对控制作用不发生影响的系统。
这种系统既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联系。
电加热系统的控制目标是，通过改变自耦变压器滑动端的位置，来改变电阻炉的温度，并使其恒定不变。
因为被控制的设备是电阻炉，被控量是电阻炉的温度，所以该系统可称为温度控制系统，如图1-1所示。
开环控制系统的优点是系统结构和控制过程简单，稳定性好，调试方便，成本低。
《自动控制系统》教学设计方案（第一课时）一、教学目标本节课的教学目标是使学生能够初步理解自动控制系统的基本概念和构成要素，包括传感器、控制器、执行器等关键组件的作用与工作原理。
通过本课学习，学生应能够掌握自动控制系统在日常生活中的应用，并具备简单的分析、判断和设计自动控制系统的基础能力。
二、教学重难点教学重点在于让学生理解自动控制系统的基本概念和组成，以及传感器和执行器在系统中的作用。
教学难点则在于如何通过实例让学生直观地感受到自动控制系统的实际应用，并能够运用所学知识进行简单的系统设计。
三、教学准备为确保本节课的顺利进行，教师需要准备以下教学材料：1. 多媒体课件，包括自动控制系统的基本概念、组成及工作原理的图文解释。
2. 实物展示模型或视频资料，用于展示自动控制系统在生活中的应用实例。
3. 练习题和作业纸，用于巩固学生对自动控制系统知识的理解。
4. 教室设备准备，如投影仪、电脑等。
通过自动控制系统知识的作业纸是学生学习过程中的重要工具，它不仅可以帮助学生复习和巩固课堂上学到的知识，还可以通过实践操作来加深对自动控制系统原理的理解。
纸张的质量和内容的设置都应符合学生的认知水平，使得学生在完成作业的过程中能够得到有效的提高。
而教室设备的准备也同样重要。
投影仪和电脑等设备是现代教室的必备设施，它们能够为教师提供更为便捷和高效的教学手段。
投影仪可以将教学内容以更为直观的方式展示给学生，帮助学生更好地理解和掌握知识。
电脑则可以作为辅助教学工具，提供更为丰富的教学资源和信息，使得课堂教学更加生动有趣。
综上所述，无论是作业纸还是教室设备的准备，都是为了更好地服务于学生的学习和教师的教学。
只有充分准备，才能确保教学过程的顺利进行，提高学生的学习效果。
四、教学过程：1. 导入新课创设情境，激发兴趣在课堂开始时，教师利用多媒体展示一个常见的自动控制系统的实例，如智能家中的自动窗帘。
学生看到随着温度变化或语音指令自动开合的窗帘时，能够立即对“自动控制系统”有一个初步的认识。
《自动控制系统》学历案（第一课时）一、学习主题本节课的学习主题为“自动控制系统”。
自动控制系统是一种应用广泛的技术，在家庭、工业、交通等各个领域都发挥着重要作用。
在小学阶段，学生将初步了解自动控制系统的基本概念、工作原理和实际应用。
二、学习目标1. 知识与理解：了解自动控制系统的基本概念，理解其工作原理和组成部分。
2. 技能与操作：通过实例分析，学会识别和描述简单的自动控制系统。
3. 情感态度与价值观：培养学生对自动控制系统的兴趣和好奇心，激发其探索科技奥秘的热情。
三、评价任务1. 课堂表现评价：观察学生在课堂上的参与度、互动情况和回答问题的情况，评价其学习态度和表达能力。
2. 作品评价：学生将通过制作一个简单的自动控制系统模型来展示学习成果，教师将根据模型的创意、制作过程和最终效果进行评价。
3. 课堂练习评价：通过完成相关的课堂练习题，评价学生对自动控制系统知识的掌握情况。
四、学习过程1. 导入新课：通过展示一些生活中常见的自动控制系统实例（如自动门、智能家居等），引起学生的兴趣，引出本节课的学习主题。
2. 新课讲解：教师通过课件或实物，详细讲解自动控制系统的基本概念、工作原理和组成部分。
重点介绍传感器、控制器和执行器等关键部件的作用和原理。
3. 实例分析：教师选取一两个具体的自动控制系统实例，引导学生进行分析，让学生学会识别和描述简单的自动控制系统。
4. 动手操作：学生根据教师提供的材料和步骤，制作一个简单的自动控制系统模型。
教师在此过程中给予指导和帮助，确保学生能够顺利完成制作。
5. 课堂练习：学生完成相关的课堂练习题，巩固所学知识。
教师巡视指导，及时解答学生疑问。
6. 总结反馈：教师对本节课的学习内容进行总结，并对学生进行评价和反馈。
同时，引导学生思考自动控制系统在生活中的应用和未来发展。
五、检测与作业1. 检测：通过课堂小测验或课后作业的形式，检测学生对自动控制系统知识的掌握情况。
2. 作业：布置相关的家庭作业，让学生收集生活中常见的自动控制系统实例，并尝试分析其工作原理和组成部分。
第1章 自动控制系统的基本概念1－1 水位控制装置如图1-12所示。
试分析它的控制原理，指出它是开环控制还是闭环控制系统？说出它的被控量及扰动输入量是什么？绘制出其系统框图。
在该液位控制系统中，水箱的进水量来自进水阀门，出水量由用户阀门确定。
该系统能在用户用水量随意变化的情况下，保持水箱水位在希望的高度上不变。
工作原理：当水箱水位低于设定值H 2时，浮子下移，通过杠杆使阀门开合度增大，从而加大进水量，使水箱水位提高；反之，当水箱水位高于设定值H 2时，浮子上移，通过杠杆使阀门开合度减小，从而减小进水量，使水箱水位降低。
最终调节液位在一个相对稳定的高度。
控制任务：保持水位H 1在设定值；被控制量：实际水位H 1；扰动量：出水量；被控对象：水箱；测量元件：浮子；执行元件：进水阀门。
根据上析分析，给出系统的原理方框图如图1-13所示。
1－2某生产机械的恒速控制系统原理图如图1-14所示。
系统中除了速度反馈外，还设置了电流正反馈以补偿负载变化的影响。
试标出速度负反馈、电流正反馈的信号的正、负号并画出框图。
被控对象：电动机；被控量：电动机转速n ；给定量：电位器的电压u 1；扰动量：负载力矩的变化。
工作原理：电位器电压u 1与转速设定值相对应。
当转速n 低于设定值时，测速发电机输出电压u 2减小，电压偏差信号 增大，电压放大器1的输出电压提高，经功率放大器放大后加到电机电枢两端电压u 4提高，从而使电动机的转速提高。
另一方面，当负载转矩增大时，电枢回路中的电流增大，电压放大器2的输出电压u 3增大，经功率放大器后加到电机上的电压u 4也提高，起到了扰动补偿作用。
由此可见，当转速低于设定值时，可通过反馈回路和扰动补偿两方面的共同作用使转速提高，从而达到了复合控制转速的目的。
反之亦然。
根据题意，可得系统原理方框图如图1-15所示。
21u u u -=∆1-3图1-16所示为一温度控制系统的原理图。
指出系统的输入量、被控量和控制原理，并画出系统框图。
习题1自动控制系统
1.自动控制系统按其基本结构有可分为几类？其闭环控制系统中按其设定值的不同又可
分为几类？简述每种形式的基本含义。
2.自动控制系统主要有哪些环节组成？
3.何为简单控制系统？试画出简单控制系统的方块图。
4.衰减振荡过程的品质指标有哪些？各自的含义是什么？
5.图2-36所示，是某温度控制系统的记录以上画出的曲线图，试写出最大偏差衰减比余差
振荡周期，如果工艺上要求控制温度为（40±2）℃，那么该控制系统能否满足工艺要求?
解答：
1.自动控制系按其基本结构可分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制系统。
闭环控制系统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系统。
闭环控制系统中按其设定值的不同又可分为：
1)定值控制系统
定值控制系统是指设定值恒定不变的控制系统。
其作用是克服扰动对被控变量的影响；使被控变量回到设定值附近。
2)随动控制系统
随动控制系统的设定值是不断不变的，其作用是使被控变量能够尽快地、准确到跟踪设定值的变化。
3)程序控制系统
程序控制系统的设定值也是不断不变的，但它是由一个已知的时间函数，即设定值按一定的时间程序变化。
2. 自动控制系统主要有被控对象、检测变送器、比较机构、控制器、执行器等组成。
3. 所谓简单控制系统是指只有一个被控对象，一个检测变送器，一个控制器，一个执行器
所构成的单闭环控制系统，它的典型方块图如下所示：
4. 衰减振荡过程的品质指标有：最大偏差、衰减比、余差、过渡时间、振荡周期等其各自的含义是：
最大偏差：指过渡过程中被控变量偏离设定值的最大数值。
衰减比：指过渡过程曲线上同方向第一个和第二个峰值之比。
余差：过渡过程终了时，稳态值与设定值之差。
过渡时间：是指控制系统受到扰动作用后，被控变量从原稳态回到新稳态所经历的最短时间。
振荡周期：过渡过程同向两波峰或波谷间的间隔时间。
5.从过渡曲线可以看出最大偏差A=45-40=5；
衰减比n=(45-41)/(42-41)=4 ：1；
余差C=41-40=1；
过渡时间：由题意被控变量进入新稳态值的±2%，就可以认为过渡过程结束，那么限制范围应是41*±2%=±0.82℃，由图可以看出过渡时间为23min.
振荡周期T=18-5=13min
该控制系统能满足控制温度为（40±2）℃的工艺要求。
