自动控制系统的基本元件与设备

控制系统的基本组成与工作过程控制系统是由各种元件和设备组成的，在工业自动化以及其他领域中发挥着重要的作用。

它可以对各种物理过程进行监控和控制，使得系统能够自动运行以实现预期的目标。

本文将介绍控制系统的基本组成和工作过程。

1. 控制系统的基本组成控制系统的基本组成包括传感器、执行器、控制器和信号传输系统四个部分。

1.1 传感器传感器是控制系统的输入设备，用于感知被控制对象的状态或参数，并将其转化为电信号。

传感器可以测量各种物理量，例如温度、压力、速度等，常见的传感器有温度传感器、压力传感器和光电传感器等。

1.2 执行器执行器是控制系统的输出设备，用于根据控制信号控制被控制对象的状态或参数。

执行器接收到来自控制器的命令后，将通过电、气或机械方式对被控制对象施加控制。

常见的执行器包括电动阀门、电机和液压缸等。

1.3 控制器控制器是控制系统的核心部分，负责对输入信号进行处理并发出控制指令。

控制器通常由一或多个计算机芯片或微控制器组成，通过算法和逻辑运算来实现对被控制对象的精确控制。

控制器可以根据事先设定的规则和算法，对输入信号进行处理和分析，并生成控制信号发送给执行器。

1.4 信号传输系统信号传输系统负责传递传感器采集到的信号和控制器生成的控制信号。

它通常由电缆、电线、总线或者无线传输等方式组成。

信号传输系统的可靠性和稳定性对于控制系统的正常运行至关重要。

2. 控制系统的工作过程控制系统的工作过程可以简要概括为感知、决策和执行三个过程。

2.1 感知过程控制系统首先通过传感器感知控制对象的状态或参数。

传感器将实时采集到的物理量转化为电信号，并将其发送给控制器。

感知过程的准确性和实时性对于控制系统的性能和稳定性起着重要的作用。

2.2 决策过程控制器接收到传感器采集到的信号后，将进行数据处理和分析。

控制器使用预先设定的控制算法和规则，对采集到的信号进行处理，并生成相应的控制信号。

控制器可以根据目标任务和要求，对输出的控制信号进行调整和优化。

⾃动控制理论第⼀章⾃动控制系统概述1、组成⾃动控制系统的基本元件或装置有哪些？各环节的作⽤？控制系统是由控制对象和控制装置组成，控制装置包括：(1) 给定环节给出与期望的输出相对应的系统输⼊量。

(2) 测量变送环节⽤来检测被控量的实际值，测量变送环节⼀般也称为反馈环节。

(3) ⽐较环节其作⽤是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输⼊值进⾏⽐较，求出它们之间的偏差。

(4) 放⼤变换环节将⽐较微弱的偏差信号加以放⼤，以⾜够的功率来推动执⾏机构或被控对象。

(5) 执⾏环节直接推动被控对象，使其被控量发⽣变化。

常见的执⾏元件有阀门，伺服电动机等。

2、什么是被控对象、被控量、控制量、给定量、⼲扰量？举例说明。

被控对象指需要给以控制的机器、设备或⽣产过程。

被控量指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量，被控量⼜称输出量、输出信号。

控制量也称操纵量，是⼀种由控制器改变的量值或状态，它将影响被控量的值。

给定值是作⽤于⾃动控制系统的输⼊端并作为控制依据的物理量。

给定值⼜称输⼊信号、输⼊指令、参考输⼊。

除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是⼲扰，⼲扰⼜称扰动。

⽐如⼀个⽔箱液位控制系统，其控制对象为⽔箱，被控量为⽔箱的⽔位，给定量是⽔箱的期望⽔位。

3、⾃动控制系统的控制⽅式有哪些？⾃动控制系统的控制⽅式有开环控制、闭环控制与复合控制。

4、什么是闭环控制、复合控制？与开环控制有什么不同？若系统的输出量不返送到系统的输⼊端（只有输⼊到输出的前向通道），则称这类系统为开环控制系统。

在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作⽤，若能取⾃被控量的反馈信息（有输出到输⼊的反馈通道），即根据实际输出来修正控制作⽤，实现对被控对象进⾏控制的任务，这种控制原理被称为反馈控制原理。

复合控制是闭环控制和开环控制相结合的⼀种⽅式，既有前馈通道，⼜有反馈通道。

5、⾃动控制系统的分类（按元件特性分、按输⼊信号的变化规律、按系统传输信号的性质）？按系统输⼊信号的时间特性进⾏分类，可分为恒值控制系统和随动系统。

自控根本知识〔一〕根本概念 (2)〔二〕自动控制系统的组成 (2)〔三〕自动调节常用术语 (2)〔四〕调节对象的特性 (4)〔五〕调节器的特性 (6)〔六〕调节器的种类 (8)〔七〕对自动调节系统的要求 (12)〔一〕根本概念自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统，以代替人的手动操作，去调节空调参数，使之维持在给定数值上，或是按给定的规律变化，从而满足空调房间的要求。

现在国内自动控制采用的方法，都是先测出调节参数对给定值的偏差，然后根据这个偏差，经控制系统的调节，消除干扰的影响，使调节参数再回到给定值(或允许范围)。

〔二〕自动控制系统的组成目前空调自动控制系统多采用电动调节。

这样的控制系统可由下面所示方块图表示：附图：自动控制系统方块图由于外扰的作用，调节对象的调节参数发生变化，经敏感元件测量并传送给控制机构〔调节器〕，调节器根据调节参数对给定值的偏差，指令执行机构使调节机构动作，去调节调节对象的负荷，使调节参数回到原来的给定值。

在给执行机构供电的主电路上，为使调节稳定，常装有通断机构，以便对执行机构间断供电。

〔三〕自动调节常用术语1．调节参数(也叫被调参数)需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数，叫做调节参数。

空调中的调节参数主要是温度、湿度、压力，还有水位等等。

2．给定值(也叫定值值)就是根据需要给调节参数预先规定的不变值或波动范围，叫做给定值。

例如规定维持房间温度为23±℃，这个数值(即波动范围22.5～℃)就是室温调节系统的给定值(范围)。

3．偏差调节参数的实际数值同给定值之间的差值，叫做偏差。

例如，规定控制温度(给定值)为20℃，而实际却是21℃，它们相差的1℃即为偏差。

4．扰动能引起调节参数产生偏差的因素，叫做扰动或干扰。

空调中引起空调房间温度变化的因素，象室外温度变化、送风温度变化以及室内余热变化等等，都是室温的扰动。

自动调节的作用，也正是为消除扰动的影响，使调节参数恒定或在要求范围内。

自动化设备的基本组件解析自动化设备是现代工业生产中的重要组成部分，它们通过使用各种基本组件来实现任务的自动执行。

在本文中，我将对自动化设备的基本组件进行解析，以帮助您更好地理解这些关键技术。

让我们从机械部件开始讨论。

在自动化设备中，机械部件是实现物理动作的基础。

这些部件包括齿轮、传动轴、连杆、轴承等等。

齿轮可以将旋转运动转化为线性运动或改变运动的方向和速度。

传动轴用于连接不同的部件，将力和运动传递到其他机械部件。

连杆可以将旋转或线性运动转化为另一种运动形式，从而实现所需的动作。

除了机械部件，电子元件也是自动化设备不可或缺的组成部分。

电子元件主要用于控制和监测自动化设备的运行。

传感器是一种常见的电子元件，用于检测环境参数（如温度、压力、光线等）并将其转化为电信号。

这些信号可以通过控制装置进行处理和分析，以便根据需要采取适当的行动。

电子元件还包括电机、运动控制器、计时器、计数器等，用于控制和调整自动化设备的运动和操作。

在现代自动化设备中，计算机控制系统扮演着至关重要的角色。

计算机控制系统能够通过编程和算法实现复杂的任务，并对自动化设备的性能进行监控和优化。

传感器和执行器与计算机控制系统连接，通过实时数据传输和反馈机制，实现设备的智能化控制。

这使得自动化设备能够根据不同的情况做出即时的反应和调整，提高生产效率和质量。

除了上述基本组件，还有一些其他的关键技术对于自动化设备的功能和性能也起着重要作用。

其中之一是通信技术，它用于设备之间的数据传输和远程监控。

通过使用通信技术，自动化设备可以实现远程操作和监控，从而提高工作效率和运行安全性。

另外，还有各种控制算法和软件工具，用于优化生产过程、调整设备参数和预测故障，以实现智能化和自适应性的控制。

自动化设备的基本组件包括机械部件、电子元件、计算机控制系统以及通信技术和其他关键技术。

这些组件共同作用，使自动化设备能够实现高效、精确和可靠的任务执行。

在未来，随着技术的不断发展，自动化设备将变得更加智能化和灵活，为各行各业的生产方式带来革命性的改变。

第一章自动控制的一般概念1.1 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。

◎放大元件：放大偏差信号的元件。

◎校正元件（补偿元件）：结构参数便于调整的元件，用于改善系统性能。

自动控制元件及线路第五版梅晓榕课后答案第一章简介1.1 自动控制的定义自动控制是指利用设备和线路来实现对系统或过程的自动管理和控制。

通过引入传感器、执行器和控制器等元件，可以使系统实现自动运行、自动调节和自动控制。

1.2 自动控制系统的组成自动控制系统主要由以下几个部分组成：•传感器：用于感知被控对象的状态或变量。

•执行器：用于执行控制信号，控制被控对象的状态或变量。

•控制器：通过对传感器的反馈信息进行处理，并生成控制信号，实现对被控对象的控制。

•信号调理电路：用于处理传感器信号，使其符合控制系统的输入要求。

•电源电路：为控制系统提供稳定的电源。

•通信线路：用于传输控制信号和传感器信号。

•被控对象：即需要被控制的系统或过程。

1.3 自动控制系统的分类自动控制系统可以按照不同的标准进行分类。

常见的分类方法包括按照控制方式、按照控制对象、按照控制任务等等。

按照控制方式可以分为开环控制和闭环控制。

开环控制是指控制器仅根据系统输入信号的设定值进行控制，不考虑被控对象的实际输出信号。

闭环控制则是根据系统输出信号与设定值的偏差来调节控制器的输出信号，实现对被控对象的精确控制。

按照控制对象可以分为连续控制系统和离散控制系统。

连续控制系统是指被控对象的输入与输出变量是连续变化的，如温度、压力等。

离散控制系统则是指被控对象的输入与输出是离散的，如开关等。

按照控制任务可以分为调节控制和跟踪控制。

调节控制是指对被控对象的输出变量进行调节，使其达到设定值。

跟踪控制则是指控制系统需要根据某个参考输入信号来跟踪输出信号，如跟踪轨迹等。

第二章传感器2.1 传感器的基本原理传感器是通过物理、化学、生物等效应来实现将被测量物理量转换为电信号的装置。

传感器的基本原理可以分为以下几种：•电阻性原理：根据被测量物理量对电阻的影响，如热敏电阻、应变电阻等。

•电容性原理：根据被测量物理量对电容的影响，如电容式湿度传感器等。

•压阻性原理：根据被测量物理量对压阻的影响，如压力传感器等。

第1篇一、基础知识部分1. 题目：请简述自动控制系统的基本组成和功能。

解析：自动控制系统通常由被控对象、控制器、执行机构和反馈环节组成。

被控对象是系统要控制的设备或过程；控制器根据给定值与反馈值的偏差，产生控制信号；执行机构将控制信号转换为对被控对象的控制作用；反馈环节将被控对象的输出反馈给控制器，形成闭环控制系统。

2. 题目：什么是开环控制系统？什么是闭环控制系统？请比较两者的优缺点。

解析：开环控制系统是指控制信号不反馈到控制器，仅根据输入信号进行控制。

闭环控制系统是指控制信号反馈到控制器，根据输入信号和反馈信号进行控制。

开环控制系统的优点是结构简单、成本低；缺点是鲁棒性差，容易受到外部干扰的影响。

闭环控制系统的优点是鲁棒性好、稳定性高；缺点是结构复杂、成本高。

3. 题目：什么是比例控制器、积分控制器、微分控制器？它们各自的特点是什么？解析：比例控制器（P控制器）只对输入信号进行比例放大，无积分和微分作用；积分控制器（I控制器）对输入信号的积分进行放大，用于消除稳态误差；微分控制器（D控制器）对输入信号的微分进行放大，用于预测系统的动态响应。

比例控制器适用于无稳态误差的系统；积分控制器适用于有稳态误差的系统；微分控制器适用于需要快速响应的系统。

4. 题目：什么是PID控制器？简述其特点和应用。

解析：PID控制器是比例、积分、微分控制器的简称，它结合了比例、积分、微分控制器的优点。

PID控制器具有以下特点：①可以消除稳态误差；②具有良好的动态响应特性；③易于实现。

PID控制器广泛应用于工业控制、航空航天、机器人等领域。

5. 题目：什么是系统稳定性？如何判断一个系统的稳定性？解析：系统稳定性是指系统在受到扰动后，能否恢复到初始状态。

判断系统稳定性的方法有：①奈奎斯特判据：通过绘制系统的Nyquist图，判断系统是否稳定；②Bode图：通过绘制系统的Bode图，判断系统是否稳定；③根轨迹法：通过绘制系统的根轨迹，判断系统是否稳定。

生产线自动化控制系统设计与实现随着现代制造业的不断发展，自动化控制系统已经成为了必不可少的一部分。

对于生产线来说，自动化控制系统可以提高生产效率，降低生产成本，提高产品质量，还可以增强企业的竞争力。

一、生产线自动化控制系统的基本原理当我们需要对生产线进行自动化控制时，需要考虑生产线所要进行的工艺过程、所需要完成的动作、所需要使用的控制元件等。

基本的控制元件包括传感器、执行器、计算机、PLC等。

生产线自动化控制系统的核心是PLC（可编程逻辑控制器），其主要通过输入模块获取感应器的信号，并通过处理能够对执行器进行控制，从而实现对生产线的自动化控制。

PLC通过运行控制程序对生产线的各个环节进行控制，而控制程序是根据生产线的需要进行编写的程序，一旦编写完成后，程序将随时对生产线进行控制，直到程序被修改为止。

二、设计生产线自动化控制系统的方法和技巧1、明确生产线要求在设计生产线自动化控制系统时，首先要明确生产线所要进行的工艺过程、要完成的动作，需要使用的控制元件等，从而能够准确把握整个生产线的控制需求。

2、确定PLC型号在进行生产线自动化控制系统设计时，需要先明确所需要使用的PLC型号，一般情况下，PLC需要根据所控制的机器和设备的复杂程度来选购，以确保控制能力的稳定性和可靠性。

3、程序设计在整个生产线的自动化控制系统设计中，程序设计是最为重要的一个步骤。

程序设计需要根据控制需求编制相应的程序，并进行调试和修改，从而确保程序的可靠性和稳定性。

同时，需要在程序设计中考虑到可能出现的异常情况，比如说控制元件出现故障时应该如何处理等。

4、安装和测试在程序设计完成后，需要对整个系统进行安装和测试，确保系统的工作能力和稳定性。

在安装和测试中，需要检查控制元件的连接和布线，以及各个控制元件的动作是否准确、灵敏等。

三、生产线自动化控制系统的优点与局限1、优点(1)提高生产效率：自动化控制系统可以实现自动化生产，减少人力参与，提高生产效率。

81、高压负荷开关的特点和作用是什么?答：高压负荷开关(QL)具有简单的灭弧装置，能通断一定的负荷电流和过负荷电流，但是不能用它来断开短路电流，它常与熔断器一起使用，具有分断短路电流的能力。

高压负荷开关大多还具有隔离高压电源，保证其后的电气设备和线路安全检修的功能，因为它断开后通常有明显的断开间隙，与高压隔离开关一样，所以这种负荷开关有“功率隔离开关”之称。

82、各种断路器的各自特点是什么?答：(1)油断路器按油量大小又分为少油和多油两类。

少油断路器的油量少，只作灭弧介质用。

少油断路器因其成本低，结构简单，依然应用于不需要频繁操作及要求不高的各级高压电网中，但压缩空气断路器和多油断路器已基本淘汰。

(2)真空断路器和SF6断路器目前应用较广，高压真空断路器是利用“真空”作为绝缘和灭弧介质，具有无爆炸、低噪声、体积小、重量轻、寿命长、电磨损少、结构简单、无污染、可靠性高、维修方便等优点，因此，虽然价格较贵，仍在要求频繁操作和高速开断的场合，尤其是安全要求较高的工矿企业、住宅区、商业区等被广泛采用。

(3)SF6断路器具有下列优点：断流能力强，灭弧速度快，电绝缘性能好，检修周期长，适用于需频繁操作及有易燃易爆炸危险的场所;但是，SF6断路器的要求加工精度高，密封性能要求严，价格相对昂贵。

83、高压开关柜在结构设计上要求具有的“五防”功能是什么?答：所谓“五防”是指防止误操作断路器、防止带负荷拉合隔离开关(防止带负荷推拉小车)、防止带电挂接地线(防止带电合接地开关)、防止带接地线(接地开关处于接地位置时)送电、防止误入带电间隔。

1H411050 自动控制系统类型、组成和自动控制方式1H411051 掌握自动控制的方式84、自动控制系统的基本元件是什么?答：自动控制系统的基本元件是测量元件、变送器、自动控制器、执行元件。

85、什么是自动控制系统的开环控制方式?答：开环控制是最简单的一种控制方式，按照控制信息传递的路径，它所具有的特点是：控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反向通路。

自动控制系统主要有哪些环节组成1.自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。

b控制器：接收变送器送来的信号，与希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。

c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。

d被控对象：控制装备所控制的生产设备。

2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置；被控变量：工艺上希望保持稳定的变量；操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。

给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值；干扰变量：造成被控变量波动的变量。

3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化）5.自动控制系统的基本要求：稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件快速性：反应系统在控制过程中的性能准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。

提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。

6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。

7.自动系统的控过渡过程及其形式控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~形式：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8.衰减振荡过渡过程的性能指标衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。

（以新稳态值为标准计算）最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值与设定值之差。

调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~动态数学模型：表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述10.描述对象特性的参数放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。

自动化控制系统的组成自动化控制系统是指通过一定的技术手段，实现对生产、工艺、设备等系统的自动化控制和调节，以达到提高生产效率、降低成本、提高产品质量等目的的系统。

它由三大部分组成：传感器与执行元件、控制器和执行机构。

1. 传感器与执行元件传感器是自动化控制系统中最基本的组成部分之一，它可以将被测量对象（如温度、压力、流量等）转换为电信号，供后续处理使用。

传感器根据其测量原理可以分为多种类型，如热敏电阻、热电偶、压力传感器、光电传感器等。

执行元件是自动化控制系统中另一个重要的组成部分，它能够根据控制信号来实现某种特定功能。

例如，气动执行元件可以将气体压缩或释放来完成机械运动；液压执行元件则能够通过液体的压缩或释放来完成机械运动。

2. 控制器控制器是自动化控制系统中最核心的组成部分之一，它能够对传感器采集到的数据进行处理，并输出相应的控制信号，以实现对被控制对象的控制和调节。

根据其工作原理，控制器可以分为多种类型，如PLC、DCS、PID等。

PLC（可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于工业自动化领域的控制器，它可以通过编程来实现对生产线、机械设备等的自动化控制和调节。

DCS（分布式控制系统）是一种在大型工业生产中广泛使用的控制系统，它能够对整个生产过程进行全面监测和管理，并实现对各个子系统的集中控制。

PID（比例-积分-微分）是一种常用的闭环反馈控制方法，它能够根据被测量对象与目标值之间的差异来输出相应的调节信号，以实现对被控对象的精确调节。

3. 执行机构执行机构是自动化控制系统中最终实现对被控对象进行操作的组成部分。

例如，在工业生产中常用的电机、气缸、液压马达等都属于执行机构。

执行机构能够将由传感器和控制器提供的信号转换为相应的物理运动或力量输出，从而完成对被控对象的控制和调节。

总之，自动化控制系统由传感器与执行元件、控制器和执行机构三大部分组成。

它能够实现对生产、工艺、设备等系统的自动化控制和调节，从而提高生产效率、降低成本、提高产品质量等目的。