简单控制系统
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简单控制系统的教学设计一、教学目标:1.理解什么是控制系统,掌握控制系统的基本原理和组成部分。
2.掌握控制系统的设计方法,能够根据实际情况设计简单控制系统。
3.培养学生的动手能力和解决问题的能力。
二、教学内容:1.控制系统的定义和基本原理。
2.控制系统的组成部分,包括传感器、执行器、控制器和控制对象。
3.控制系统的设计方法,包括开环控制和闭环控制。
三、教学过程:1.导入(10分钟)通过展示一个简单的控制系统实例引导学生思考什么是控制系统,并简要介绍控制系统的定义和基本原理。
2.理论讲解(30分钟)(1)控制系统的组成部分:传感器、执行器、控制器和控制对象。
分别介绍它们的作用和常见的类型。
(2)控制系统的设计方法:开环控制和闭环控制。
分别介绍它们的原理、特点和适用场景。
3.实例分析(30分钟)选择一个简单的实际问题,例如温度调节系统。
通过分析问题要求和系统的组成部分,引导学生思考如何设计一个控制系统来实现温度调节。
鼓励学生积极参与,提出自己的思路和解决方案。
4.设计实践(40分钟)组织学生分成小组,每个小组选择一个实际问题进行控制系统的设计。
鼓励学生自己动手搭建系统,并运行实验,观察系统的控制效果。
教师及助教在一旁指导和解答学生提出的问题。
5.总结(10分钟)学生小组之间进行互相展示,分享各自的设计思路和实验结果。
教师总结控制系统的设计方法和注意事项,再次强调控制系统的重要性和应用领域。
四、教学资源:1.课件:包括控制系统的定义、组成部分和设计方法的介绍。
2.实验设备:可提前准备一些基础的传感器、执行器和控制器,供学生使用。
3.实验材料:例如温度调节系统所需的温度传感器、加热器等。
4.辅助工具:例如计算器、螺丝刀等。
五、教学评价:1.实验报告:要求学生写出自己设计的控制系统的详细方案和实验结果。
2.分组展示:根据学生的展示内容、设计思路和实验结果进行评价。
3.课堂讨论:根据学生的问题和参与度进行评价。
可编辑修改精选全文完整版●简单控制系统的组成四个基本组成部分:被控对象、检测与变送仪表、调节器(控制器)、执行机构。
简单控制系统的工作过程变量、执行器、控制器类型的确定●串级控制系统的组成四个基本组成部分:两个被控对象、两套检测与变送仪表、两个调节器(控制器)、执行机构。
系统主副控制器正、反作用方向的确定:先副后主特点:在系统结构上,它是由两个闭环回路,副回路起快速的“粗调”作用,主回路则起“细调”作用,系统的鲁棒性好,副回路是一个随动控制系统,所以系统对负荷的改变有一定的自适应能力●均匀控制系统的特点结构上无特殊性,区别在控制目的和参数的整定工艺参数应在允许的范围内缓慢变化●比值控制系统使一中物料随另一种物料按一定的比例变化的控制系统比值和比值系数的计算●前馈控制系统是测量进入过程的干扰(包括外界干扰和设定值变化),并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量,使被控变量维持在设定值上● 分程控制系统是一台调节器的输出仅操纵一个调节阀, 若一台调节器去控制两个以上的调节阀, 并且是按输出信号的不同区间去操作不同的阀门, 这种控制方式习惯上称为分程控制。
● 选择控制系统是生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系,叠加到正常的自动控制系统上去的一种组合控制方法。
至操作极限时,通过选择器把一个用于控制不安全情况的备用控制系统取代正常工况下,待回到正常工况后又切回到正常工况下。
● 图为锅炉汽包液位控制系统,生产工艺要求汽包水位一定必须稳定。
1)指出该系统为什么样的系统;2)指出被控参数和控制参数3)确定调节阀应该选气开还是气关?并说明原因。
4)调节器的控制规律及其正、反作用方式?并说明原因答;1)、单回路控制系统(2)、被控参数为汽包液位、控制参数给水流量(3)应选择气关式。
因为在气源压力中断时,调节阀可以自动打开,以保证锅炉不被烧干 ( 4)调节阀应选择气关式,则液位控制器应为正作用,当检测到液位增加时,控制器应加大输出,则调节阀关小,使汽包液位稳定或当检测到液位增减小时,控制器应减小输出,则调节阀开大,使汽包液位稳定● 如下图所示的管式加热炉出口温度控制系统,主要扰动来自燃料流量的波动,试分析:(1)该系统是一个什么类型的控制系统?画出其方框图(2)确定调节阀的气开气关形式,并说明原因(3)确定两个调节器的正反作用。
第7章简朴控制系统随着现代石油化工等过程装置的日益大型化、复杂化,智能仪表和计算机控制系统的日益普及,各类控制系统特别是复杂控制和先进控制系统在生产过程中的作用越来越显得重要。
目前,占控制系统绝大多数的仍然是简朴控制系统,简朴控制系统也是各类复杂控制和先进控制系统的基础。
因此,掌握简朴控制系统的基本原理和设计方法非常重要。
由于简朴控制系统的工作原理在前述章节已做介绍与讨论,本章以简朴控制系统的设计、投运与整定为重要内容。
7.1 简朴控制系统结构与组成从第一章已知,自动控制系统是由被控对象和自动化装置两大部分组成,即测量元件及变送器自动化装置自动控制器(调节器)自动控制系统(起控制作用)执行器(控制阀)被控对象受控制的物理装置(生产设备)(对象)由于构成自动控制系统的这两大部分(重要是指自动化装置)的数量、连接方式及其目的不同,自动控制系统可以有许多类型。
所谓简朴控制系统,通常是指由一个测量元件及变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统,因此也称为单回路控制系统。
图7-l所示的液位控制系统与图7-2所示的温度控制系统都是简朴控制系统的例子。
图7-1所示的液位控制系统中,贮槽是被控对象,液位是被控变量,变送器LT将反映液位高低的信号送往液位控制器LC。
控制器的输出信号送往执行器,改变控制阀开度使贮槽输出流量发生变化以维持液位稳定。
图7-1 液位控制系统图7-2 温度控制系统图7-2所示的温度控制系统,是通过改变进入换热器的载热体流量,以维持换热器出口物料的温度在工艺规定的数值上。
需要说明的是在本系统中画出了变送器LT及TT这个环节,根据第一章中所介绍的控制流程图,按自控设计规范,测量变送环节是被省略不画的,所以在本书以后的控制系统图中,也将不再画出测量、变送环节,但要注旨在实际的系统中总是存在这一环节,只是在画图时被省略罢了。
图7-3是图7-1和图7-2所示控制系统的方块图,也简朴控制系统的典型方块图。
第3章习题与思考题3-1.简单控制系统由哪几部分组成各部分的作用是什么解答:简单控制系统由检测变送装置、控制器、执行器及被控对象组成。
检测变送装置的作用是检测被控变量的数值并将其转换为一种特定输出信号。
控制器的作用是接受检测装置送来的信号,与给定值相比较得出偏差,并按某种运算规律算出结果送往执行器。
执行器能自动地根据控制器送来的控制信号来改变操纵变量的数值,以达到控制被控变量的目的。
被控对象是指需要控制其工艺参数的生产设备或装置。
3-2.什么叫直接参数和间接参数各使用在什么场合解答:如果被控变量本身就是需要控制的工艺指标,则称为直接参数;如果被控变量本身不是需要控制的工艺指标,但与其有一定的间接对应关系时,称为间接参数。
在控制系统设计时,尽量采用直接参数控制,只有当被控变量无法直接检测,或虽能检测,但信号很微弱或滞后很大,才考虑采用间接参数控制。
3-3.被控变量的选择应遵循哪些原则解答:被控变量的正确选择是关系到系统能否达到预期控制效果的重要因素,它选择的一般原则是:(1)被控变量应能代表一定的工艺操作指标或是反映工艺操作状态重要变量;(2)被控变量应是工艺生产过程中经常变化,因而需要频繁加以控制的变量;(3)被控变量应尽可能选择工艺生产过程的直接控制指标,当无法获得直接控制指标信号,或其测量或传送滞后很大时,可选择与直接控制指标有单值对应关系的间接控制指标;(4)被控变量应是能测量的,并具有较大灵敏度的变量;(5)被控变量应是独立可控的;(6)应考虑工艺的合理性与经济性。
3-4.操纵变量的选择应遵循哪些原则解答:(1)操纵变量应是工艺上允许加以控制的可控变量;(2)操纵变量应是对被控变量影响诸因素中比较灵敏的变量,即控制通道的放大系数要大一些,时间常数要小一些,纯滞后时间要尽量小;(3)操纵变量的选择还应考虑工艺的合理性和生产的经济性。
3-5.简述选择调节器正、反作用的目的,如何选择解答:其目的是使控制器、执行器、对象三个环节组合起来,能在控制系统中起负反馈作用。