最新简单控制系统的设计
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基于PLC的手机贴膜机控制系统的设计方案
基于PLC的手机贴膜机控制系统的设计方案第一章引言1.1手机贴膜机发展现状随着我国手机市场的迅猛发展，庞大的手机市场及数码产品催生了其个性化美容服务市场。
现在大街上随处可见的手工手机贴膜生意个个忙得不亦乐乎，但传统手工贴膜速度慢，效率低，美观度差，缺乏个性化等缺点。
而自动贴膜技术在我国并不常见，我国手机自动贴膜技术还处于发展阶段，有广阔得前景。
1.2手机贴膜机发展前景手机贴膜机是一款最新的手机美容工具，手机贴膜机设计精巧方便携带，皮箱外装，美观大方，比费时费力的传统人工贴膜具有革命性进步，坚固耐用、稳定性高。
手机贴膜机的问世是手机美容行业革命性的产品，不仅操作简便，效率高，而且体积更小，方便携带。
以前贴膜的方法主要是人工手工粘贴,但贴膜质量不稳定、效率很低、尤其劳动力成本很高,降低了企业效益。
智能贴膜必将颠覆手机个性化服务市场，一经推出，供不应求。
该机设计精巧方便携带，随着我国手机市场的迅猛发展，手机贴膜机庞大的手机市场及数码产品催生了其个性化美容服务市场，发展前景广阔。
1.3 课题概述当今社会，移动通讯迅速发展，手机已经成为人们现代生活必须的通讯工具之一。
手机的生产和销售越来越大，生产厂家为了节约生产成本，提高生产效率。
手机自动贴膜机可以提高手机贴膜的效率、稳定性和平稳性而取代人工贴膜，减少了劳动力，降低了生产厂家的生产成本。
第二章总体方案设计2.1 机械结构手机贴膜机机械结构如图2-1所示。
该机主要由机架﹑基板组件，吸料贴裝组件，剥料板组件，治具架组件，调整支架组件，收料盘组件，给料盘组件，主动轮组件。
1. 机架主要由主支架、送料滑台支架和电控安裝箱三大部分組成。
2. 基板组件主要用来支撑，安裝其它主要组件。
3. 吸料贴裝组件主要用来保护膜剥离，贴合到产品表面。
4. 治具架组件主要用来产品定位，以及角度调整。
5. 调整支架组件主要用来调整保护膜与图2-1 手机贴膜机机械结构产品贴合时的位置。
《简单控制系统的设计作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术粤科版》
《简单控制系统的设计》作业设计方案第一课时引言：本作业设计旨在帮助学生加深对简单控制系统的理解，提高学生的实际操作能力和创新思维。
通过设计一个简单的控制系统，学生将能够掌握控制系统的基本原理和实现方法，并在实践中培养解决问题的能力。
一、作业内容：1. 设计一个简单的温度控制系统，要求能够实现在设定温度范围内保持恒温。
2. 使用Arduino或Raspberry Pi等开源硬件平台进行搭建，并编写相应的控制程序。
3. 要求控制系统能够实时监测环境温度，并根据设定值分别启动加热或制冷设备。
4. 学生需要设计原理图、程序代码，并进行实际的硬件搭建和调试。
二、作业步骤：1. 硬件准备：准备Arduino或Raspberry Pi开发板、温度传感器、继电器模块、加热或制冷设备等硬件材料。
2. 硬件连接：将温度传感器和继电器模块连接到开发板上，并连接相应的加热或制冷设备。
3. 软件编写：学生需要编写相应的控制程序，实现对温度传感器数据的读取和对加热或制冷设备的控制。
4. 调试测试：学生需要对控制系统进行调试测试，验证系统的稳定性和准确性。
5. 报告撰写：学生需要撰写控制系统设计原理、程序代码、实验步骤和结果分析等内容的实验报告。
三、作业要求：1. 学生需要独立完成控制系统的设计和搭建，不能抄袭他人作品。
2. 学生需要按时提交实验报告，并参与实验结果的讨论和分享。
3. 学生需要积极思考控制系统设计过程中的问题，并提出改进意见。
4. 学生需要在实践中培养团队合作和创新意识，共同探讨解决方案。
结语：通过本次作业设计，相信学生将能够深入理解简单控制系统的设计原理和实现方法，提高实际操作能力和创新思维，为将来的科研和工程实践打下坚实基础。
希望学生们能够认真对待这次作业，并在实践中不断学习和成长。
第二课时一、设计背景本次设计方案是针对《简单控制系统的设计》这门课程的一项学生作业设计方案。
控制系统是现代工程领域中非常重要的一个概念，通过对控制系统的设计实践，可以帮助学生更好地理解控制系统的原理和应用。
PLC控制项目系统设计方案分析
PLC控制项目系统设计方案分析嘿，大家好，今天咱们来聊聊PLC控制项目系统设计方案。
这可是个技术活儿，不过跟着我，保证让你轻松上手，成为项目里的技术大拿！一、项目背景这个项目是关于PLC控制系统的，简单来说，就是用PLC（可编程逻辑控制器）来实现对设备的自动控制。
这玩意儿广泛应用于各种自动化生产线、设备控制等领域，好处就是稳定、可靠，还能降低人工成本。
二、系统设计目标1.实现设备的自动化控制，提高生产效率。
2.确保系统稳定、可靠，降低故障率。
3.提高系统的可扩展性，便于后期升级和维护。
4.降低人工成本，提高经济效益。
三、系统设计方案1.PLC选型根据项目需求，我们选择一款性能稳定、功能强大的PLC，如西门子的S7-1200系列。
这款PLC具有丰富的通讯接口和编程功能，能满足我们的需求。
2.输入输出模块输入模块主要负责采集现场设备的信号，输出模块则负责控制现场设备。
根据项目需求，我们选择合适的输入输出模块，如模拟量输入输出模块、数字量输入输出模块等。
3.通讯网络设计为了实现设备之间的信息交互，我们需要搭建一个通讯网络。
这里我们选择工业以太网，它具有传输速率快、稳定性高等特点。
4.控制程序设计控制程序是整个系统的核心，负责实现设备的自动控制。
我们需要根据设备的工作原理和工艺要求，编写相应的控制程序。
这里我给大家分享一个小技巧：先将整个系统分解为若干个子系统，再分别编写控制程序，将它们整合在一起。
5.电气设计电气设计是确保系统正常运行的关键。
我们需要根据设备的工作电压、电流等参数，设计合适的电气线路。
同时，还要考虑电气安全，确保系统在恶劣环境下也能稳定运行。
6.人机界面设计人机界面是操作人员与系统交互的平台。
为了提高操作便利性和可视化程度，我们选择触摸屏作为人机界面。
通过触摸屏，操作人员可以实时监控设备运行状态，调整参数，查看故障信息等。
四、系统调试与验收1.系统调试系统调试是确保系统正常运行的重要环节。
第5章 简单控制系统的设计及参数调整方法
第五章 简单控制系统的设计
2. 控制参数的选择（重要选择）
依据过程特性对控制质量的影响，不难归纳选择控制参数的 一般原则：
K P越大越好 ， TP 适当小一些 ； （a）
（b） P 越小越好 ， P
/ TP 0.3
(c)K f 尽可能小， T f 尽可能大，尽可能多，尽可能将大的纯滞 后置于干扰通道，干扰进入系统的位置尽可能远离被控参数。
由此可见，时间常数越错开，K 0 越大，对系统稳定性越有 利，在保持一定稳定性的条件下，对保持质量越有利。
小结
控制通道的K P 越大越好，TP适当减小， P 越小越好，多个 时间常数的大小越错开越好。
第五章 简单控制系统的设计
（三）控制方案的确定
1、系统被控参数选取的一般原则 （a）应选取对产品的产量、质量、安全生产、经济运行、环 境保护有决定性作用、又可直接进行测量的工艺参数作为被 控参数（直接参数）； （b）选取与上述直接参数有单值对应关系的间接参数作为被 控参数； （c）间接参数对产品质量应有足够的灵敏性； （d）应考虑工艺的合理性及仪表的性能价格比等； 特别说明：被控参数一般由工艺工程师确定，控制工程师无 多大选择余地。
第五章 简单控制系统的设计
c）按下表计算出P、I、D调节器的参数
（2）优缺点：
a）该法可直接在闭环状态下进行，且无需测试过程的动态特性； b）方法简单，使用方便；
第五章 简单控制系统的设计
第五章 简单控制系统的设计
（2）P调节对系统质量的影响：
a）比例调节是一种有差调节？ b）比例调节系统的静差随比例带的增大而增大？比例带 的减少，意味着系统稳定性降低？ c）比例调节不适合给定值随时间变化的情况；
d）增大 K C（即减小比例带），可以减少系统的静差，加 快系统的响应速度？这是因为： KP KC KC K P TP s 1 C (s) K KP R( s) TP s 1 K C K P Ts 1 1 KC TP s 1 KC K P TP K ,T (惯性减小） 1 KC K P 1 KC K P
《简单控制系统的设计核心素养目标教学设计、教材分析与教学反思-2023-2024学年高中通用技术粤科
《简单控制系统的设计》导学案导学目标：1. 了解控制系统的基本观点和分类；2. 掌握控制系统的设计步骤和方法；3. 能够运用所学知识设计简单控制系统。
导学内容：一、控制系统的基本观点和分类1. 控制系统的定义：控制系统是指能够对被控对象进行监测、比较和调节的系统。
2. 控制系统的分类：根据控制对象的性质和控制方式，控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
二、控制系统的设计步骤和方法1. 确定控制目标：明确控制系统需要实现的具体功能和目标。
2. 建立数学模型：通过对被控对象进行建模，得到控制系统的数学描述。
3. 设计控制器：根据数学模型和控制目标，设计合适的控制器。
4. 仿真分析：利用仿真软件对设计的控制系统进行验证和分析。
5. 调整优化：根据仿真结果，对控制系统进行调整和优化。
三、设计简单控制系统以温度控制系统为例，设计一个简单的闭环控制系统。
1. 确定控制目标：将房间温度控制在设定温度范围内。
2. 建立数学模型：假设房间温度满足一阶惯性系统的动态特性。
3. 设计控制器：选择比例-积分-微分（PID）控制器。
4. 仿真分析：利用MATLAB等软件进行仿真分析。
5. 调整优化：根据仿真结果，调整PID参数以实现更好的控制效果。
导学任务：1. 阅读相关教材和资料，了解控制系统的基本观点和分类；2. 尝试设计一个简单的控制系统，并进行仿真分析；3. 总结设计过程中遇到的问题和经验，准备下节课分享。
参考资料：1. 《摩登控制理论与应用》；2. 知乎文章《控制系统设计导学案》；3. 网络资源《控制系统设计导学案范文》。
《简单控制系统的设计》教案
《简单控制系统的设计》教案一、教学目标1. 让学生了解控制系统的基本概念和分类。
2. 使学生掌握简单控制系统的设计方法和步骤。
3. 培养学生运用控制系统理论知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 控制系统的基本概念和分类2. 简单控制系统的设计方法3. 控制系统设计实例三、教学方法1. 讲授法：讲解控制系统的基本概念、分类和设计方法。
2. 案例分析法：分析控制系统设计实例，让学生参与讨论。
3. 实践操作法：让学生动手设计简单的控制系统。
四、教学准备1. 教学PPT：包含控制系统的基本概念、分类、设计方法和实例。
2. 控制系统设计软件：如MATLAB、Simulink等。
3. 计算机和投影仪。
五、教学过程1. 引入：讲解控制系统在工程中的应用，激发学生的兴趣。
2. 讲解控制系统的基本概念和分类：介绍控制系统的定义、目标、类型和性能指标。
3. 讲解简单控制系统的设计方法：包括系统建模、控制器设计、系统仿真和优化。
4. 分析控制系统设计实例：以实际工程案例为例，讲解设计过程和方法。
5. 实践操作：让学生利用控制系统设计软件，动手设计一个简单的控制系统。
7. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。
六、教学评估1. 课堂问答：通过提问了解学生对控制系统基本概念和分类的掌握情况。
2. 练习题：评估学生对简单控制系统设计方法的掌握程度。
3. 小组讨论：观察学生在案例分析中的参与度和协作能力。
4. 设计报告：评估学生对控制系统设计实例的理解和应用能力。
七、教学拓展1. 控制系统在其他领域的应用：介绍控制系统在工业、农业、医疗等领域的应用实例。
2. 先进控制系统：讲解现代控制系统技术，如智能控制、自适应控制等。
3. 控制系统设计软件的使用：教授学生如何运用MATLAB、Simulink等软件进行控制系统设计。
八、教学反馈1. 课堂反馈：课后收集学生对课堂教学的反馈，了解教学效果。
2. 作业反馈：对学生的练习题进行批改，提供个性化的反馈意见。
简单机电一体化系统设计与制作内容及要求
简单机电一体化系统设计与制作内容及要求以简单机电一体化系统设计与制作内容及要求为标题，本文将介绍机电一体化系统的基本概念、设计步骤、制作要求以及应注意的问题。
一、机电一体化系统的基本概念机电一体化系统是指将机械结构与电气控制相结合的系统。
它通过传感器、执行器以及控制器等组成部分，实现对机械运动的控制和监测。
机电一体化系统可以应用于各个领域，如工业生产线、机器人、自动化设备等。
二、机电一体化系统的设计步骤1.需求分析：明确系统的功能和性能要求，确定需要控制的参数和工作环境等信息。
2.系统设计：根据需求分析确定各个组成部分的类型和数量，设计系统的整体结构和布局。
3.电气设计：选择合适的电气元件，设计电气线路和控制逻辑，绘制电气原理图。
4.机械设计：根据系统需求设计机械结构，选择合适的材料和加工工艺，绘制机械图纸。
5.系统集成：将电气部分和机械部分进行连接和安装，进行系统调试和优化。
6.系统测试：对系统进行全面测试，验证系统的功能和性能是否满足设计要求。
7.系统维护：定期检查和维护系统，保证系统的正常运行。
三、机电一体化系统的制作要求1.安全性：系统的设计和制作应符合相关的安全标准和规范，确保使用过程中不会对人员和设备造成伤害。
2.可靠性：系统的各个组成部分应具有稳定可靠的性能，能够长时间稳定运行。
3.精确性：系统的测量和控制应具有高精度，能够满足设计要求。
4.稳定性：系统的控制和运动应具有良好的稳定性，能够适应各种工作环境。
5.易操作性：系统的操作界面应简洁明了，易于操作和维护。
6.可扩展性：系统的设计应具有一定的可扩展性，方便后续的升级和改造。
四、机电一体化系统设计与制作应注意的问题1.合理选择电气元件和机械部件，确保其性能和质量符合要求。
2.合理布局电气元件和机械部件，减少干扰和故障的可能性。
3.合理设计电气线路和控制逻辑，确保系统的稳定性和可靠性。
4.合理选择传感器和执行器，确保测量和控制的准确性。
简单控制系统设计
控制器方框的正、反作用选择依据是使 整个控制系统为负反馈，图8－3所示的控制 系统的方框图如图8－5所示。
根据前面的讨论，图可以8标－出5各方框的作用方向。
图8－5 控制系统方框图
假设执行器也是正作用
假设执行器也是正作用，此时，来确定 控制器的作用方向。
如果h受到扰动而增加，则有：
扰动→h↑→Y↑→e↓
（5）比例积分微分
微分作用对于克服容量滞后有显著效果， 对克服纯滞后是无能为力的。在比例作用的 基础上增加微分作用能提高系统的稳定性，
如再加上积分作用消除余差，又有 ，TI ，
TD三个参数可调，因此可以使得系统获得较 高的控制质量，它适合容量滞后大、负荷变 化大、控制质量要求高的场合，如反应器、 聚合釜的温度控制。
比例控制作用于控制通道滞后较小、时 间常数不太大、扰动幅度较小、负荷变化不 大、控制质量要求不高、允许有余差的场合。 如储灌液位、塔釜液位的控制和不太重要的 蒸汽压力的控制等。
（3）比例积分控制
引入积分作用能够消除余差，因此比例积分 控制是使用最多、应用最广泛的控制规律，但是， 加入积分作用后要保持系统原有的稳定性，必须加 大比例度（削弱比例作用），导致控制质量有所下 降，如最大偏差和振荡周期相应增大，过渡时间加 长。
1、控制规律选择
控制规律主要根据过程特性和要求来选： （1）位式控制
常见的位式控制有双位和三位两种。一般 适用于滞后较小，负荷变化不大也不剧烈，控 制质量要求不高，允许被控变量在一定范围内 波动的场合。如恒温箱、电阻炉等的温度控制 等。
（2）比例控制
是最基本的控制规律，当负荷变化时， 克服扰动能力强，控制作用及时，过渡过程 时间短，但过渡过程结束时存在余差，且负 荷变化越大余差也越大。
根据前面的讨论，图可以8标－出5各方框的作用方向。
图8－5 控制系统方框图
假设执行器也是正作用
假设执行器也是正作用，此时，来确定 控制器的作用方向。
如果h受到扰动而增加，则有：
扰动→h↑→Y↑→e↓
（5）比例积分微分
微分作用对于克服容量滞后有显著效果， 对克服纯滞后是无能为力的。在比例作用的 基础上增加微分作用能提高系统的稳定性，
如再加上积分作用消除余差，又有 ，TI ，
TD三个参数可调，因此可以使得系统获得较 高的控制质量，它适合容量滞后大、负荷变 化大、控制质量要求高的场合，如反应器、 聚合釜的温度控制。
比例控制作用于控制通道滞后较小、时 间常数不太大、扰动幅度较小、负荷变化不 大、控制质量要求不高、允许有余差的场合。 如储灌液位、塔釜液位的控制和不太重要的 蒸汽压力的控制等。
（3）比例积分控制
引入积分作用能够消除余差，因此比例积分 控制是使用最多、应用最广泛的控制规律，但是， 加入积分作用后要保持系统原有的稳定性，必须加 大比例度（削弱比例作用），导致控制质量有所下 降，如最大偏差和振荡周期相应增大，过渡时间加 长。
1、控制规律选择
控制规律主要根据过程特性和要求来选： （1）位式控制
常见的位式控制有双位和三位两种。一般 适用于滞后较小，负荷变化不大也不剧烈，控 制质量要求不高，允许被控变量在一定范围内 波动的场合。如恒温箱、电阻炉等的温度控制 等。
（2）比例控制
是最基本的控制规律，当负荷变化时， 克服扰动能力强，控制作用及时，过渡过程 时间短，但过渡过程结束时存在余差，且负 荷变化越大余差也越大。
简单控制系统的教学设计
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。
智能家居控制系统设计方案说明
智能家居控制系统设计方案说明目录1 关于“智能家居〞 ........................................................................................................................... - 3 -2 工程需求 ........................................................................................................................................... - 4 -2.1 灯光控制 ............................................................................................................................... - 4 -2.2 窗帘控制 ............................................................................................................................... - 4 -2.3 长途控制 ............................................................................................................................... - 4 -2.4 楼宇数字对讲控制 ............................................................................................................... - 4 -3 方案设计说明 ................................................................................................................................... - 5 -3.1 家庭内灯光控制 ................................................................................................................... - 5 -3.1.1 灯光控制系统组成局部 ........................................................................................... - 5 -3.1.2 家庭内各区域控制 ................................................................................................... - 5 -3.1.3 灯光控制系统模块化设计 ....................................................................................... - 8 -3.2 窗帘控制 ............................................................................................................................... - 8 -3.3 智能 /Internet 长途控制 ............................................................................................. - 9 -3.4 楼宇数字对讲控制 ............................................................................................................. - 10 -3.4.1 集中控制 .................................................................................................................. - 11 -3.4.2 楼宇数字对讲系统介绍 .......................................................................................... - 11 -3.4.3 数字可视对讲开展趋势 .......................................................................................... - 11 -3.4.4 数字可视对讲与模拟可视对讲的功能比照图...................................................... - 13 -3.4.5 数字楼宇对讲系统的突出长处 ............................................................................. - 15 -3.4.6 系统主要组成设备 ................................................................................................. - 15 -3.4.7 数字对讲技术核心 ................................................................................................. - 16 -4 智能家居系统布局图 ..................................................................................................................... - 17 -5 智能家居主要设备参数 ................................................................................................................. - 18 -5.1 灯光控制主要设备 ............................................................................................................. - 18 -5.1.1 简易网关〔总线藕合器〕 ..................................................................................... - 18 -5.1.2 电源模块 ................................................................................................................. - 18 -5.1.3 4路、6路继电器 ................................................................................................... - 18 -5.1.4 4路5A调光模块 ................................................................................................... - 19 -5.1.5 智能编程面板 ......................................................................................................... - 20 -5.2 窗帘控制主要设备 ............................................................................................................. - 20 -5.2.1 4路窗帘控制器 ...................................................................................................... - 20 -5.3 楼宇数字可视对讲主要设备 ............................................................................................. - 21 -5.3.1 数字室内终端 ......................................................................................................... - 21 -5.3.2 别墅小门口主机(二次识别机〕 ............................................................................ - 21 -5.3.3 单位门口主机 ......................................................................................................... - 22 -5.3.4 电源 ......................................................................................................................... - 23 -6 售后效劳承诺 ................................................................................................................................. - 24 -1关于“智能家居〞智能家居又称智能住宅，智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。
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5）极限环自整定法：对于有显著干扰的慢过程要获得稳定边界费时且困难，
引入非线性因素使系统出现极限环
6）模式识别法： 根据实测响应模式与理想响应模式的差别调整参数
5.5 过程计算机控制系统
1.最基本的控制任务： 直接数字控制（DDC）直接面向生产过程，采用数字
计算机，对被控参数进行控制。
2.两种设计方法： 模拟化设计（间接）：近似看作模拟系统，用连续系
➢调节阀流量特性的选择： 在直线和对数流量特性间选； 系统总的放大倍数尽可能保持不变，通常被控过程的特
性是非线性的(一阶以上特性)，而变送器、调节器(若比 例作用时)和执行机构的放大系数是常数。因此往往通过 选择调节阀的流量特性来补偿被控过程特性的非线性，从 而达到系统总放大倍数不变的目的。
3.调节器控制规律的选择
4.调节器正、反作用的确定
➢调节器作用方向确定的原则：应根据被控过程的 特性及调节阀的气开、气关形式来正确选择，以使 自动控制系统成为一个负反馈的闭环系统，即如果 被控变量偏高，则控制作用应使之降低；相反，如 果被控变量偏低，则控制作用应使之升高。控制作 用对被控变量的影响应与扰动作用对被控变量的影 响相反，才能使被控变量回到设定值。
第五章 简单控制系统的工程设计
➢调节器控制规律的选择原则：
2条规律
（1）根据 0 比值选择控制规律
T0 0 0 . 2 选P或PI；
T0
0.2 0 1.0 选PI或PID；
T0
0 1 . 0 复杂控制；
T0
（2）根据过程特性选择控制规律
P： 较快，克服扰动使系统稳定；有余差。滞后小、负荷变化不大，要求不高。 PI: 无余差；稳定性降低。滞后小、负荷变化不大，不允许有余差的场合。 PD：克服容量滞后，改善动态性能指标。时间常数或容量滞后较大的场合。
1
1
W c(Z)1Z1Z[W c(s)s]
Wc(Z)Z[1seTs Wc(s)]
4.数字PID控制算法：
u (k) kp { e (k) T T I jk 1e (j) T T D [e (k) e (k 1 )]}
4.数字PID控制算法： 1）位置式 2）增量式 3）积分分离式 4）抗积分饱和式 5）变速积分式 6）不完全微分式
2）工程整定：直接在过程控制系统中进行整定。（实用性强）
➢2.工程整定方法
1）动态特性参数法（响应曲线法）：得到阶跃曲线，求出动态特
性参数，据此按相应公式计算出整定参数值
2）临界比例度法（稳定边界法）：等幅振荡曲线，取参数计算
3）阻尼振荡法（衰减曲线法）：4：1 的衰减曲线 ，取参数计算
4）现场经验凑试法： 先比例、后积分、最后微分的顺序
简单控制系统的设计
5.1 工程设计概述
第五章 简单控制系统的工程设计
单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一 个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器 所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控 制系统。
单回路反馈控制系统组成方框图：
是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和 投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十 分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较 平缓，或者控制质量要求不太高的场合。
判别式：
( 控 制 器 " " ) ( 调 节 阀 " " ) ( 对 象 " " ) “ - ?
5.4 控制器参数整定
通过调整控制器参数，使控制器特性与被控过程特性 配合好，获得满意的系统静态与动态特性。
1.整定方法：
1）理论计算：在已知过程数学模型基础上，依据控制理论 计算求取最佳参数。(根轨迹、频特性等)
第五章 简单控制系统的工程设计
➢目的：
为了使调节器的特性与控制过程的特性能很好配合， 使所设计的系统能满足生产工艺对控制质量指标的要求。
➢调节器PID控制规律对控制质量的影响：
当过程控制通道时间常数较小，而负荷变化很快， 引入微分和积分作用均要引起系统振荡，对控制质量 的影响不利。
第五章 简单控制系统的工程设计
➢控制参数选择的一般原则为：
① 控制通道放大系数K0要适当大一些，时间常数T0要适当
小一些，纯滞后τ0 越小越好；
② 扰动通道放大系数Kf要尽可能小，时间常数Tf要大一些, 扰动作用点位置要远离被控量的检测点；
③ 过程本身存在多个时间常数时，应尽量设法使他们越错 开越好；
④ 控制量应具有可控性，工艺操作合理性，经济性。
当广义过程的时间常数较大，纯时延较小时(即τ0／ To很小)，引入微分作用其效果良好。此时各类调节器 控制规律对控制质量的影响为：比例积分微分(PID)作 用最好，比例微分（PD）作用较好，比例（P）作用次 之，比例积分（PI）作用较差。
当过程控制通道时延很大，负荷变化也很大时，单回路 控制系统已不能满足工艺要求，需采用其他控制方案.
5.3 设备选型
第五章 简单控制系统的工程设计
1. 测量变送问题
➢被控参数的测量和变送必须迅速正确地反映其实际变化 情况，为系统设计提供准确的控制依据。
➢测量和变送环节的描述：
Wm(s)
Km ems Tms1
➢参数选择原则：
减小Tm和τm均对提高系统的控制质量有利。若Tm较大，
则会使记录曲线与实际参数之间产生较大的动态误差。
统理论动态分析和设计，再将设计结果转变成数字计算 机的控制算法。
离散化设计（直接）：变成纯粹的离散系统，用Z变换 等工具进行分析设计，直接设计出控制算法。
3. 离散化方法：
1）差分变换法：用差分方程近似微分方程（后向、前向）
2）零阶保持器法：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列 与模拟调节器阶跃响应的采样值相等，即：
从减小测量变送环节误差角度考虑，应减少仪表的量程，
即增大Km。
第五章 简单控制系统的工程设计
2.调节阀（执行器）的选择
➢调节阀类型的选择：气动执行器和电动执行器
➢调节阀口径（Dg、dg）大小的选择：主要依据是 阀的流通能力。正常工况下要求调节阀开度处于15 ％～85％之间。
➢调节阀气开、气关形式的选择：主要以安全方面考虑。
主要内容
➢ 偏差积分性能 ➢ 控制参数的选择原则 ➢ 控制规律的选择 ➢ 控制器参数整定方法 ➢ 数字PID控制算法
引入非线性因素使系统出现极限环
6）模式识别法： 根据实测响应模式与理想响应模式的差别调整参数
5.5 过程计算机控制系统
1.最基本的控制任务： 直接数字控制（DDC）直接面向生产过程，采用数字
计算机，对被控参数进行控制。
2.两种设计方法： 模拟化设计（间接）：近似看作模拟系统，用连续系
➢调节阀流量特性的选择： 在直线和对数流量特性间选； 系统总的放大倍数尽可能保持不变，通常被控过程的特
性是非线性的(一阶以上特性)，而变送器、调节器(若比 例作用时)和执行机构的放大系数是常数。因此往往通过 选择调节阀的流量特性来补偿被控过程特性的非线性，从 而达到系统总放大倍数不变的目的。
3.调节器控制规律的选择
4.调节器正、反作用的确定
➢调节器作用方向确定的原则：应根据被控过程的 特性及调节阀的气开、气关形式来正确选择，以使 自动控制系统成为一个负反馈的闭环系统，即如果 被控变量偏高，则控制作用应使之降低；相反，如 果被控变量偏低，则控制作用应使之升高。控制作 用对被控变量的影响应与扰动作用对被控变量的影 响相反，才能使被控变量回到设定值。
第五章 简单控制系统的工程设计
➢调节器控制规律的选择原则：
2条规律
（1）根据 0 比值选择控制规律
T0 0 0 . 2 选P或PI；
T0
0.2 0 1.0 选PI或PID；
T0
0 1 . 0 复杂控制；
T0
（2）根据过程特性选择控制规律
P： 较快，克服扰动使系统稳定；有余差。滞后小、负荷变化不大，要求不高。 PI: 无余差；稳定性降低。滞后小、负荷变化不大，不允许有余差的场合。 PD：克服容量滞后，改善动态性能指标。时间常数或容量滞后较大的场合。
1
1
W c(Z)1Z1Z[W c(s)s]
Wc(Z)Z[1seTs Wc(s)]
4.数字PID控制算法：
u (k) kp { e (k) T T I jk 1e (j) T T D [e (k) e (k 1 )]}
4.数字PID控制算法： 1）位置式 2）增量式 3）积分分离式 4）抗积分饱和式 5）变速积分式 6）不完全微分式
2）工程整定：直接在过程控制系统中进行整定。（实用性强）
➢2.工程整定方法
1）动态特性参数法（响应曲线法）：得到阶跃曲线，求出动态特
性参数，据此按相应公式计算出整定参数值
2）临界比例度法（稳定边界法）：等幅振荡曲线，取参数计算
3）阻尼振荡法（衰减曲线法）：4：1 的衰减曲线 ，取参数计算
4）现场经验凑试法： 先比例、后积分、最后微分的顺序
简单控制系统的设计
5.1 工程设计概述
第五章 简单控制系统的工程设计
单回路反馈控制系统---又称简单控制系统，是指由一 个被控过程、一个检测变送器、一个控制器和一个执行器 所组成的．对一个被控变量进行控制的单回路反馈闭环控 制系统。
单回路反馈控制系统组成方框图：
是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和 投运，能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十 分广泛，尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较 平缓，或者控制质量要求不太高的场合。
判别式：
( 控 制 器 " " ) ( 调 节 阀 " " ) ( 对 象 " " ) “ - ?
5.4 控制器参数整定
通过调整控制器参数，使控制器特性与被控过程特性 配合好，获得满意的系统静态与动态特性。
1.整定方法：
1）理论计算：在已知过程数学模型基础上，依据控制理论 计算求取最佳参数。(根轨迹、频特性等)
第五章 简单控制系统的工程设计
➢目的：
为了使调节器的特性与控制过程的特性能很好配合， 使所设计的系统能满足生产工艺对控制质量指标的要求。
➢调节器PID控制规律对控制质量的影响：
当过程控制通道时间常数较小，而负荷变化很快， 引入微分和积分作用均要引起系统振荡，对控制质量 的影响不利。
第五章 简单控制系统的工程设计
➢控制参数选择的一般原则为：
① 控制通道放大系数K0要适当大一些，时间常数T0要适当
小一些，纯滞后τ0 越小越好；
② 扰动通道放大系数Kf要尽可能小，时间常数Tf要大一些, 扰动作用点位置要远离被控量的检测点；
③ 过程本身存在多个时间常数时，应尽量设法使他们越错 开越好；
④ 控制量应具有可控性，工艺操作合理性，经济性。
当广义过程的时间常数较大，纯时延较小时(即τ0／ To很小)，引入微分作用其效果良好。此时各类调节器 控制规律对控制质量的影响为：比例积分微分(PID)作 用最好，比例微分（PD）作用较好，比例（P）作用次 之，比例积分（PI）作用较差。
当过程控制通道时延很大，负荷变化也很大时，单回路 控制系统已不能满足工艺要求，需采用其他控制方案.
5.3 设备选型
第五章 简单控制系统的工程设计
1. 测量变送问题
➢被控参数的测量和变送必须迅速正确地反映其实际变化 情况，为系统设计提供准确的控制依据。
➢测量和变送环节的描述：
Wm(s)
Km ems Tms1
➢参数选择原则：
减小Tm和τm均对提高系统的控制质量有利。若Tm较大，
则会使记录曲线与实际参数之间产生较大的动态误差。
统理论动态分析和设计，再将设计结果转变成数字计算 机的控制算法。
离散化设计（直接）：变成纯粹的离散系统，用Z变换 等工具进行分析设计，直接设计出控制算法。
3. 离散化方法：
1）差分变换法：用差分方程近似微分方程（后向、前向）
2）零阶保持器法：离散近似后的数字控制器的阶跃响应序列 与模拟调节器阶跃响应的采样值相等，即：
从减小测量变送环节误差角度考虑，应减少仪表的量程，
即增大Km。
第五章 简单控制系统的工程设计
2.调节阀（执行器）的选择
➢调节阀类型的选择：气动执行器和电动执行器
➢调节阀口径（Dg、dg）大小的选择：主要依据是 阀的流通能力。正常工况下要求调节阀开度处于15 ％～85％之间。
➢调节阀气开、气关形式的选择：主要以安全方面考虑。
主要内容
➢ 偏差积分性能 ➢ 控制参数的选择原则 ➢ 控制规律的选择 ➢ 控制器参数整定方法 ➢ 数字PID控制算法