第一章 反馈控制系统实例
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第一篇过程控制系统第一章单回路反馈控制系统简称:单回路控制系统、简单控制系统在所有反馈控制系统中,单回路反馈控制系统是最基本、结构最简单的一种。
在生产过程控制中应用得最为广泛的、并能解决大量控制问题的系统(70%)。
研究单回路系统的分析和设计方法,是研究复杂控制系统的基础。
1.1 单回路系统的结构组成一、系统的组成举例:如图所示的水槽,流入量F1、流出量F2,为了控制水槽的液位L不变,选择相应的变送器、控制器、控制阀,并按左图组成单回反馈控制系统。
图1-2 水槽液位控制系统注:LC表示液位控制器,sp代表控制器的给定值。
假定控制阀为气闭,控制器为反作用。
偏差:测量信号与给定值之差。
当测量值大于给定值时,偏差为正,反之为负。
第一种情况(初始状态:平衡状态F1=F2)入口阀突然开大→ F1>F2 → L↑ → 正偏差→ 输出减小→ 控制阀↑ → F2 ↑→ L↓→F1=F2→ 系统达到新的平衡 入口阀突然开小→ F1<F2→L ↓ → 负偏差→ 输出增大→ 控制阀↓ → F2 ↓→ L ↑ → F1=F2 → 系统达到新的平衡第二种情况初始状态:平衡状态F1=F2) 出口阀突然开大→F2>F1→L ↓→ 负偏差→输出增大→控制阀↓→F2↓→ L↑→ F1=F2→系统达到新的平衡出口阀突然关小→ F1>F2 → L ↑ → 正偏差→ 输出减小→ 控制阀↑ → F2 ↑ → L ↓ → F1=F2→系统达到新的平衡3单回路控制系统方框图R(S):给定值的拉氏变换式Gc(S):控制器传递函数X(S):测量值的拉氏变换式Gv(S):控制阀传递函数E(S):偏差的拉氏变换式Gm(S) 变送器传递函数U(S):控制信号的拉氏变换式Go(S):对象控制通道的传函Q(S):操纵变量的拉氏变换式Gf(S):对象扰动通道的传函Y(S):被控变量的拉氏变换式F(S):扰动信号的拉氏变换式几点说明:(1)图中的各个信号值都是增量初始状态为零;图中箭头表示的是信号流向,而不是物料或能量的流向。
第三讲机体生理功能的调节一、生理功能的调节方式(一)神经调节●概念:通过神经系统的活动对机体功能进行调节。
基本方式:反射(reflex)。
●反射:在中枢神经系统的参与下,机体对刺激产生的规律性反应。
结构基础:反射弧(reflex arc);组成:感受器、传入神经、中枢、传出神经和效应器;类型:非条件反射和条件反射。
●神经调节的特点:迅速、精确、时间短暂。
例:颈动脉窦和主动脉弓压力感受性反射(负反馈调节)例:脊柱的神经传导活动(二)体液调节●概念:体内的一些细胞能生成并分泌某些特殊的化学物质,后者经由体液运输,到达全身的组织细胞或某些特殊的组织细胞,通过作用于细胞上相应的受体(receptor),对这些细胞的活动进行调节。
●类型:全身性体液调节、局部性体液调节、神经-体液调节●特点:缓慢、弥散、持久神经-体液调节神经细胞直接或间接地调节一些内分泌细胞的作用,使这些内分泌细胞成了反射弧的传出纤维的延长部分,以这种方式发挥的调节作用称为神经-体液调节。
(三)自身调节●概念:环境变化时,器官、组织、细胞不依赖神经或体液调节而产生的适应性反应。
肾血流自身调节:动脉血压在80-180mmHg范围内变动时,肾血流量能保持相对稳定。
脑血流自身调节:动脉血压在60-140mmHg范围内变动时,脑血流量能保持相对稳定。
●特点:调节幅度小,不灵敏,局限。
二、体内的控制系统●人体功能调节过程和工程控制有许多共同的规律。
●从控制论的角度来看,人体内存在数以千计的各种控制系统(control system);甚至在一个细胞内也存在着许多极其精细复杂的控制系统,对细胞的各种功能进行调节。
因此,学者们也应用控制论的概念、原理和方法来认识和分析机体各种功能的调节。
●从控制论的观念来分析,任何控制系统都由控制部分和受控部分组成。
控制系统可分为三大类:非自动控制系统反馈控制系统前馈控制系统(一)非自动控制系统●非自动控制系统是一种“开环”系统。