第一章自动控制系统的基本概念

第一章自动控制系统基本概念
1.化工自动化主要包括哪些内容？
答:化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。

2.现4.自动控制系统怎样构成？各组成环节起什么作用？
答:自动控制系统主要由两大部分组成。

一部分是起控制作用的全套自动化装置，对于常规仪表来说，它包括检测元件及变送器、控制器、执行器等；另一部分是受自动化装置控制的被控对象。

在自动控制系统中，检测元件及变送器用来感受被控变量的变化并将它转换
成一种特定的信号(如气压信号或电压、电流信号等)
器送来的测量信号与工艺上需要保持的设定值信号进行比较得出偏差，根据偏差
终实现控制要求。

3.12.什么是反馈？什么是正反馈和负反馈？
答:把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端的做法叫做反馈。

反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈；反之为正反馈。

第一章自动控制系统基本概念第一节自动控制系统的基本组成及表示形式液位自动控制的方框图方框图中， x 指给定值；z 指输出信号；e 指偏差信号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被控变量；f 指扰动作用（主要是进料量的变化，注意：此为对液位控制而言）。

当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈。

其他控制系统用同一种形式的方框图可以代表不同的控制系统当进料流量或温度变化等因素引起出口物料温度变化时，可以将该温度变化测量后送至温度控制器TC。

温度控制器的输出送至控制阀，以改变加热蒸汽量来维持出口物料的温度不变。

小结:自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。

举例：乙烯生产过程中脱乙烷塔的工艺管道及控制流程图第二节自动控制系统的基本组成及表示形式T 温度，P 压力（真空度），L 物位，F 流量I 指示，R 记录，A 报警，C 控制（调节）塔顶的压力控制系统中的PIC-207，PIC的组合就表示一台具有指示功能的压力控制器。

LIC-201是一台具有指示功能的液位控制器。

FRC-210表示一台具有记录功能的温度控制器。

PIC-207表示压力指示调节仪表，该仪表为就地安装，工段号为2，仪表序号为07。

第三节自动控制系统的分类1.定值控制系统：被控变量的给定值不变2.随动控制系统（自动跟踪系统）：给定值随机变化第四节自动控制系统的过渡过程和品质指标控制系统的过渡过程：系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程。

当干扰作用于对象，系统输出y发生变化，在系统负反馈作用下，经过一段时间，系统重新恢复平衡。

常用的是阶跃干扰。

采用阶跃干扰的优点：这种形式的干扰比较突然、危险，且对被控变量的影响也最大。

如果一个控制系统能够有效地克服这种类型的干扰，那么一定能很好地克服比较缓和的干扰。

这种干扰的形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。

举例：某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线如下图所示。

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。

自动控制原理总经典总结《自动控制原理》总复习控制线性非线连续离散描述函相平面建模－时域法串联(频率法)建模－求稳定性负倒描述函数曲线自振点振幅、频绘制相求奇点和极限环求运动校正第一章 自动控制的基本概念一、学习要点1. 自动控制基本术语：自动控制、系统、自动控制系统、被控量、输入量、干扰量、受控对象、控制器、反馈、负反馈控制原理等。

2. 控制系统的基本方式：①开环控制系统；②闭环控制系统；③复合控制系统。

3. 自动控制系统的组成：由受控对象和控制器组成。

4. 自动控制系统的类型：从不同的角度可以有不同的分法，常有：恒值系统与随动系统；线性系统与非线性系统；连续系统与离散系统；定常系统与时变系统等。

5. 对自动控制系统的基本要求：稳、快、准。

6. 典型输入信号：脉冲、阶跃、斜坡、抛物线、正弦。

二、基本要求1. 对反馈控制系统的基本控制和方法有一个全面的、整体的了解。

2. 掌握自动控制系统的基本概念、术语，了解自动控制系统的组成、分类，理解对自动控制系统稳、准、快三方面的基本要求。

3. 了解控制系统的典型输入信号。

4. 掌握由系统工作原理图画方框图的方法。

三、内容结构图自动控制的由系统工作原对控制系统常用术语、基本控反馈控制系控制系控制系四、知识结构图第二章 控制系统的数学模型一、学习要点1．数学模型的数学表达式形式（1）物理系统的微分方程描述；（2）数学工具—拉氏变换及反变换； （3）传递函数及典型环节的传递函数；（4）脉冲响应函数及应用。

2．数学模型的图形表示（1）结构图及其等效变换，梅逊公式的应用；（2）信号流图及梅逊公式的应用。

二、基本要求1、正确理解数学模型的特点，对系统的相似性、简化性、动态模型、静态模型、输入变 量、输出变量、中间变量等概念，要准确掌握。

2、了解动态微分方程建立的一般方法及小偏差线性化的方法。

3、掌握运用拉氏变换解微分方程的方法，并对解的结构、运动模态与特征根的关系、零输入 响应、零状态响应等概念有清楚的理解。

第一章自动控制系统的基本概念1.什么是自动控制系统？自动控制系统通常由哪些基本环节组成？各环节起什么作用？答：自动控制系统是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和（或）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的系统。

自动控制系统通常由给定环节、比较环节、校正环节、放大环节、执行机构、被控对象和检测装置等环节组成。

给定环节是设定被控制量的给定值的装置。

比较环节将所检测的被控制量与给定量进行比较，确定两者之间的偏差量。

校正环节将偏差信号转换成适于控制执行机构工作的信号。

放大环节将偏差信号变换为适于执行机构工作的物理量。

执行机构直接作用于控制对象，使被控制量达到所要求的数值。

被控对象是控制系统的被控制量或输出量，规律变化，以满足生产工艺的要求。

检测装置用来检测被控制量，并将其转换为与给定量相同的物理量。

2.试比较开环控制系统和闭环控制系统的优缺点。

答：开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自动补偿扰动量对输出量的影响。

当系统扰动量产生的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开环控制是有利的。

当扰动量无法预计或控制系统的精度达不到预期要求时，则应采用闭环控制。

闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠反馈环节进行自动调节，以克服扰动对系统的影响。

闭环控制极大地提高了系统的精度。

但是闭环使系统的稳定性变差，需要重视并加以解决。

3.什么是系统的暂态过程?对一般的控制系统，当给定量或扰动量突然增加到某一个值时，输出的暂态过程如何？答：暂态过程是系统从一个稳态过渡到新的稳态所经历的过程。

当给定量或扰动量突然增加到某一个值时，输出的暂态过程可能出现以下情况：(1)单调过程。

(2)衰减震荡过程。

(3)持续震荡过程。

(4)发散震荡过程。

第二章自动控制系统的数学模型2-1 什么是系统的数学模型?在自动控制系统中常见的数学模型形式有哪些?用来描述系统因果关系的数学表达式，称为系统的数学模型。

化工仪表及自动化总复习第一章自动控制系统基本概念一、基本要求1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系；2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法；3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义；4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义；5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。

二、常用概念1. 化工自动化的主要内容:自动检测，自动保护，自动操纵，自动控制系统2. 自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器）。

3. 被控对象：对其工艺参数进行控制的机器或设备4. 被控变量：生产过程需保持恒定的变量5. 操纵变量：具体实现控制作用的变量6. 干扰作用：在生产过程中引起被控变量偏离给定值的外来因素7. 设定值：被控变量的期望值，可固定也可以按程序变化8. 偏差：给定值与测量值之间的差值9. 闭环系统：系统的输出被反馈到输入端并与设定值进行比较的系统10.开环系统：系统的输出被反馈到输入端，执行器只根据输入信号进行控制的系统11. 控制系统的过渡过程:系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程12. 反馈:把系统的输出直接或经过一些环节后送到输入端，并加入到输入信号中的方法13. 负反馈：反馈信号的作用方向与给定信号相反，即偏差信号为两者之差（e=x—z）14. 正反馈：反馈信号的作用方向与原来的信号相同，使信号增强（e=x+z）三、问答题1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。

答：定值控制系统：给定值为常数随动控制系统：给定值随机变化程序控制系统：给定值按一定时间程序变化2.在阶跃扰动作用下，控制系统的过渡过程有哪几种形式? 其中哪些形式能基本满足控制要求？答：1.非周期衰减过程2.衰减振荡过程3.等幅振荡过程4.分散振荡过程1,2能基本满足控制要求，但1进程缓慢，只用于系统不允许震振荡时3. 试述控制系统衰减振荡过程的品质指标及其含义。