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2 控制系统的组成及框图以上所列举的控制系统都属于简单控制系统，与其他任何的控制系统相同，这些控制系统均由下列基本单元组成。
○1被控对象（也称被控过程）是指被控制的生产设备或装置。
针对以上三例，分别是液罐、蒸汽加热器、气罐系统。
○2测量变送器用于测量被控变量，并按一定的规律将其转换为标准信号输出。
依据电器标准的不同，常用的标准信号包括：0—10mA DC信号（DDZ 二型仪表）、4—20mA DC信号（DDZ 三型仪表）、0.02—0.10MPa气动信号等。
○3执行器常用的是控制阀。
它接受来自控制器的命令信号u，用于自动改变控制阀的开度。
如例1中，控制器通过改变出水阀门的开度以调节水量Q。
，最终达到克服外部扰动对被控变量h的影响。
○4控制器（也称调节器）它将被控变量的测量值与设定值进行比较，得出偏差信号e（t），并按一定的规律给出控制信号u（t），对于工业中常用的各类控制器，其输入输出信号大都为标准的电流信号，如DDZ三型仪表的4—20mA DC信号。
通常，用文字叙述的方法来描述控制系统的组成和工作原理较为复杂，而在过程控制实践中常常采用直观的方框图来表示。
如图1.1.5为液体储罐液位控制对应的方框图，一般的单回路控制系统的方框图可用如图1.1.6所示的方框图来表示方框图中每一条线代表系统中的一个信号，线上的箭头表示信号传递的方向；每个方块代表系统中的一个环节，它表示了其输入对其输出的影响。
方框图可以把一个控制系统变量间的关系完整的表达出来。
3 过程控制的术语○1被控变量（Controlled Variable，CV）也称受控变量或过程变量（Process Variable，PV）。
他是指被控对象需要维持在其理想值的工艺变量，如上述各例中的夜罐液位、换热器工艺介质出口温度、罐内压力。
在过程控制中常用的被控变量包括：温度、压力/差压、液位/料位、流量、成分含量等实际物理量。
有时，也可以用过程变量的检测电信号来表示被控变量，该测量信号称为过程变量的测量值（Measurement）。
过程控制系统概述杨峰电信学院06自动化3班学号：40604010321所谓过程控制（Process Control）是指根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程自动化。
一﹑过程控制的特点随着生产过程的连续化﹑大型化和不断强化, 随着对过程内在规律的进一步了解,以及仪表﹑计算机技术的不断发展, 生产过程控制技术近年来发展异常迅速.所谓生产过程自动化, 一般指工业生产中(如石油﹑化工﹑冶金﹑炼焦﹑造纸﹑建材﹑陶瓷及热力发电等)连续的或按一定程序周期进行的生产过程的自动控制.凡是采用模拟或数字控制方式对生产过程的某一或某些物理参数(如温度﹑压力﹑流量等)进行的自动控制统称为过程控制.生产过程的自动控制, 一般要求保持过程进行中的有关参数为一定值或按一定规律变化. 由于被控参数不但受内﹑外界各种条件的影响, 而且各参数之间也会相互影响, 这就给对某些参数进行自动控制增加了复杂性和困难性. 除此之外, 过程控制尚有如下一些特点:1. 被控对象的多样性.对生产过程进行有效的控制, 首先得认识被控对象的行为特征, 并用数学模型给以表征, 这叫对象特性的辨识. 由于被控对象多样性这一特点, 就给辨识对象特性带来一定的困难.2. 被控对象存在滞后.由于生产过程大多在比较庞大的设备内进行, 对象的储存能力大, 惯性也大. 在热工生产过程中, 内部介质的流动和热量转移都存在一定的阻力, 因此对象一般均存在滞后性. 由自动控制理论可知, 如系统中某一环节具有较大的滞后特性, 将对系统的稳定性和动态质量指标带来不利的影响, 增加控制的难度.3. 被控对象一般具有非线性特点.当被控对象具有的非线性特性较明显而不能忽略不计时, 系统为非线性系统, 必需用非线性理论来设计控制系统, 设计的难度较高. 如将具有明显的非线性特性的被控对象经线性化处理后近似成线性对象, 用线性理论来设计控制系统, 由于被控对象的动态特性有明显的差别, 难以达到理想的控制目的.4. 控制系统比较复杂.控制系统的复杂性表现之一是其运行现场具有较多的干扰因素. 基于生产安全上的考虑, 应使控制系统具有很高的可靠性.由于以上特点, 要完全通过理论计算进行系统设计与控制器的参数整定至今乃存在相当的困难, 一般是通过理论计算与现场调整的方法, 达到过程控制的目的.二﹑过程控制系统的组成过程控制系统的组成, 一般可用如下框图表示被控参数（变量）y(t ) ;控制（操纵）参数（变量）q(t) ;扰动量f(t) ;给定值r(t) ;当前值z(t); 偏差e(t) ;控制作用u(t)三、过程控制系统的分类按系统的结构特点来分反馈控制系统，前馈控制系统，复合控制系统（前馈-反馈控制系统）按给定值信号的特点来分定值控制系统，随动控制系统1.反馈控制系统偏差值是控制的依据，最后达到减小或消除偏差的目的。
过程控制之液位流量串级控制系统1.1控制系统在实际应用中的重要意义单回路控制系统是过程控制中结构最简单的一种形式，它只用一个调节器，调节器也只有一个输入信号，从系统方框图看，只有一个闭环。
在大多数情况下，这种简单系统已经能够满足工艺生产的要求。
但在复杂的控制系统中，则需在单回路的基础上，采取其它措施，组成复杂控制系统，而串级控制系统就是其中一种改善和提高控制品质的极为有效的控制系统。
液位和流量是工业生产过程中最常用的两个参数，对液位和流量进行控制的装置在工业生产中应用的十分普遍。
液位的时间常数T一般很大，因此有很大的容积迟延，如果用单回路控制系统来控制，可能无法达到较好的控制质量。
而串级控制系统则可以起到十分明显的提高控制质量的效果，因此往往采用串级控制系统对液位进行控制。
1.2系统结构设计即为闭环控制系统，结构组成如下图 1.1所示。
图1.1 液位单回路控制系统框图当系统启动后，水泵开始抽水，通过管道分别将水送到上水箱和下水箱，由HB返回信号，是否还需要放水到下水箱。
其过程控制系统图如图 1.2所示。
图1.2 控制系统框图过程控制系统由四大部分组成，分别为控制器、调节器、被控对象、测量变送。
本次为流量回路控制,单容水箱如图1.2所示，Qi为入口流量，由调节阀开度μ加以控制，出口流量则由电磁阀控制产生干扰。
被调量为水箱中的水位H,它反映水的流入与流出量之间的平衡关系。
现在分析水位在电磁阀开度扰动下的动态特性。
显然，在任何时刻水位的变化均满足下述物料平衡方程：dH 1Qi - Q Odt F（1.1）其中Qi =k"（1.2）Q。
= k、H（1.3）F为水箱的横截面积；k.!.是决定于阀门特性的系数，可以假定它是常数；k是与电磁阀开度有关的系数，在固定不变的开度下,液位对象的传递函数：2.1控制规律的比较与选择2.1.1常见控制规律的类型及优缺点比较PID控制的各种常见的控制规律如下：一、比例调节（P调节）在P调节中，调节器的输出信号U t与偏差信号e t成比例，即U t 二K C e t (2.1)1.3控制系统的总体方框图及工作过程k可视为常数增量，UO 的大小可以通过调整调节器的工作点加以改变。
比较熟悉，容易结合实例理解概念。
在第二个小节中涉及到比较多的概念，诸如通道、闭环、传感器、控制器、执行器等，也应结合实际案例进行讲解，避免枯燥的概念学习，使学生能够将抽象的概念与实际相联系，对控制系统框图的绘制有很大帮助作用。
学情分析学生通过前几次课的学习已对控制系统的基本概念与工作过程有了一定的了解，在分析的过程中绘制过框图，同时通过流程章节的学习对流程图有一定的掌握，具有信息传递的基本知识和体验，也具有观察和使用简单控制系统的生活体验，所有这些知识和经验储备，为教学中师生共同进行案例分析归纳画图，提供了学习行为的保障。
由于很多学生之前没有学过电子课，对传感器、控制器、执行器的具体实例没有太多的认识，因此在学习的过程中可能会产生一些困难，因此在教学中可以结合一些关于传感器、执行器的电子知识使学生更好的理解。
板书设计第三节控制系统框图一、水箱水位控制系统二、控制系统框图的绘制方法1．绘制框图方法①按下面的顺序确定系统各个环节a:被控对象b:执行器c:控制器d:反馈环节②确定被控量(输出量)、控制量、输入量、反馈量和偏差量③用带箭头的直线表示信息在系统中流动、传递的方向④加上比较环节三、控制系统框图中通道与环节的作用1．通道及其作用（结合框图说明）2．环节及其作用（1）传感器（2）控制器（3）执行器（4）比较环节教学环节教师活动学生活动设计意图导入环节复习：空调控制系统是开环系统还是闭环系统？回答问题复习开环和闭环的概念，引入框图新课实践一、水箱水位控制系统分析控制系统的工作过程，根据学生描述画出框图在框图中标出各个组成部分及各量的对应名称：传感器，控制器，执行器，输入，输出，偏差，输出量，控制量，反馈量二、控制系统框图的绘制方法1．绘制框图方法①按下面的顺序确定系统各个环节a:被控对象（关键，是具体的事物）b:执行器c:控制器（一般是控制电路）d:反馈环节(仅闭环系统)②确定被控量(输出量)、控制量、输入量、反馈量和偏差量③用带箭头的直线表示信息在系统中流动、传递的方向④加上比较环节2．绘制的技巧我们看图时，一般习惯自左向右看。
