控制系统方块图

闭环控制系统方框图10例

1、空调温度控制系统

2、家用电冰箱温度控制系统

3、加执炉温度控制示意

4、投篮

+

给定量 控制器 加热器 加热炉 炉内温度 比较器

检测装置（反馈） - 干扰 控执被控被控量

（输出给定量

（输入检测装置 控比控制器 执行器 被控对象 被控量

（篮球位给定量

（篮圈位检测装置

（眼睛） 控制量

（投掷比控制器

（电子执行器

（压缩被控对象 被控量

（冷藏室温度） 给定量

（设定的温检测装置

（温度传感控制量 比5、供水水箱的水位自动控制系统

6、抽水马桶的自动控制系统

7、花房温度控制系统

8、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统

9、粮库温、湿度自动控制系统

控制器

（机械或电气控制执行器 被控对象 被控量

（水箱水给定量

（设定的水位检测装置

（浮球或液位传控制量 比控制器

（连杆执行器

（进水被控对象 被控量

（水箱水给定量

（设定的水检测装置

（浮球） 控制量

比给定量

（设定的控制器

（控制执行器

（加被控对象 被控量

（花房检测装置

（温度传感控制量

比控制器

（控制执行器

（加热被控对象 被控量

（水给定量

（设定的检测装置装置 控制量

（热量） 比控制器

（控制装置） 执行器

（降温除湿装置）置 被控对象 被控量

（粮给定量

（设定的温、湿度）

检测装置

（感温、湿装置） 控制量

（降温除湿比10、自动电热水壶控制系统

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给定量

（电流） 控制器

（温控执行器 被控对象 被控量

（水检测装置

（测温装控制量

（加热比

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）。

闭环控制系统方框图10例

1、空调温度控制系统

2、家用电冰箱温度控制系统

3、加执炉温度控制示意

4、投篮

+ 给定量 控制器 加热器 加热炉 炉内温度 比较器

检测装置（反馈） - 干扰 控制器 执行器 被控对象 被控量

（输出量） 给定量

（输入量）

检测装置 控制量 比较器

控制器

（大脑） 执行器

（手） 被控对象

（篮球） 被控量

（篮球位置） 给定量

（篮圈位置）

检测装置

（眼睛） 控制量

（投掷力） 比较器 控制器

（电子电路） 执行器

（压缩机） 被控对象

（电冰箱） 被控量

（冷藏室温度）

给定量

（设定的温度）

检测装置

（温度传感器） 控制量

（电压） 比较器 5、供水水箱的水位自动控制系统

6、抽水马桶的自动控制系统

7、花房温度控制系统

8、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统

9、粮库温、湿度自动控制系统

控制器

（机械或电气控制装置） 执行器

（阀门） 被控对象

（水箱） 被控量

（水箱水位） 给定量

（设定的水位高度）

检测装置

（浮球或液位传感器） 控制量

（进水量） 比较器

控制器

（连杆机构） 执行器

（进水阀门） 被控对象

（水箱） 被控量

（水箱水位） 给定量

（设定的水位）

检测装置

（浮球） 控制量

（进水量） 比较器

给定量 （设定的温度） 控制器

（控制电路） 执行器

（加热或制冷元件） 被控对象

（花房） 被控量

（花房温度）

检测装置

（温度传感器） 控制量

比较器

控制器

（控制电路） 执行器

（加热器） 被控对象

（水箱） 被控量

（水温） 给定量

（设定的水温）

检测装置装置

（感温装置） 控制量

（热量） 比较器

控制器

（控制装置） 执行器

（降温除湿装置）置 被控对象

（粮库） 被控量

（粮库内温、湿度） 给定量

（设定的温、湿度）

检测装置

（感温、湿装置） 控制量

（降温除湿时间） 比较器 10、自动电热水壶控制系统

开环控制系统与闭环控制系统方框图几例（仅供参考）

1.普通机械式电饭煲简单的工作过程如下：接通电源，拨动杠杆按钮，给出做饭指令，磁钢吸合，拉住与之相连的杠杆，杠杆拨动微动开关，微动开关在杠杆的按压下接通加热回路，磁钢铝壳帽与锅底接触，开始加热。当饭熟时（不再有水的沸腾），锅底温度升高，磁钢温度达到150℃时失去磁性，在弹簧力作用下，杠杆下移，微动开关恢复常态，结束加热状态。此时电源仍是接通状态，由于双金属片温控器的作用，电饭煲进入保温状态（70度以下），这就是电饭煲接通电源后即使不按键也能得到温水的原因。但不按下杠杆按键则煮不熟饭。

由上面的工作过程可知，普通电饭煲虽然简单，但其控制过程还是比较复杂的。其工作流程为：给出“做饭”指令—— 进入加热状态——判断是否达到150度，没有达到，继续加热，如果达到，则进入保温状态。从这个流程知道，电饭煲的控制，从总体上说，仍是一个开环控制。因为，输入一个“做饭”指令，输出的就是“做饭”状态。如果输入的是“温水”指令，则输出的状态就是“温水”状态。即输入量和输出量是一一对应的。但是，其局部环节还有反馈。其参考方块图如下：

3.宾馆、酒店的“自动叫醒服务系统”是一个开环控制系统。

参考框图如下：

4．家用缝纫机的缝纫速度控制系统 缝纫机“转速控制系统”的控制对象应该是“缝纫机”不应该是“机针”。对缝纫机来说，还有其它控制系统，如“针距控制系统”、“倒车控制系统”等，这些系统的控制对象都是缝纫机。参考框图如下：

注：有些学生会认为这个控制系统是一个闭环控制系统，理由是人可以不断调整缝纫的转速。其实这种理解是错误的。它不是闭环的原因是：第一，它输入的转速不是恒定的，没法与输出转速进行比较。第二， “人”作为操作者，对控制系统施加控制指令的行为，不能视为“人作为某个环节参与了控制系统”。

5.走道路灯的声光控制系统

声光自动控制白炽灯开关的基本工作原理如下：白天或夜晚光线较亮时，光控部分将开关自动关断，声控部分不起作用。当光线较暗时，光控部分将开关自动打开，负载电路的通断受控于声控部分。电路是否接通，取决于声音信号强度。当声强达到一定程度时，电路自动接通，点亮白炽灯，并开始延时，延时时间到，开关自动关断，等待下一次声音信号触发。这样，通过对环境声光信号的检测与处理，完成电路通断的自动开关控制。其声控部分的参考框图如下：