第一章 控制系统的基本概念

《计算机控制技术》复习思考题

第一章 自动控制系统基本概念

1. 自动控制系统的组成

一个简单的自动控制系统，均可概括成两大部分：一部分是自动化装置控制下的生产设备，称为被控对象；另一部分是为实现自动控制所必须的自动化仪表设备，简称为自动化装置，它包括测量变送器、调节器和执行器等。

简单的自动控制系统由被控对象、测量变送器、调节器及执行器四大部分组成。

2. 术语

a) 被控对象？调节器？执行器？测量变送器？

b) 被控变量，y？设定值，g？测量值，z？偏差，e？干扰，f？调节参数？

在被控对象中，需要控制一定数值的工艺参数叫做被控变量，用字母y表示。被控变量的测量值用字母：表示，按生产工艺的要求，被控变量希望保持的具体数值称为设定值，用字母譬表示。被控变量的测量值与设定值之间的差值叫做偏差，用字母e表示，e=g-z。在生产过程中，凡能影响被控变量偏离设定值的种种因素称为干扰，用字母，表示。用来克服干扰对被控变量的影响，实现控制作用的参数叫做调节参数。

c) 反馈？负反馈、正反馈？

把系统（或环节）的输出信号直接或经过一些环节重新返回到输入端的做法叫做反馈。如果反馈信号能够使原来的信号减弱，也就是反馈信号取负值，那么就叫做负反馈。

如果反馈信号取正值，反馈信号使原来的信号加强，那么就叫做正反馈。

自动控制系统绝对不能单独采用正反馈。

d) 闭环系统？

一个一个信号沿着箭头的方向传送，最后又回到原来的起点，形成一个闭合的回路，如此循环往复，直到被控对象的被控变量值达到或接近设定值为止，所以这种自动控制系统是闭环系统。

自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。

3. 自动控制系统方框图?

4. 自动控制系统的分类？

按照工艺过程需要控制的参数值即设定值是否变化和如何变化来分类，而将闭环自动控制系统分为定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统三大类。

按调节器具有的控制规律来分类，如位式、比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统。

过程装备控制技术及应用习题及参考答案

第一章 控制系统的基本概念

1.什么叫生产过程自动化？生产过程自动化主要包含了哪些内容？

答：利用自动化装置来管理生产过程的方法称为生产过程自动化。主要包含：①自动检测系统②信号联锁系统③自动操纵系统④自动控制系统。

2.自动控制系统主要由哪几个环节组成？自动控制系统常用的术语有哪些？

答：一个自动控制系统主要有两大部分组成：一部分是起控制作用的全套自动控制装置，包括测量仪表，变送器，控制仪表以及执行器等；另一部分是自动控制装置控制下的生产设备，即被控对象。

自动控制系统常用的术语有：

被控变量y——被控对象内要求保持设定数值的工艺参数，即需要控制的工艺参数，如锅炉汽包的水位，反应温度；

给定值（或设定值）ys——对应于生产过程中被控变量的期望值；

测量值ym——由检测原件得到的被控变量的实际值；

操纵变量（或控制变量）m——受控于调节阀，用以克服干扰影响，具体实现控制作用的变量称为操纵变量，是调节阀的输出信号；

干扰f——引起被控变量偏离给定值的，除操纵变量以外的各种因素；

偏差信号（e）——被控变量的实际值与给定值之差，即e=ym - ys

控制信号u——控制器将偏差按一定规律计算得到的量。

3.什么是自动控制系统的方框图？它与工艺流程图有什么不同？

答：自动控制系统的方框图上是由传递方块、信号线（带有箭头的线段）、综合点、分支点构成的表示控制系统组成和作用的图形。其中每一个分块代表系统中的一个组成部分，方块内填入表示其自身特性的数学表达式；方块间用带有箭头的线段表示相互间的关系及信号的流向。采用方块图可直观地显示出系统中各组成部分以及它们之间的相互影响和信号的联系，以便对系统特性进行分析和研究。而工艺流程图则是以形象的图形、符号、代号，表示出工艺过程选用的化工设备、管路、附件和仪表自控等的排列及连接，借以表达在一个化工生产中物料和能量的变化过程，即原料→成品全过程中物料和能量发生的变化及其流向。

自动控制原理基本概念知识点总结

自动控制原理是现代控制工程的基础理论，研究自动控制系统的建模、分析与设计方法。掌握自动控制原理的基本概念对于理解和应用控制技术起着重要的作用。本文将对自动控制原理的基本概念知识点进行总结。

一、控制系统基本概念

1.1 控制系统的定义

控制系统是通过对被控制对象施加命令，以达到预期目标的系统。它由输入信号、输出信号、被控制对象和控制器等组成。

1.2 开环控制系统与闭环控制系统

开环控制系统是指控制器的输出不受被控制对象的反馈信号影响的控制系统。闭环控制系统是指控制器的输出受到被控制对象的反馈信号影响的控制系统。

1.3 正反馈与负反馈

正反馈是指系统的输出信号与输入信号同方向，有放大的作用；负反馈是指系统的输出信号与输入信号反向，有稳定的作用。

二、控制系统的数学描述

2.1 传递函数 传递函数是用来描述控制系统输入与输出之间的关系的数学模型。它通常由拉普拉斯变换或者Z变换得到。

2.2 系统的稳定性

系统的稳定性是指当系统受到扰动或者参数变化时，输出信号是否趋于有限，并且不出现无穷大的情况。

2.3 时域指标

时域指标包括超调量、调节时间、上升时间等，用来衡量系统的动态性能。

三、控制系统的设计方法

3.1 PID控制器

PID控制器是最常用的一种控制器，它由比例项、积分项和微分项组成，可用于调节系统的稳态误差、快速响应和抑制振荡。

3.2 稳态误差补偿

稳态误差补偿方法用于减小系统在达到稳态时的误差，例如使用积分控制器。

3.3 根轨迹法

根轨迹法是一种用于分析系统稳定性和性能的图形法，它通过在复平面上绘制传递函数的极点和零点来描述系统的特性。

四、控制系统的稳定性分析 4.1 极点配置法

极点配置法是一种通过调整系统的极点位置来改变系统的动态响应，从而实现稳定性分析和改进的方法。

4.2 Nyquist准则

Nyquist准则是一种通过绘制传递函数的频率响应曲线，并通过判断曲线与负实轴交点的数量来判断系统稳定性的方法。

自动控制原理重点

第一章 自动控制系统的基本概念

第二节 闭环控制系统的基本组成

1、基本组成

结构方块图如图所示

2、基本元部件：

（1）控制对象：进行控制的设备或过程。（工作机械）

（2）执行机构：执行机构直接作用于控制对象。（电动机）

（3）检测装置：用来检测被控量，并将其转换成与给定量相同的物理

量（测速发电机）

（4）中间环节：一般指放大元件。（放大器，可控硅整流功放）

（5）给定环节：设定被控量的给定值。（电位器）

（6）比较环节：将所测的被控量与给定量比较，确定两者偏差量。

（7）校正环节：用于改善系统性能。校正环节可加于偏差信号与输出信号之间的通道内，也可加于某一局部反馈通道内。前者称为串联校正，后者称为并联校正或反馈校正。

第三节 自控控制系统的分类

一、按数学描述形式分类：

1．线性系统和非线性系统

（1）线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。

（2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。

2．连续系统和离散系统

（1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数。连续系统的运动规律可用微分方程描述，系统中各部分信号都是模拟量。 （2）离散系统：系统中某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传递的系统。离散系统的运动规律可以用差分方程来描述。计算机控制系统就是典型的离散系统。

二、按给定信号分类

（1）恒值控制系统：给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。

（2）随动控制系统：给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。

（3）程序控制系统：给定值按一定时间函数变化。如程控机床。