第七章简单控制系统讲解学习

第7章简单控制系统随着现代石油化工等过程装置的日益大型化、复杂化，智能仪表和计算机控制系统的日益普及，各类控制系统特别是复杂控制和先进控制系统在生产过程中的作用越来越显得重要。

目前，占控制系统绝大多数的仍然是简单控制系统，简单控制系统也是各类复杂控制和先进控制系统的基础。

因此，掌握简单控制系统的基本原理和设计方法非常重要。

由于简单控制系统的工作原理在前述章节已做介绍与讨论，本章以简单控制系统的设计、投运与整定为主要内容。

7.1 简单控制系统结构与组成从第一章已知，自动控制系统是由被控对象和自动化装置两大部分组成，即测量元件及变送器自动化装置自动控制器（调节器）自动控制系统（起控制作用）执行器（控制阀）被控对象受控制的物理装置（生产设备）（对象）由于构成自动控制系统的这两大部分(主要是指自动化装置)的数量、连接方式及其目的不同，自动控制系统可以有许多类型。

所谓简单控制系统，通常是指由一个测量元件及变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控制系统。

图7-l所示的液位控制系统与图7-2所示的温度控制系统都是简单控制系统的例子。

图7-1所示的液位控制系统中，贮槽是被控对象，液位是被控变量，变送器LT将反映液位高低的信号送往液位控制器LC。

控制器的输出信号送往执行器，改变控制阀开度使贮槽输出流量发生变化以维持液位稳定。

图7-1 液位控制系统图7-2 温度控制系统图7-2所示的温度控制系统，是通过改变进入换热器的载热体流量，以维持换热器出口物料的温度在工艺规定的数值上。

需要说明的是在本系统中画出了变送器LT及TT这个环节，根据第一章中所介绍的控制流程图，按自控设计规范，测量变送环节是被省略不画的，所以在本书以后的控制系统图中，也将不再画出测量、变送环节，但要注意在实际的系统中总是存在这一环节，只是在画图时被省略罢了。

图7-3是图7-1和图7-2所示控制系统的方块图，也简单控制系统的典型方块图。

周三多管理学课件_第七章_控制第 7 章控制6 3>. 1 控制概述6 . 2 控制的过程与类型6 . 3 控制的技术与方法【学习目标】1.了解控制的概念及其与计划的关系。

2.明确控制的目的及导致控制更加重要的因素。

3.熟悉控制的过程、类型及关键控制点的使用。

4.掌握行为控制法、预算控制法、生产控制法等控制方法。

引言麦当劳公司以经营快餐闻名遐迩。

1955年，克洛克在美国创办了第一家麦当劳餐厅，其菜单上的品种不多，但食品质量高，价格廉，供应迅速，环境优美。

连锁店迅速发展到每个州，至1983年，国内分店已超过6000家。

1967年，麦当劳在加拿大开办了首家国外分店，以后国外业务发展很快。

到1985年，国外销售额约占它的销售总额的1／5。

在40多个国家里，每天都有1800多万人光顾麦当劳。

目前，在全球拥有超过3万家连锁店，其中在中国有700家。

麦当劳金色的拱门允诺：每个餐厅的菜单基本相同，而且“质量超群，服务优良，清洁卫生，货真价实”。

它的产品、加工和烹制程序乃至厨房布置，都是标准化的，严格控制的。

它撤消了在法国的第一批特许经营权，因为他们尽管盈利可观，但未能达到在快速服务和清洁方面的标准。

麦当劳的各分店都由当地人所有和经营管理。

鉴于在快餐饮食业中维持产品质量和服务水平是其经营成功的关键，因此，麦当劳公司在采取特许连锁经营这种战略开辟分店和实现地域扩张的同时，就特别注意对各连锁店的管理控制。

如果管理控制不当，使顾客吃到不对味的汉堡包或受到不友善的接待，其后果就不仅是这家分店将失去这批顾客及其影响人光顾的问题，还会波及影响到其他分店的生意，乃至损害整个公司的信誉。

为此，麦当劳公司制定了一套全面、周密的控制办法。

麦当劳公司主要是通过授予特许权的方式来开辟连锁分店。

其考虑之一，就是使购买特许经营权的人在成为分店经理人员的同时也成为该分店的所有者，从而在直接分享利润的激励机制中把分店经营得更出色。

特许经营使麦当劳公司在独特的激励机制中形成了对其扩展中的业务的强有力控制。

可编辑修改精选全文完整版●简单控制系统的组成四个基本组成部分：被控对象、检测与变送仪表、调节器（控制器）、执行机构。

简单控制系统的工作过程变量、执行器、控制器类型的确定●串级控制系统的组成四个基本组成部分：两个被控对象、两套检测与变送仪表、两个调节器（控制器）、执行机构。

系统主副控制器正、反作用方向的确定：先副后主特点：在系统结构上，它是由两个闭环回路，副回路起快速的“粗调”作用，主回路则起“细调”作用，系统的鲁棒性好，副回路是一个随动控制系统，所以系统对负荷的改变有一定的自适应能力●均匀控制系统的特点结构上无特殊性，区别在控制目的和参数的整定工艺参数应在允许的范围内缓慢变化●比值控制系统使一中物料随另一种物料按一定的比例变化的控制系统比值和比值系数的计算●前馈控制系统是测量进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使被控变量维持在设定值上● 分程控制系统是一台调节器的输出仅操纵一个调节阀, 若一台调节器去控制两个以上的调节阀, 并且是按输出信号的不同区间去操作不同的阀门, 这种控制方式习惯上称为分程控制。

● 选择控制系统是生产过程中的限制条件所构成的逻辑关系，叠加到正常的自动控制系统上去的一种组合控制方法。

至操作极限时，通过选择器把一个用于控制不安全情况的备用控制系统取代正常工况下，待回到正常工况后又切回到正常工况下。

● 图为锅炉汽包液位控制系统，生产工艺要求汽包水位一定必须稳定。

1）指出该系统为什么样的系统；2）指出被控参数和控制参数3）确定调节阀应该选气开还是气关？并说明原因。

4）调节器的控制规律及其正、反作用方式？并说明原因答；1）、单回路控制系统（2）、被控参数为汽包液位、控制参数给水流量（3）应选择气关式。

因为在气源压力中断时，调节阀可以自动打开，以保证锅炉不被烧干 （ 4）调节阀应选择气关式，则液位控制器应为正作用，当检测到液位增加时，控制器应加大输出，则调节阀关小，使汽包液位稳定或当检测到液位增减小时，控制器应减小输出，则调节阀开大，使汽包液位稳定● 如下图所示的管式加热炉出口温度控制系统，主要扰动来自燃料流量的波动，试分析：（1）该系统是一个什么类型的控制系统？画出其方框图（2）确定调节阀的气开气关形式，并说明原因（3）确定两个调节器的正反作用。

第7章简朴控制系统随着现代石油化工等过程装置的日益大型化、复杂化，智能仪表和计算机控制系统的日益普及，各类控制系统特别是复杂控制和先进控制系统在生产过程中的作用越来越显得重要。

目前，占控制系统绝大多数的仍然是简朴控制系统，简朴控制系统也是各类复杂控制和先进控制系统的基础。

因此，掌握简朴控制系统的基本原理和设计方法非常重要。

由于简朴控制系统的工作原理在前述章节已做介绍与讨论，本章以简朴控制系统的设计、投运与整定为重要内容。

7.1 简朴控制系统结构与组成从第一章已知，自动控制系统是由被控对象和自动化装置两大部分组成，即测量元件及变送器自动化装置自动控制器（调节器）自动控制系统（起控制作用）执行器（控制阀）被控对象受控制的物理装置（生产设备）（对象）由于构成自动控制系统的这两大部分(重要是指自动化装置)的数量、连接方式及其目的不同，自动控制系统可以有许多类型。

所谓简朴控制系统，通常是指由一个测量元件及变送器、一个控制器、一个控制阀和一个对象所构成的单闭环控制系统，因此也称为单回路控制系统。

图7-l所示的液位控制系统与图7-2所示的温度控制系统都是简朴控制系统的例子。

图7-1所示的液位控制系统中，贮槽是被控对象，液位是被控变量，变送器LT将反映液位高低的信号送往液位控制器LC。

控制器的输出信号送往执行器，改变控制阀开度使贮槽输出流量发生变化以维持液位稳定。

图7-1 液位控制系统图7-2 温度控制系统图7-2所示的温度控制系统，是通过改变进入换热器的载热体流量，以维持换热器出口物料的温度在工艺规定的数值上。

需要说明的是在本系统中画出了变送器LT及TT这个环节，根据第一章中所介绍的控制流程图，按自控设计规范，测量变送环节是被省略不画的，所以在本书以后的控制系统图中，也将不再画出测量、变送环节，但要注旨在实际的系统中总是存在这一环节，只是在画图时被省略罢了。

图7-3是图7-1和图7-2所示控制系统的方块图，也简朴控制系统的典型方块图。

《简单控制系统的设计》教案一、教学目标1. 让学生了解控制系统的基本概念和分类。

2. 使学生掌握简单控制系统的设计方法和步骤。

3. 培养学生运用控制系统理论知识解决实际问题的能力。

二、教学内容1. 控制系统的基本概念和分类2. 简单控制系统的设计方法3. 控制系统设计实例三、教学方法1. 讲授法：讲解控制系统的基本概念、分类和设计方法。

2. 案例分析法：分析控制系统设计实例，让学生参与讨论。

3. 实践操作法：让学生动手设计简单的控制系统。

四、教学准备1. 教学PPT：包含控制系统的基本概念、分类、设计方法和实例。

2. 控制系统设计软件：如MATLAB、Simulink等。

3. 计算机和投影仪。

五、教学过程1. 引入：讲解控制系统在工程中的应用，激发学生的兴趣。

2. 讲解控制系统的基本概念和分类：介绍控制系统的定义、目标、类型和性能指标。

3. 讲解简单控制系统的设计方法：包括系统建模、控制器设计、系统仿真和优化。

4. 分析控制系统设计实例：以实际工程案例为例，讲解设计过程和方法。

5. 实践操作：让学生利用控制系统设计软件，动手设计一个简单的控制系统。

7. 作业布置：布置相关练习题，巩固所学知识。

六、教学评估1. 课堂问答：通过提问了解学生对控制系统基本概念和分类的掌握情况。

2. 练习题：评估学生对简单控制系统设计方法的掌握程度。

3. 小组讨论：观察学生在案例分析中的参与度和协作能力。

4. 设计报告：评估学生对控制系统设计实例的理解和应用能力。

七、教学拓展1. 控制系统在其他领域的应用：介绍控制系统在工业、农业、医疗等领域的应用实例。

2. 先进控制系统：讲解现代控制系统技术，如智能控制、自适应控制等。

3. 控制系统设计软件的使用：教授学生如何运用MATLAB、Simulink等软件进行控制系统设计。

八、教学反馈1. 课堂反馈：课后收集学生对课堂教学的反馈，了解教学效果。

2. 作业反馈：对学生的练习题进行批改，提供个性化的反馈意见。