自动控制系统基本概念(课堂PPT)

例控制、积分控制、微分控制
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（一）双位控制 1. 位：阀门开、关的位置。 2. 双位：阀门全开、全关两个位置。 3. 双位控制是指当测量值大于给定值时，
控制器输出为最大，当测量值小于给定 值时，控制器输出为最小（即开或关）。
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• 贮罐液位控制：液位上升， 与电极接触，继电器接通， 线圈内可动铁芯移动， 关闭阀门
自动控制技术基本概念
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第一节 自动控制概述
一、人工调节与自动调节 1、人工调节过程
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•眼的观察：监视被调参数的变化 •大脑的思维：比较、决策、发出命令 •手的执行：改变阀门的开度
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2、自动调节过程 • 检测被调参数并转化为标准信号 • 比较被测参数并发出执行命令 • 改变阀门的开度，改变被调参数
大，但存在余差，只适于有差调节系统。 • 存在余差的原因：负荷变化前，浮球在
一个位置，进口阀门在某一个开度，出 量增大后，液位降低，浮球下降，进口 阀门开度增大，进、出水量一相等，液 位在新的位置平衡。
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（三）积分控制（I控制）
积分控制作用的输出变化量与偏差的积分
成正比。
P
1 Ti
edt
只要偏差存在，积分作用一直作用下去， 就有输出信号，能消除余差
缺点：在偏差出现的瞬间不能立即作用
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（四）微分控制（D控制）
• 控制器的输出变化量与偏差变化速度成 正比。
P
TD
de dt
• 对变化速度快的偏差，微分调节输出变 化值也大，有“超前”调节功能。
• 对不变化的偏差，微分控制不起作用， 也不能消除余差。
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阶跃输入时微分调节器特性
Baidu Nhomakorabea33
微分时间对过渡过程的影响
被控对象——生产设备
变送器
显示仪表
自动化装置 控制器
执行器
变送器
调节器 执行器
被控对象
简单控制系统组成示意图
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四、基本术语 1. 调节对象：自动化装置控制下的生产设备 2. 被调参数：需维持在某一预定范围的参数 3. 给定值：要求被调参数稳定的某一范围 4. 干扰：影响被调参数偏离给定值的因素 5. 控制作用：把偏离给定值的被调参数调回
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二、自动控制系统的定义 • 自动控制是在人不直接参与的情况下，
利用外加的设备或装置，使整个生产过 程或工作机械（被控对象）自动地按预 定规律运行，或使某个参数（被控参数） 按预定要求变化。
• 自动调节系统是利用自动化装置克服干 扰，把偏离给定值的被调参数调回到给 定值上的系统。
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三、自动控制系统的组成
从原来的平衡状态过渡到另一个新的平衡状态所 需的时间
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阶跃干扰作用时过渡过程品质指标示意图
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第三节 被控对象的特性
指被控对象在受到输入信号作用(干扰作 用或控制作用)后，其输出信号(亦即被控 变量)随时间变化的特性。
一、描述对象特性的参数
1．放大系数K
2．滞后时间τ
3．时间常数Tc
水槽液位的变化曲线
给定值的作用 6. 偏差：给定值与被调参数测量值之差
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五、自动控制分类 1. 自动检测系统：P、Q、T、H检测 2. 自动保护系统：对参数的保护控制 3. 定值控制系统：将参数稳定在一定范围，
又称自动调节系统 4. 自动操纵系统：程序控制 5. 随动控制系统：自动跟踪系统
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六、自动控制系统的方框图 1、方框图：反映系统各组成部分之间的相
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有容量滞后的对象特性
不同时间常数时的反应曲线
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二、对象特性的数学描述(数学模型) 在工艺流程和设备结构已定的条件下， 研究系统的各个输入变量是如何影响系 统的状态和输出变量的
三、对象特性的测取 1
对象的反应曲线
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2．矩形脉冲法
矩形脉冲特性曲线
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第四节 基本控制规律
一、控制（调节）规律： 1. 控制器输入偏差e与输出变化值P的关系 2. 基本控制（调节）规律：位式控制、比
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（五）比例积分微分（PID）控制系统 1. 控制器的输出为三部分输出之和。 2. 当偏差刚出现时，微分作用立即变化
式中
ep //X pm ma ax xX pm miinn10% 0
e —— 控制器输入变化量(即偏差)
△P ——
Xmax－Xmin—— Pmax－Pmin——控制器输出的工作范围
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3. 控制器比例度δ的大小与输入输出的关系
比例度与输入和输出的关系
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4、特点 • 反应快、无滞后，偏差大，输出也变化
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调节特性：
阀门
t
缺点：执行机构的动作过于频繁 被控变量产生持续的等幅振荡过程
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具有中间区的双位控制过程
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（二）比例控制（P控制） 控制器输出的改变量与被控变量的偏差 值成正比例。 P=KP·e
1、液位比例控制
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2. 比例度δ
使控制器输出变化全范围时，输入偏差改变了
满量程的百分数 。比例度可用下式来表示。
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过渡过程的几种基本形式图
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4. 自动控制系统的品质指标
• 余差c（静差）：过渡过程终了时的残余偏差 • 最大偏差或超调量A ：被控变量偏离给定值的
最大值 • 衰减比n：表示衰减程度的指标，即曲线中前后
两个相邻波的峰值之比，即：B ：B，习惯上用
n:1表示
• 过渡时间(或回复时间) Ts: 从干扰作用后，系统
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二、自动控制系统的过渡过程 1. 自动控制系统的过渡过程
被控变量随时间变化而变化的过程称为 自动控制系统的过渡过程 2. 阶跃干扰 干扰比较突然，比较危险，对被控变量 的影响也最大 干扰的形式简单，容易实现，便于分析、 实验和计算。
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阶跃干扰作用图
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3.过渡过程的四种基本形式
(1)非振荡的单调过渡过程 被控变量在给定值 的某一侧作缓慢变化，没有来回波动，最后稳 定在某一数值上,(图 (a)) (2)衰减振荡过程 被控变量上下波动，但幅度 逐渐减小，最后稳定在某一数值上，(图 (b)) (3)等幅振荡过程 被控变量始终在某一幅值的 上下波动， (图 (c)) (4)发散振荡过程 被控变量上下波动，幅度逐 渐变大，(图 (d))
互影响和信号联系。
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2、正、负反馈 • 反馈：把输出信号重新送回到输入端的过
程 • 正反馈：使原来的输入信号(e)增强的反馈
e=x+z • 负反馈：使原来的输入信号(e)减小的反馈
e=x-z
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第二节 自动控制系统的过渡过程及品质指标
一、系统的静态和动态 静态：平衡状态 相对的、暂时的、有条件的 动态：参数不断变化状态 普遍的、绝对的、无条件的