化工自动化及仪表-第一章-自动控制系统基本概念汇总课件.ppt

1、第一章第一章 自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念100第一章授课教师授课教师：和萌林和萌林2101章节结构第一章第一章 自动控制系统基本概念自动控制系统基本概念第一节第一节 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容第二节第二节 自动控制系统的基本组成及方块图自动控制系统的基本组成及方块图第三节第三节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类第四节第四节 自控系统的过渡过程和品质指标自控系统的过渡过程和品质指标 一、控制系统的静态与动态一、控制系统的静态与动态 二、控制系统的过渡过程二、控制系统的过渡过程 三、控制系统的品质指标三、控制系统的品质指标 四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素四、

2、影响控制系统过渡过程品质的主要因素第五节第五节 工艺管道及控制流程图工艺管道及控制流程图 一、图形符号一、图形符号 二、字母代号二、字母代号 三、仪表位号三、仪表位号第一章第一章 基本概念基本概念第二章第二章 对象数学模型对象数学模型第三章第三章 仪表与传感器仪表与传感器第四章第四章 显示仪表显示仪表第五章第五章 自动控制仪表自动控制仪表 第六章第六章 执行器执行器 第七章第七章 简单控制系统简单控制系统 第八章第八章 复杂控制系统复杂控制系统 第九章第九章 新型控制系统新型控制系统第十章第十章 计算机控制系统计算机控制系统 第第1111章章 典型控制方案典型控制方案 3 教学基本要求：教学基

3、本要求：1.掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用及相互影响关系；及相互影响关系；2.理解自动控制系统中常用的各种术语，掌握方块图理解自动控制系统中常用的各种术语，掌握方块图的意义及画法；的意义及画法；3.熟悉管道及控制流程图上常用符号的意义；熟悉管道及控制流程图上常用符号的意义；4.了解控制系统的几种分类了解控制系统的几种分类，掌握系统的动态与静态；掌握系统的动态与静态；5.掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的几掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的几种基本形式及过渡过程品质指标的含义。种基本形式及过渡过程品质指标的含义。教学要求第

4、第 一一 章章第一节第一节 主要内容主要内容第二节第二节 系统组成系统组成 及方块图及方块图第三节系统分类第三节系统分类第四节过渡过程第四节过渡过程 和品质指标和品质指标 1 1.静态与动态静态与动态 2 2.过渡过程过渡过程 3 3.品质指标品质指标 4 4.影响过渡过程影响过渡过程 品质主要因素品质主要因素第五节工艺管道及第五节工艺管道及 控制流程图控制流程图 1 1.图形符号图形符号 2 2.字母代号字母代号 3 3.仪表位号仪表位号4第第 一一 章章第一节第一节 主要内容主要内容第二节第二节 系统组成系统组成 及方块图及方块图第三节第三节 系统分类系统分类第四节第四节 过渡过程过渡过程

5、 和品质指标和品质指标 1 1.静态与动态静态与动态 2 2.过渡过程过渡过程 3 3.品质指标品质指标 4 4.影响过渡过程影响过渡过程 品质主要因素品质主要因素第五节工艺管道及第五节工艺管道及 控制流程图控制流程图 1 1.图形符号图形符号 2 2.字母代号字母代号 3 3.仪表位号仪表位号 过程自动化过程自动化 在生产设备上配置一些装置，在生产设备上配置一些装置，代替人工的部分直接劳动，使生产过程在不同程度代替人工的部分直接劳动，使生产过程在不同程度上自动地进行。这种用自动化装置来管理生产过程上自动地进行。这种用自动化装置来管理生产过程的方式称为过程自动化。的方式称为过程自动化。自动检测

6、系统自动检测系统自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统自动控制系统自动控制系统110第一节第一节第一节 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容过程自动化过程自动化 化工自动化化工自动化 化工类化工类（化工、炼油、轻工、（化工、炼油、轻工、食品食品）生产过程的自动化控制简称为生产过程的自动化控制简称为“化工自动化工自动化化”。第一节第一节 主要内容主要内容5111自动检测 自动检测系统自动检测系统 利用各种检测仪器仪表对主要参数利用各种检测仪器仪表对主要参数（温（温度、压力、流量、料位度、压力、流量、料位 ）进行测量、指示或记录进行测量、指

7、示或记录，“了解了解”生产的任务，这种系统称为自动检测系统。生产的任务，这种系统称为自动检测系统。1-1 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容自动检测系统自动检测系统自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统自动控制系统自动控制系统过程自动化过程自动化 图中热交换器是利用蒸汽来加热冷介质的，冷介质经加热后图中热交换器是利用蒸汽来加热冷介质的，冷介质经加热后的温度是否达到要求，可用测温元件配上平衡电桥来测量、指示的温度是否达到要求，可用测温元件配上平衡电桥来测量、指示和记录；冷介质的流量可以用孔板流量计来检测，蒸汽压力可用和记录；冷介质的流量

8、可以用孔板流量计来检测，蒸汽压力可用压力表来指示，这就是一些常用的、简单的自动检测系统。压力表来指示，这就是一些常用的、简单的自动检测系统。由此可见，自动检测仪表可包括包括压力、温度、流量、液由此可见，自动检测仪表可包括包括压力、温度、流量、液位等的简单测量仪表或它们的传感器、变送器、显示表等。位等的简单测量仪表或它们的传感器、变送器、显示表等。温度计温度计 温度表温度表 液位计液位计 浮子流量计浮子流量计 弹簧管压力表弹簧管压力表 质量流量计质量流量计 自动检测系统实际上是代替了操作人员对工艺参数的观察与自动检测系统实际上是代替了操作人员对工艺参数的观察与记录，起到人的眼睛的作用。记录，起到

9、人的眼睛的作用。自动检测系统的本质（特点）自动检测系统的本质（特点）:利用各种检测仪器仪表对主要工艺参数进行检测、指示或记利用各种检测仪器仪表对主要工艺参数进行检测、指示或记录，达到录，达到“了解了解”生产任务的目的。生产任务的目的。6112联锁保护 在生产过程中，有时由于偶然因素的影响，导致工艺参数超在生产过程中，有时由于偶然因素的影响，导致工艺参数超出允许范围而出现不正常情况，有可能引起事故。为此常对一些出允许范围而出现不正常情况，有可能引起事故。为此常对一些关键参数设置关键参数设置自动信号和联锁保护装置自动信号和联锁保护装置，当工艺参数超过允许范，当工艺参数超过允许范自动检测系统自动检测

10、系统自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统自动控制系统自动控制系统过程自动化过程自动化围，在事故发生以前，信号系统围，在事故发生以前，信号系统会自动地发出声光信号，告诫操会自动地发出声光信号，告诫操作人员及时采取措施。如工况已作人员及时采取措施。如工况已到达危险状态，联锁系统会立即到达危险状态，联锁系统会立即自动采取紧急措施，打开安全阀自动采取紧急措施，打开安全阀或切断某些通路，必要时紧急停或切断某些通路，必要时紧急停车，以防止事故的发生和扩大。车，以防止事故的发生和扩大。自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统是是生产过程中的一种安全

11、装置。生产过程中的一种安全装置。1-1 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容7113自动操纵自动检测系统自动检测系统自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统自动控制系统自动控制系统过程自动化过程自动化 根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，这种系统称为这种系统称为自动操纵系统自动操纵系统。例如：合成氨造气车间的煤气发生炉例如：合成氨造气车间的煤气发生炉 自动加料系统自动加料系统 按照预先规定好的步骤，将按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动生产过程自动地投

12、入运行或自动停车，这种系统称为停车，这种系统称为自动开停车自动开停车系统。系统。1-1 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容8114自动控制自动检测系统自动检测系统自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统自动控制系统自动控制系统过程自动化过程自动化 生产过程中各种工艺条件不可能是一成不变的。特别是化工生产过程中各种工艺条件不可能是一成不变的。特别是化工生产，大多数是连续性生产，设备之间相互关联，其中一台设备生产，大多数是连续性生产，设备之间相互关联，其中一台设备的工艺条件发生变化时，会引起其他设备的某些参数波动，偏离的工艺条件发生变化时，

13、会引起其他设备的某些参数波动，偏离正常的工艺条件，因此需要设置正常的工艺条件，因此需要设置一些自动控制装置，对生产中一一些自动控制装置，对生产中一些关键性参数进行自动控制，使些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰它们在受到外界干扰(扰动扰动)的影的影响而偏离正常状态时，能自动地响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的数值范围内，控制而回到规定的数值范围内，为此目的而设置的系统就是为此目的而设置的系统就是自动自动控制系统控制系统。1-1 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容9114自动控制a自动检测系统自动检测系统自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系统自动操纵及自动开停车系

14、统自动操纵及自动开停车系统自动控制系统自动控制系统过程自动化过程自动化 温度传感温度传感/变送器变送器 控制器控制器 液位传感液位传感/变送器变送器 执行器执行器 料位变送器料位变送器 压力变送器压力变送器 流量变送器流量变送器1-1 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容1011e 化工生产的特点：化工生产的特点：（1 1）连续进行物理或化学反应）连续进行物理或化学反应 （2 2）密闭空间，高压）密闭空间，高压 （3 3）高温（深冷）高温（深冷）（4 4）易燃、易爆介质）易燃、易爆介质 （5 5）有毒、强腐蚀性介质）有毒、强腐蚀性介质 （6 6）类型纷繁，控制系统多种多样）类型纷繁，控制系

15、统多种多样 对化工仪表、控制系统的要求：对化工仪表、控制系统的要求：（1 1）适应生产环境）适应生产环境 高温高温、高压高压、易燃易燃、腐蚀腐蚀 （2 2）适应生产要求）适应生产要求 控制稳定控制稳定、准确准确、灵敏灵敏 1-1 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容1111e第一节小结1 由以上介绍可以看出：由以上介绍可以看出：自动检测系统自动检测系统只能完成只能完成“了解了解”生产过程进行情况的任务；生产过程进行情况的任务；信号联锁保护系统信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状态时，采只能在工艺条件进入某种极限状态时，采取安全措施，以避免生产事故的发生；取安全措施，以避免生产事故的

16、发生；自动操纵系统自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进行某种周期性的只能按照预先规定好的步骤进行某种周期性的操纵；操纵；只有只有自动控制系统自动控制系统才能自动地排除各种干扰因素对工艺参数才能自动地排除各种干扰因素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，保证生产维持在的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，保证生产维持在正常或最佳的工艺操作状态。正常或最佳的工艺操作状态。因此，因此，自动控制系统自动控制系统是自动化生产中的核心部分，也是本课是自动化生产中的核心部分，也是本课程了解和学习的重点。程了解和学习的重点。自动检测系统自动检测系统自动信号和联锁保护系统自动信号和联锁保护系

17、统自动操纵及自动开停车系统自动操纵及自动开停车系统自动控制系统自动控制系统过程自动化过程自动化1-1 化工自动化的主要内容化工自动化的主要内容12120第二节 自动控制系统自动控制系统是在人工控制的基础上产是在人工控制的基础上产生和发展起来的。所以，在开始介绍自动控生和发展起来的。所以，在开始介绍自动控制的时候，先分析人工操作，并与自动控制制的时候，先分析人工操作，并与自动控制加以比较，可以帮助我们分析和了解自动控加以比较，可以帮助我们分析和了解自动控制系统。制系统。人工控制人工控制自动控制自动控制第第 一一 章章第一节第一节 主要内容主要内容第二节第二节 系统组成系统组成 及方块图及方块图第

18、三节第三节 系统分类系统分类第四节第四节 过渡过程过渡过程 和品质指标和品质指标 1 1.静态与动态静态与动态 2 2.过渡过程过渡过程 3 3.品质指标品质指标 4 4.影响过渡过程影响过渡过程 品质主要因素品质主要因素第五节工艺管道及第五节工艺管道及 控制流程图控制流程图 1 1.图形符号图形符号 2 2.字母代号字母代号 3 3.仪表位号仪表位号第二节第二节 系统组成系统组成 及方块图及方块图第二节第二节 自动控制系统的基本组成及方块图自动控制系统的基本组成及方块图13121人工控制人工控制人工控制自动控制自动控制 执行执行 (手手)行动行动:根据大脑发出的命令，通过手去改变阀根据大脑发

19、出的命令，通过手去改变阀门开度，以改变出口流量门开度，以改变出口流量Qo，从而使液位保持在所需高度上。从而使液位保持在所需高度上。运算运算 (脑脑)思考、判断、决策、命令思考、判断、决策、命令:大脑根据眼睛看到大脑根据眼睛看到的液位高度，加以思考并与要求的液位值进行比较，得出偏差的大的液位高度，加以思考并与要求的液位值进行比较，得出偏差的大小和正负，然后根据操作经验，经思考、决策后发出命令小和正负，然后根据操作经验，经思考、决策后发出命令。检测检测 (眼眼)观察观察:用眼睛观察玻璃管液位计用眼睛观察玻璃管液位计(测量元件测量元件)中中液位的高低，并通过神经系统告诉大脑。液位的高低，并通过神经系

20、统告诉大脑。动动 手手脑脑 想想眼眼 看看1-2 自动控制系统的组成及方框图自动控制系统的组成及方框图14121自动控制检测器检测器(变送器变送器)将某一物理量（如：液位、流量、压将某一物理量（如：液位、流量、压力、压差或温度等）转变成可利用信号；力、压差或温度等）转变成可利用信号；变送器将该信号转变成标准信号。变送器将该信号转变成标准信号。控制器控制器 根据变送器信号和工艺需求，算出偏根据变送器信号和工艺需求，算出偏差，经过某种运算发出控制信息。差，经过某种运算发出控制信息。执行器执行器 根据控制器的控制信息，改变阀门开根据控制器的控制信息，改变阀门开度。度。人工控制人工控制自动控制自动控制

21、检测元件与变送器检测元件与变送器自动控制器自动控制器（控制器）（控制器）执行器执行器（调节阀、控制阀）（调节阀、控制阀）自动化系统组成自动化系统组成 自动控制系统自动控制系统是在人工控制的基础上产生和是在人工控制的基础上产生和发展起来的，其主要装置包括测量元件与变送器、发展起来的，其主要装置包括测量元件与变送器、控制器、执行器，分别代替了人的眼、脑、手三控制器、执行器，分别代替了人的眼、脑、手三个器官的功能。个器官的功能。1-2 自动控制系统的组成及方框图自动控制系统的组成及方框图15121系统组成 在自动控制系统的组成中，除了必须具有前述的自动化装置在自动控制系统的组成中，除了必须具有前述的

22、自动化装置外，还必须具有控制装置所控制的生产设备。外，还必须具有控制装置所控制的生产设备。在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做器叫做被控对象被控对象，简称，简称对象对象。前面举例中液体贮槽前面举例中液体贮槽 化工生产中的各种容器、反应器、换热器、泵和压缩机化工生产中的各种容器、反应器、换热器、泵和压缩机 甚至一段输气管道甚至一段输气管道 精馏塔、吸收塔等一个设备可能有几个控制回路精馏塔、吸收塔等一个设备可能有几个控制回路被控对象被控对象检测元件与变送器检测元件与变送器自动控制器自动控制器（控制器）（控制器）执行器执行器（

23、调节阀、控制阀）（调节阀、控制阀）自动化系统组成自动化系统组成1-2 自动控制系统的组成及方框图自动控制系统的组成及方框图16122方块图 在研究自动控制系统时，为了能清楚地表示出自动控制在研究自动控制系统时，为了能清楚地表示出自动控制系统中各个组成环节之间的相互影响和信号联系，便于对系系统中各个组成环节之间的相互影响和信号联系，便于对系统分析研究，一般都用统分析研究，一般都用方块图方块图来表示控制系统的组成。来表示控制系统的组成。1、方块图的组成、方块图的组成2、开环与闭环、开环与闭环3、正反馈与负反馈、正反馈与负反馈1-2 自动控制系统的组成及方框图自动控制系统的组成及方框图171、“方块

24、图方块图”的组成：的组成：这种表示方式称这种表示方式称为自动控制系统为自动控制系统方块图方块图。方块之间用一方块之间用一条带有箭头的线条表示其信号的相互作用关系，箭头指向方块表条带有箭头的线条表示其信号的相互作用关系，箭头指向方块表示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个环节的输出；示为这个环节的输入，箭头离开方块表示为这个环节的输出；122 用方块表示控制系统的每个组成部分用方块表示控制系统的每个组成部分(环节环节)；线线条旁的字母或文字表示环节间相互作用的变量。条旁的字母或文字表示环节间相互作用的变量。对象？对象？测量元件、变送器？测量元件、变送器？控制器？控制器？执行器？执行器？给定值

25、给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图181221对象a 对对 象象 自动控制系统中，将需要控制自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器（有其工艺参数的生产设备或机器（有时是生产设备或机器的一部分）叫时是生产设备或机器的一部分）叫做做被控对象被控对象，简称，简称对象对象。?换热器换热器 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对

26、象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+换热器1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图191221b对象的输出对象的输出y,y(t)在生产过程中需要保持恒定在生产过程中需要保持恒定的变量称为的变量称为被控变量被控变量。出口物料温度T 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图201221c对象的输入对象的输入q,q(t)具体实现控制作用的

27、变具体实现控制作用的变量称为量称为操纵变量操纵变量。用来实现控制作用的物用来实现控制作用的物料称为料称为操纵介质操纵介质或或操纵剂操纵剂。蒸汽流量蒸汽流量Q 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图211221d对象的输入对象的输入f,f(t)引起被控变量波动的外来因引起被控变量波动的外来因素在自动控制系统中称为素在自动控制系统中称为干扰作干扰作用用（扰动作用扰动作用）。）。蒸汽温度蒸汽温度T蒸

28、汽压力蒸汽压力P进料温度进料温度T进料流量进料流量P进料组分进料组分 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图221222测量元件a测量元件、变送器测量元件、变送器 将某一物理量将某一物理量(如：液位、流量、压如：液位、流量、压力、压差或温度等力、压差或温度等)转变成可以利用的信转变成可以利用的信号的元件称为号的元件称为测量元件测量元件；进一步将该信；进一步将该信号转变成标准信号的仪表称为号转变

29、成标准信号的仪表称为变送器变送器。给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+测温元件测温元件变送器变送器1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图231222b测量元件的输入测量元件的输入y,y(t)出口物料温度T 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系

30、统方块图及方框图241222c测量元件的输出测量元件的输出z,z(t)测量值 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图251223控制器a控控 制制 器器 根据变送器信号和工艺需求，根据变送器信号和工艺需求，算出偏差，经过运算发出控制信算出偏差，经过运算发出控制信息的仪表称为息的仪表称为控制器控制器。给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器

31、对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图261223b控制器的输入控制器的输入e,e(t)变送器的输出信号变送器的输出信号z被送入比较被送入比较机构，与工艺上希望保持的被控变机构，与工艺上希望保持的被控变量的数值量的数值(给定值、设定值给定值、设定值)x进行比进行比较，得到偏差信号较，得到偏差信号e，exz。设定值测量值 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用

32、干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图271223c控制器的输出控制器的输出p,p(t)控制器的输出信号控制器的输出信号p可能可能是各种类型的信号：是各种类型的信号：420mA，15V，20100kPa 等。等。控制器输出信号 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图281224调节阀a 执行器执行器 根据控制器给出的控根据控制器给出的控制信息，改变操纵变量。制

33、信息，改变操纵变量。?调节阀调节阀 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+调节阀1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图291224b执行器的输入执行器的输入p,p(t)执行器的输入信号执行器的输入信号p可能可能是各种类型的信号：是各种类型的信号：420mA，15V，20100kPa 等。等。控制器输出信号 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送

34、器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图301224c执行器的输出执行器的输出q,q(t)具体实现控制作用的变具体实现控制作用的变量称为量称为操纵变量操纵变量。用来实现控制作用的物用来实现控制作用的物料称为料称为操纵介质操纵介质或或操纵剂操纵剂。蒸汽流量蒸汽流量Q 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图311225注意

35、 .方块图具有方块图具有通用性通用性，用同一种形式的方块图可，用同一种形式的方块图可以代表不同的控制系统。以代表不同的控制系统。.用方块表示的每个用方块表示的每个“环节环节”都是组成系统的一都是组成系统的一部分部分实物实物（具体装置）。（具体装置）。.方块之间带有箭头的线条方块之间带有箭头的线条只表示信号的作用关只表示信号的作用关系与方向系与方向，不代表工艺管道、物料的流向。，不代表工艺管道、物料的流向。.“.“环节环节”的输入会引起输出的变化，而输出不的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来直接引起输入的变化。环节的这一特性称为会反过来直接引起输入的变化。环节的这一特性称为“单向性单向性”。

36、注意注意/关键点关键点：1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图321225a注意/关键点：1.方块图的通用性；方块图的通用性；2.方块代表的是实物；方块代表的是实物；3.箭头和线条仅表示信号作用；箭头和线条仅表示信号作用；4.环节的单向性环节的单向性。方块图具有通用性，用同方块图具有通用性，用同一种形式的方块图可以代表不一种形式的方块图可以代表不同的控制系统。同的控制系统。给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统

37、方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图331225b注意/关键点：1.方块图的通用性；方块图的通用性；2.方块代表的是实物；方块代表的是实物；3.箭头和线条仅表示信号作用；箭头和线条仅表示信号作用；4.环节的单向性。环节的单向性。用方块表示的每个用方块表示的每个“环节环节”都是组成系统的一部分实物都是组成系统的一部分实物（具体装置）。（具体装置）。给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图341

38、225c注意/关键点：1.方块图的通用性；方块图的通用性；2.方块代表的是实物；方块代表的是实物；3.箭头和线条仅表示信号作用；箭头和线条仅表示信号作用；4.环节的单向性。环节的单向性。方块间带有箭头的线条只表方块间带有箭头的线条只表示信号的作用关系与方向，不示信号的作用关系与方向，不代表工艺管道、物料的流向。代表工艺管道、物料的流向。给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图351225d注意/

39、关键点：1.方块图的通用性；方块图的通用性；2.方块代表的是实物；方块代表的是实物；3.箭头和线条仅表示信号作用；箭头和线条仅表示信号作用；4.环节的单向性。环节的单向性。“环节环节”的输入会引起输出的变化，的输入会引起输出的变化，而输出不会反过来直接引起输入的变而输出不会反过来直接引起输入的变化。环节的这一特性称为化。环节的这一特性称为“单向单向性性”。给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图

40、361226开环与闭环A 在控制系统的方块图中，信号沿箭头方向前进，通过若干环在控制系统的方块图中，信号沿箭头方向前进，通过若干环节后，最终又返回到原来的起始点，称为节后，最终又返回到原来的起始点，称为闭环系统闭环系统。所有的自动控制系统都是闭环系统。所有的自动控制系统都是闭环系统。2、开环与闭环、开环与闭环 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图371226B 操纵指令 操纵作用 工艺参数自

41、动操纵装置自动操纵装置对对 象象 在控制系统的方块图中，信号沿箭头方向前进，通过若干环在控制系统的方块图中，信号沿箭头方向前进，通过若干环节后，最终不能返回到原来的起始点，称为节后，最终不能返回到原来的起始点，称为开环系统开环系统。自动操纵系统就属于典型的自动操纵系统就属于典型的开环系统开环系统。1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图381227反馈A 系统或环节的输出信号直接或经过一些环节后重新返回到输系统或环节的输出信号直接或经过一些环节后重新返回到输入端的做法叫做入端的做法叫做反馈反馈。3、反馈、反馈 反馈信号取负值时称为反馈信号取负值时称为负反馈负反馈；负反馈能够

42、削弱原来的信号；负反馈能够削弱原来的信号。反馈信号取正值时称为反馈信号取正值时称为正反馈正反馈；正反馈能够使原来的信号进一；正反馈能够使原来的信号进一步增强。步增强。反馈反馈正反馈正反馈负反馈负反馈 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图39 闭环控制系统闭环控制系统中就利用了信息反馈作用：中就利用了信息反馈作用：当当 被控变量被控变量y 由于某种原因的影响而偏离由于某种原因的影响而偏离 给定

43、值给定值 x（例如：例如：升高升高)时，只有时，只有 测量值测量值z 取负值才能够使取负值才能够使 偏差信号偏差信号 exz 降降低，此时低，此时 控制器控制器 经过相应运算将发出信号使经过相应运算将发出信号使 调节阀调节阀 的开度发的开度发生变化，从而使被生变化，从而使被 控变量控变量y 下降，回到下降，回到 给定值给定值x。此时此时 测量值测量值z 若不取负值，则会起到若不取负值，则会起到“火上浇油火上浇油”的作用。的作用。因此，所有的因此，所有的自动控制系统自动控制系统都采用都采用 闭环负反馈系统。闭环负反馈系统。1227B 给定值给定值x 偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变

44、量q被控变量被控变量y执行器执行器对对 象象测量元件测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图401227c 自动控制系统自动控制系统与与自动操纵装置自动操纵装置 二者本质上的区别在于：二者本质上的区别在于：自动控制系统是具有负反馈的闭环系统自动控制系统是具有负反馈的闭环系统；自动操纵装置是开环系统自动操纵装置是开环系统。自动操纵装置的缺点：自动操纵装置的缺点：在开环系统中，被控变量不反馈到输在开环系统中，被控变量不反馈到输入端，自动操纵装置只能按照预先规定好的程序周而复始地运转。入端，自动操纵装置只能按照预

45、先规定好的程序周而复始地运转。即使工况发生了变化，自动操纵装置也不能自动地根据实际工况即使工况发生了变化，自动操纵装置也不能自动地根据实际工况来改变自己的操作。自动操纵装置不能随时来改变自己的操作。自动操纵装置不能随时“了解了解”被控对象的被控对象的情况并依此来改变自己的操作状态，这是开环系统的缺点。情况并依此来改变自己的操作状态，这是开环系统的缺点。自动控制系统的优点：自动控制系统的优点：由于自动控制系统是具有负反馈的闭由于自动控制系统是具有负反馈的闭环系统，它可以随时了解被控对象的情况，有针对性地根据被控环系统，它可以随时了解被控对象的情况，有针对性地根据被控变量的变化情况而改变控制作用的

46、大小和方向，从而使系统的工变量的变化情况而改变控制作用的大小和方向，从而使系统的工作状态始终等于或接近于所希望的状态，这是闭环系统的优点。作状态始终等于或接近于所希望的状态，这是闭环系统的优点。1-2 自动控制系统方块图及方框图自动控制系统方块图及方框图41 给定值给定值x 解：偏差偏差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量p被控变量被控变量y调节阀调节阀反应器反应器温度测量元件温度测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+被控对象为反应器被控对象为反应器;图示为反应器温度控制系统示意图。图示为反应器温度控制系统示意图。A、B两种物料进入反应器反应，通过改变两种物料

47、进入反应器反应，通过改变冷却水流量来控制反应器内的温度恒定。冷却水流量来控制反应器内的温度恒定。试画出该温度控制系统的试画出该温度控制系统的方块图方块图，并指出，并指出该控制系统中的该控制系统中的被控对象被控对象、被控变量被控变量、操操纵变量纵变量及及可能的扰动可能的扰动各是什么各是什么?被控变量为反应器内温度被控变量为反应器内温度;操纵变量为夹套冷却水流量操纵变量为夹套冷却水流量;主要干扰有：进入反应器的主要干扰有：进入反应器的A、B物料流量、温度、浓度；物料流量、温度、浓度；夹套入口冷却水温度、压力；夹套入口冷却水温度、压力；搅拌器转速等。搅拌器转速等。例：42 解：给定值给定值x 偏差偏

48、差e控制器输出控制器输出p操纵变量操纵变量p被控变量被控变量y调节阀调节阀锅炉汽包锅炉汽包液位测量元件液位测量元件变送器变送器控制器控制器测量值测量值 z干扰作用干扰作用f+被控对象为锅炉汽包被控对象为锅炉汽包;被控变量为锅炉汽包液位被控变量为锅炉汽包液位;操纵变量为锅炉给水流量操纵变量为锅炉给水流量;主要干扰有：锅炉给水温度、压力；主要干扰有：锅炉给水温度、压力；蒸汽压力、流量；蒸汽压力、流量；炉膛温度等。炉膛温度等。根据锅炉汽包水位控制示意图：根据锅炉汽包水位控制示意图：（1）画出控制系统的）画出控制系统的方块图方块图；（2）指出系统中的）指出系统中的被控对象被控对象、被控变量被控变量、操

49、纵变量操纵变量及及可能的扰动可能的扰动分别是什么分别是什么?（3）当蒸汽负荷突然增加时，根据方块）当蒸汽负荷突然增加时，根据方块图图分析自控系统是如何实现自动控制的分析自控系统是如何实现自动控制的。43130第三节自动控制系统有多种分类方法：自动控制系统有多种分类方法：一、按被控变量分类一、按被控变量分类 二、按控制规律分类二、按控制规律分类 三、按给定值变化规律分类三、按给定值变化规律分类 最常用最常用第第 一一 章章第一节第一节 主要内容主要内容第二节第二节 系统组成系统组成 及方块图及方块图第三节第三节 系统分类系统分类第四节第四节 过渡过程过渡过程 和品质指标和品质指标 1 1.静态与

50、动态静态与动态 2 2.过渡过程过渡过程 3 3.品质指标品质指标 4 4.影响过渡过程影响过渡过程 品质主要因素品质主要因素第五节工艺管道及第五节工艺管道及 控制流程图控制流程图 1 1.图形符号图形符号 2 2.字母代号字母代号 3 3.仪表位号仪表位号第三节第三节 系统分类系统分类第三节第三节 自动控制系统的分类自动控制系统的分类44131分类一、按被控变量分类一、按被控变量分类二、按控制规律分类二、按控制规律分类三、按给定值变化规律分类三、按给定值变化规律分类被控变量被控变量温度控制系统温度控制系统 T压力控制系统压力控制系统 P液位控制系统液位控制系统 L流量控制系统流量控制系统 F