自动控制系统基本概念ppt课件

1、1,自动控制技术基本概念,2,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,3,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,4,2、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,5,二、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,6,三、自动控制系统的组成 被控对象

2、生产设备 变送器 自动化装置 控制器 执行器,7,四、基本术语 调节对象：自动化装置控制下的生产设备 被调参数：需维持在某一预定范围的参数 给定值：要求被调参数稳定的某一范围 干扰：影响被调参数偏离给定值的因素 控制作用：把偏离给定值的被调参数调回给定值的作用 偏差：给定值与被调参数测量值之差,8,五、自动控制分类 自动检测系统：P、Q、T、H检测 自动保护系统：对参数的保护控制 定值控制系统：将参数稳定在一定范围，又称自动调节系统 自动操纵系统：程序控制 随动控制系统：自动跟踪系统,9,六、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互影响和信号联系,10,2、正、负反馈 反

3、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,11,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,12,二、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,13,阶跃干扰作用图,14,3.过渡过程的

4、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,15,过渡过程的几种基本形式图,16,4. 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:

5、1表示 过渡时间(或回复时间) Ts: 从干扰作用后，系统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,17,阶跃干扰作用时过渡过程品质指标示意图,18,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 3时间常数Tc,水槽液位的变化曲线,19,有容量滞后的对象特性,不同时间常数时的反应曲线,20,二、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反应曲线法,对象的反应

6、曲线,21,矩形脉冲特性曲线,2矩形脉冲法,22,第四节 基本控制规律,一、控制（调节）规律： 控制器输入偏差e与输出变化值P的关系 基本控制（调节）规律：位式控制、比例控制、积分控制、微分控制,23,一）双位控制 位：阀门开、关的位置。 双位：阀门全开、全关两个位置。 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,24,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,25,调节特性： 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,t,阀门,26,具有中间区的双位控制过程,27,二）比例

7、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=KPe 1、液位比例控制,28,2. 比例度 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。 式中 e 控制器输入变化量(即偏差)； P 控制器输出的变化量； XmaxXmin仪表的量程； PmaxPmin控制器输出的工作范围,29,3. 控制器比例度的大小与输入输出的关系,比例度与输入和输出的关系,30,4、特点 反应快、无滞后，偏差大，输出也变化大，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

8、度增大，进、出水量一相等，液位在新的位置平衡,31,三）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。 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,32,四）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。 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,33,阶跃输入时微分调节器特性,34,微分时间对过渡过程的影响,35,五）比例积分微分（PID）控制系统 控制器的输出为三部分输出之和。 当偏差刚出现时，微分作用立即变化（因变化快），比例也同

9、时起作用，使输出信号发生突然的大幅度变化，然后慢慢下降，随着时间累积，积分作用逐渐起主导作用,36,PID控制器输出特性,37,六)比例、积分、微分控制规律小结,比例控制它根据“偏差的大小”来动作。它的输出与输入偏差的大小成比例，控制及时、有力，但是有余差。用比例度来表示其作用的强弱。越小，控制作用越强。比例作用太强时会引起振荡。 积分控制它根据“偏差是否存在”来动作。它的输出与偏差对时间的积分成比例，只有当余差完全消失，积分作用才停止。其实质就是消除余差。但积分作用缓慢，使最大动偏差增大，延长了控制时间。用积分时间TI表示其作用的强弱，TI越小，积分作用越强，积分作用太强时，也易引起振荡。 微分控制它根据“偏差变化速度”来动作。它的输出与输入偏差变化的速度成比例，其实质和效果是阻止被控变量的一切变化，有超前控制的作用。对滞后大的对象有很好的效果。使控制过程动偏差减小，时间缩短，余差也减小(但不能消除)。用微分时间TD表示其作用的强弱，TD大，作用强。TD太大，会引起振荡,38,习题与思考题,自动控制系统由哪几部分组成？ 自控系统的过渡过程有哪几种基本形式？各有什么特点？ 控制器有哪些基本控制规律?它们各有什么特点? 比例度、积分时间TI 、微分时间TD