自动化技术概论_自动控制发展-控制技术篇ppt课件

1、第二讲 自动控制技术. 想法目的要有方法来实现。.自动控制的两个组成部分 自动控制实际是分析和设计自动控制系统的工具和根底，相当于“软件；自动控制技术那么着重在控制系统的硬件实现方面自动控制自动控制实际自动控制技术.一、开环控制系统最简单的控制方式控制安装与被控对象之间只需顺向作用而没有反向联络。特点： 1系统输出量对系统的控制造用没有影响； 2每一个参考输入对应于相应的固定任务形状。缺陷：假设系统存在较大干扰，那么很难完成既定的控制义务适用范围： 1输入输出关系知；2控制精度要求不高；3干扰影响不大。2.1 根本控制方案.二、闭环控制系统反响控制系统，单回路控制系统最根本的控制方式，运用最广

2、泛的控制方式 控制安装与被控对象之间不仅存在顺向正向作用，还存在反响作用。特点： 系统输出量对系统的控制造用有直接影响；优点：不论什么扰动引起被控参数变化，都会产生控制造 用去消除偏向； . 三、扰动补偿控制，也称为“前馈控制在扰动影响被控量之前补偿其作用。.四、复合控制 复合控制系统中的补偿控制(前馈控制)能及时地抵消可测扰动量对被控量的不利影响，而反响控制能保证系统的高精度。这是一种得到广泛运用的控制方式。.2.2 自动控制技术自动控制技术的开展取决于每个阶段运用技术所能到达的程度；早期的自动控制只能依托简单的机械安装、气动机构、液压传动安装等；随着电的发明，很多电气、电子元器件及设备相继

3、问世，继电器、接触器、电阻、电容、电感、电位器、放大器等陆续运用于自动控制系统，使控制性能得到提升；.1、机械控制安装：瓦特发明的飞球调速器；希腊人发明的庙门自动开启安装，等。2、作为自动化仪表的控制安装，最早出现与20世纪30年代，主要用于化工、石油、热能动力和冶金，当时称为热工仪表，任务方式为机械式或液动式，体积比较大，只能实现就地显示、记录和简单的控制。又被称为基地式仪表，功能限于单回路控制。.3、单元组合式仪表 根据控制系统各组成环节的不同功能和不同运用要求，将仪表做成能实现一定功能的独立仪表称为单元，各个仪表之间用一致的规范信号进展联络。 单元组合仪表抑制了基地式仪表构造不够灵敏的缺

4、陷。将各种单元进展不同的组合，可以灵敏第构成多种多样、适用于各种不同场所需求的自动检测或控制系统。 气动单元组合仪表QDZ，电动单元组合仪表DDZ，都阅历了I型，II型，和III型三个开展阶段。.变送单元：将各种物理量变换成规范一致信号；转换单元：电-气转换，气-电转换，等；控制单元：丈量信号与给定信号比较，产生控制信号；运算单元：将几个规范信号进展算术运算；显示单元：指示、记录、报警、累计；给定单元：产生给定值；执行单元：按控制器输出的控制信号去改动控制量大小；辅助单元：增设的功能，如手动-自动切换。.130年代末40年代初，出现气动仪表，价钱廉价，构造简单，特别对石油化工等易燃易爆的消费现

5、场，具有本质性的平安防爆性能。尤其是一致了压力信号，有远程发送仪器可以远传，如此能在控制室读数，可以实如今控制室进展检测、记录和控制。250年代出现了电动式组合仪表。传输速度快。.上述器件所构成的控制安装只能实现模拟控制，改动控制方法或控制参数就得改换相应的硬件，而且很多复杂一点的控制方法还无法实现或实现起来很困难；计算机的出现从根本上改动了自动控制的实现方式，控制方法和控制参数在计算机里只是一组程序称为“控制算法，修正很方便，而且无论控制算法简单还是复杂，都一样可以实现，因此计算机在控制领域迅速推行和普及；常用的数字化控制安装包括单片机、工业控制计算机、可编程逻辑控制器、数字信号处置器等。.

6、单片机 单片机是在一块芯片上集成了微处置器、存储器及接口电路等，在计算机家族里体积最小、价钱最廉价、运用非常普遍，一辆普通轿车里经常有几十个单片机在任务。.工业控制计算机 工控机类似普通微机，但提高了任务的可靠性，配备了用于工业控制的输入输出接口，并特别加强了针对工业环境的抗干扰措施。 .可编程逻辑控制器 Programmable Logic Controller，简称“PLC PLC包含了逻辑运算、顺序控制、算术运算及定时和计数等功能，是专为工业环境下的运用而设计的，早期主要用于逻辑及顺序控制，以取代传统的继电器控制，后来又添加了延续的反响调理功能，并具有联网和通讯功能，运用范围越来越广。

7、.数字信号处置器 Digital Signal Processor，简称“DSP DSP的计算和处置功能相当强大，早期主要用于信号处置领域，价钱也较昂贵，但随着计算机技术的开展，价钱不断降低，因此近年来在控制领域的运用也越来越多.计算机控制方式的演化 第一阶段：集中控制 用一台计算机同时控制多台机器或设备，轮番采集反响信息，计算出所需求的控制量后轮番输出给每台机器或设备，属于“分时控制，主要缺陷是可靠性差。计算机受控设备1受控设备2受控设备N反响信号反响信号控制信号控制信号. 第二阶段：单机控制 一台计算机只控制一台机器或设备，主要优点是控制风险小。这种方式在今天也很常见，如冰箱、空调 、电饭

8、煲的控制等。 计算机受控设备反响信号控制信号. 第三阶段：分散控制 对于多台相互关联的机器或设备，每台机器或设备都单独用一个数控安装来控制单机控制方式，但与上层的协调和管理计算机有信息交互，属于网络化的控制系统。 典型例子有： 计算机集成制造系统 CIMS Computer Integrated Manufacturing System 集散控制系统 DCS Distributed Control System 现场总线控制系统 FCS Fieldbus Control System.一种网络化的现场总线控制系统.现代计算机控制系统：管控一体化一个消费企业往往能够同时采用了好几种网络化的控制系

9、统，并与管理系统连为一体，实现无缝衔接。现代消费自动化系统通常具有三层构造：例如，最底层是根底自动化层，以PCS过程控制系统为代表；第二层是消费过程运转优化层，以MES制造执行系统为代表；最高层是消费运营优化层，以ERP企业资源管理为代表。.根底层主要包括DCS、FCS、各种先进控制软件、检测安装、实时数据库等；运转优化层主要包括建模、方案与调度、实时优化、缺点诊断与维护、质量控制、本钱控制等；运营优化层主要包括企业资源规划ERP、供应链管理SCM、客户关系管理CRM、设备资源管理、企业电子商务平台等；这样的管控一体化系统可以实如今线本钱的预测、控制和反响校正，还可以实现消费全过程的质量跟踪、

10、平安监控、一致指挥和优化调度。 .消费自动化系统的层次构造表示图 .2.3 最根本的控制算法 PID控制 .反响控制系统的构造输出控制器受控对象检测安装给定输入反响信号控制量误差执行机构.什么是PID控制?PID: Proportional-Integrel-Derivative 比例-积分-微分PID控制的原理及构造简单，运用方便；PID控制的历史悠久，产生于20世纪初，先后有机械式、液动式、气动式、电子式等；PID控制的顺应面广，生命力强，至今仍为工程运用的主流80。.PID控制的构造比例作用误差e积分作用微分作用控制量u 比例、积分、微分作用可根据需求进展不同组合，如 P控制、PI控制、

11、PD控制、PID控制。.例：水温调理系统控制输入：进水口的热水流量与冷水流量之比受控变量：出水口的水温控制目的：坚持出水温度根本恒定各种扰动：进水口水温暖水压的动摇、环境温度变化、用户的用水量变化等 热水冷水温热水调理阀.水温反响控制系统 总的控制思绪：假设水温偏低，那么增大控制输入，即增大热/冷水流量的比值；反之，假设水温偏高，那么减小控制输入。热水冷水温热水调节阀水温检测控制安装期望水温.水温调理的比例控制造用 假设水温偏低，那么水温低得越多，就使控制输入增大得越多；反之，假设水温偏高，那么水温高得越多，就使控制输入减小得越多。 即控制量的大小大致与偏向成比例。 热水冷水温热水调节阀水温检

12、测比例控制期望水温.比例控制的特点比例控制的构造最简单，只需一个比例系数，可以使输出在有扰动的情况下根本恒定。比例系数的设置应适当，过小会调理作用太弱，系统变化过于缓慢，并产生较大误差；过大就会调理过头，偏向的一点点变化会对应产生很大的控制造用，容易引起系统输出上下动摇，即发生振荡。比例系数确实定是在呼应的快速性与平稳性之间进展折衷。比例调理基于偏向，不能够完全消除偏向。.水温调理的积分控制造用 假设水温低于期望值，那么将输入增大一些，假设还没有到达，就再增大一些，这样一点一点地调理，直到水温适宜为止；控制输入包含对偏向的积分，即偏向在时间上的累积，可以最终消除偏向。 热水冷水温热水调节阀水温

13、检测控制安装期望水温.积分控制的特点只需偏向不为零，偏向就不断累积，从而使控制量不断增大或减小，直到偏向为零为止。积分作用普通和比例作用配合组成PI调理器，并不单独运用，缘由是积分控制造用比较缓慢。 例如，水温很低，也就是偏向很大，本应该大幅度增大输入量，使水温尽快上升，但假设只需积分控制，那么输入量只能逐渐增大，水温上升缓慢；而比例作用那么是误差越大，控制造用越强。比例控制是最根本的、不可短少的控制造用，积分控制只是配合比例控制起作用。 .水温调理的微分控制造用 假设扰动使水温开场升高，那么应降低热/冷水比值，且升温速度越快，降低越多；反之假设水温要降低，那么应增大热/冷水比值，且降低速度越快，增大越多。即控制造用与水温的变化率成正比。 热水冷水温热水调节阀水温检测控制安装期望水温.微分控制的特点微分控制是基于偏向的变化率，水温还没有变，刚有变化的趋势，调理作用就开场了，所以微分控制具有“超前或“预测的性质，可以及时地抑制水温的变化。 微分控制只在系统的动态过程中起作用，系统到达稳态后微分作用对控制量没有影响，所以不能单独运用，普通是和比例、积分作用一同构成PD 或PID调理器。微分会放大高频噪声信号，且频率越高，放大得越厉害，因此通常要配置一个可以过滤掉高频信号的低通滤波器。 .PID控制的优、缺陷 PID控制简单适用，任务