一章 自动控制系统概述ppt课件.pptVIP

化工过程自动化 西北民族大学 化工学院 引言 自动化： 机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动进行操作或控制的过程。 自动控制系统： 由内部互相联系的部件按照一定规律组成，能够完成一定功能的有机整体。 1 自动控制系统概述 1.1 自动化及仪表发展概述 1.2 自动控制系统 1.3 控制系统过渡过程及品质指标 1.1 自动化及仪表发展概述 控制理论的发展 控制系统结构的发展 自动化仪表的发展 当前自动控制系统发展的一些主要特点 控制理论的发展 经典控制理论 现代控制理论 大系统理论 智能控制理论 “史前”控制 经典控制理论 时间：20世纪40～50年代 特点：主要从输出与输入量的关系方面分析与研究问题。 适用范围：线性定常的单输入、单输出控制系统。 现代控制理论 时间:20世纪60年代获得迅猛发展 特点：从输入-状态-输出的关系全面地分析与研究系统。 适用范围： 不限于线性定常系统，也适用于线形时变，非线性及离散系统，多输入、多输出的情况。 大系统理论 时间：20世纪70年代开始 将现代控制理论与系统理论相结合 核心思想： 系统的分解与协调 适用范围： 高维线性系统 智能控制理论 主要研究方向： 自适应控制 模糊控制 预测控制 人工神经元网络研究等 多学科的融汇、贯通 控制系统结构的发展 基地式：20世纪50年代 单元组合式： DDZ, QDZ 20世纪60年代 计算机： DDC, DCS 20世纪70年代 先进控制和优化控制：CIPS, FCS 20世纪80年代以后 自动化仪表的发展 自动化仪表的发展经历了如下过程： 模拟仪表? 数字仪表? 智能仪表 当前自动控制系统发展的一些主要特点 生产装置实施先进控制成为发展主流； 过程优化受到普遍关注； 传统的DCS在走向国际统一标准的开放式系统； 综合自动化系统（CIPS）是发展方向。 1.2 自动控制系统 1.2.1自动控制系统 1.2.2闭环控制与开环控制 1.2.3自动控制系统的组成及方框图 1.2.4 自动控制系统的分类 1.2.1 自动控制系统 以液位控制系统为例，若采用手动控制，其步骤为： (1)观察液位数值； (2)把观察到的实际数值与设定值加以比较，根据偏差的大小及变化情况做出判断，并发布命令。 (3)根据命令操作给水阀，使液位回到设定值。 采用自动控制，可完成调节任务。 举例 自动控制的目标 提高劳动生产率， 提高产品质量， 改善劳动条件， 节约能源 降低成本。 基本术语 被控过程（被控对象）：自动控制系统中，工艺参数需要控制的生产过程、设备或机器。 被控变量：被控过程内要求保持设定值的工艺参数 操纵变量：受控制器操纵的用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量 扰动：除操纵变量外，作用于被控过程并引起被控变量变化的因素 设定值：工艺参数所要求保持的数值 偏差：被控变量设定值与实际值之差 负反馈：将被控变量送回输入端并与输入变量相减 1.2.2 闭环控制与开环控制 闭环控制 概念： 在反馈控制系统中，被控变量送回输入端，与设定值进行比较，根据偏差进行控制，控制被控变量，这样，整个系统构成了一个闭环。 闭环控制的特点（优点）： 按偏差进行控制，使偏差减小或消除，达到被控变量与设定值一致的目的。 闭环控制的缺点： 控制不够及时；如果系统内部各环节配合不当，系统会引起剧烈震荡，甚至会使系统失去控制。 开环控制 概念： 不需要对被控变量进行测量，只根据输入信号进行控制 优点： 控制很及时 缺点： 由于不测量被控变量，也不与设定值相比较，所以系统受到扰动作用后，被控变量偏离设定值，并无法消除偏差。 1.2.3自动控制系统的组成及方框图 在研究自动控制系统时，为了更清楚的表示控制系统各环节的组成、特性和相互间的信号联系，一般都采用方框图。每个方框表示组成系统的一个环节，两个方框之间用带箭头的线段表示信号联系；进入方框的信号为环节输入，离开方框的为环节输出。 控制系统的组成 定值元件：用来产生设定值或参考输入。 控制器：或称调节器。通过一定的控制规律给出控制量，送到执行元件。 执行元件：完成功率转换或信号转换，常称为执行机构或者执行器。 测量、变送元件：又称传感器，用于检测被控对象的输出量，并变换成标准信号送到控制器。 比较元件：用以产生偏差信号 各元件作用 检测元件和变送器的作用是把被控变量c(t)转化为测量值y(t)。 比较机构的作用是比较设定值