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第一章　自动控制基本知识 第一节　自动控制的基本概念 一、概述 1.自动化系统的组成：任何自动化系统都是由被控对象和自动化装置两大部分组成。 2.被控对象：是指需要控制的设备、机器或生产过程。 3.自动化装置：是指自动化控制中，实现自动化的工具。 4. 生产过程自动化的内容 二、人工控制与自动控制 这是一个热交换器加热过程的温度控制实例。受控制的设备是一个蒸气加热物料的热交换器，工艺要求其出口处的热物料必须加热到一定的温度，高于或低于这个温度均不合格。 人工控制时，首先是人眼观察热物料出口温度，然后通过大脑的思考、比较、分析，再根据物料出口温度与所要求给定温度间的偏差大小、方向及其变化趋向，决定应把蒸气阀门的开度作如何变更，最后人手按大脑发出的控制命令去开大或关小阀门，其结果将使物料出口温度与要求的给定温度相一致，这就是人工控制的全过程。自动控制时，用仪表及一些必要的自动装置来代替人的眼、脑、手三个器官的功能。 必须指出，任何自动控制过程，都是仪表装置根据人的意志，按照预先的设计和安排来动作的，它只能减轻和代替人们　的部分劳动，而不能完全彻底地取代人的作用。 第二节　自动控制系统 一、自动控制系统的组成 自动控制系统的组成 1.自动控制装置：即起控制作用的　全套仪表、自动装置。通常包括　测量元件、变送器、制器和执行器等。 2.被控对象：即控制装置所要控制的生产设备。 1.被控对象：简称对象，亦称受控过程，是在自动控制系统中，需要控制工艺参数的生产设备。对象不一定就是生产设备的整个装置，一个设备也不一定就只有一个控制系统。 2.测量元件与变送器：是用来检测被控变量的变化并将其转换为一种特定信号（如水位、流量、气压、电流或机械位移等）的装置。在自动控制系统中起着获取信息的作用。它的精确度、灵敏度及可靠性直接影响自动控制系统的品质指标。 3.控制器：它接收测量元件与变送器的信号，根据被控对象的数学模型及控制所要求达到的要求，按照一定的控制规律进行运算，并输出相应的信号（气压或电流等）给执行器。当用计算机来实现控制功能时，即构成计算机控制系统。 4.执行器：它接收来自控制器的信号，改变操纵变量的大小或符号，从而实现对生产过程的控制，在过程控制系统中，常用的有电动、气动执行器。 5.定值器（给定机构）：将被控变量的给定值转换成统一信号的装置，以便使给定值送入控制器和测量信号进行比较。 自动控制系统除上述基本环节外，还有其他一些辅助装置，如电源、稳压装置、气源、减圧阀、显示仪表等。 显示仪表可以接收测量元件或变送器的信号，显示被控变量的数值及趋势。在自动控制系统中亦可以显示给定值、阀位或干扰量。必要时可采用图像显示和记录仪表来显示和记录控制系统的状态。 此外还有开方器、乘方器、比值器、限幅器、选择器等。 被控变量：是指在自动控制系统中，被控对象中需要控制的那个参数。 给定值：是指在自动控制系统中，被控变量要求保持的那个规定值（也称为设定值）。 干扰：是指在自动控制系统中，影响被控变量偏离给定值的各种因素。干扰是客观存在的、随机的、不可避免的，干扰不断产生。 二、自动控制系统的方框图 方框图的单向传递性 方框图表示自动控制系统的优点：只要依照信号的流向，便可将表示各元件或设备的方框连接起来，很容易组成整个系统，与纯抽象的数学表达式相比，它还能比较直观、形象地表示出组成系统的各个部分间的相互作用关系及其在系统中所起的作用。与物理系统相比，它能更容易地体现系统运动的因果关系。 三、自动控制系统的负反馈 反馈：任何一个自动控制系统都是一个闭合的回路，这种把系统的输出信号又返回到输入端的作法叫作反馈。 正反馈与负反馈：如果反馈信号是正的称为正反馈，如果反馈信号是负的称为负反馈。 一般情况下，自动控制系统只有采用负反馈才能得到正确预期的控制作用，所以在实际应用中，自动控制系统绝不能单独采用正反馈。 第三节　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 1.系统的静态：也称稳态，是指在自动化领域内，把被控变量不随时间而变化的平衡状态。所谓的静态与习惯上所讲的静止概念不同。 2.系统的动态：是指在自动化领域内，把被控变量随时间而变化的不平衡状态叫动态。 3.静态是暂时的、相对的、有条件的，动态是普遍的、绝对的、无条件的。研究自动控制系统应以控制的动态过程为主。 二、自动控制系统的过渡过程 1.定义：是指自动控制系统在动态过程中被控变量随时间而变化的过程，也就是系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的全过程，或者说是自动控制系统的控制作用不断克服干扰影响的全过程。 2.阶跃干扰：是指一种突如其来的变化，一经加上就不再消失，它是一种对被控变量影响最大的干扰，也是一种对生产、设备最不利的干扰，如果一个自动控制系统能承受这种干扰，能及时消除这种干扰的影