§4—2控制系统的组成和描述
4工程流体力学 第四章流体动力学基础
Fy F V•n dS = -V0 dS
= =
=
ρ vV n dS ρ vV n dS ρ vV n dS ρ vV n dS
CS
S0
S1
S2
v = -V0 sin
0
0
§4-2 对控制体的流体力学积分方程（续18）
由于V1，V2在y方向上无分量，
忽略粘性摩擦力，控制体所受表面力包括两
端面及流管侧表面所受的压力，沿流线方向总压
力为：
FSl
pS p δpS δS
p
δp 2
δS
Sδ p 1 δpδS 2
流管侧表面所受压力在流 线方向分量，平均压强
§4-2 对控制体的流体力学积分方程（续27z）
控制体所受质量力只有重力，沿流线方向分
Q2
Q0 2
1 cosθ
注意：同一个问题，控制体可以有不同的取法，
合理恰当的选取控制体可以简化解题过程。
§4-2 对控制体的流体力学积分方程（续23）
微元控制体的连续 方程和动量方程
从流场中取一段长度为l 的流管元，因
为流管侧面由流线组成，因此无流体穿过；流 体只能从流管一端流入，从另一端流出。
CS
定义在系统上 的变量N对时 间的变化率
定义在固定控制 体上的变量N对 时间的变化率
N变量流出控制 体的净流率
——雷诺输运定理的数学表达式，它提供了对
于系统的物质导数和定义在控制体上的物理量
变化之间的联系。
§4-2 对控制体的流体力学积分方程 一、连续方程
在流场内取一系统其体积为 ，则系统内
的流体质量为：
根据物质导数的定义，有：
1 控制系统的基本概念解析
xo (t ) 是否收敛。 右边 为零时（即齐次方程），
d n xo (t ) d ( n1) xo (t ) dxo (t ) an a a a0 xo (t ) 0 n 1 1 n n 1 dt dt dt
HG/T 20505-2000 《过程测量与控制仪表的功 能标志及图形符号》适用于化工自控专业的初步 设计/基础设计、工程设计/施工图设计中仪表位号 编制，监控系统原理图等设计工作。
（一）仪表位号
工艺管道及仪表流程图中每个系统、每台仪表都
有一个唯一的标识，这个标识叫作位号。
仪表位号由仪表功能标志与仪表回路编号两部
操作人员的繁重或重复性体力劳动的装置。
2018/10/5 19
4、自动控制系统
作用：利用一些自动控制仪表及装置，对生
产过程中某些重要的工艺变量进行自动调节，
使它们在受到外界干扰影响偏离正常状态后，
能够自动地重新回复到规定的范围之内，从
而保证生产的正常进行。
2018/10/5 20
二、过程装备控制的任务和要求
i 1
i t
e it ( Ai cosi t Bi sin i t )
i 1
x o (t ) 0 ， 只有当实数根λ i，复数根的实部 σi 为负值时，有 lim t
系统稳定。否则系统是不稳定的。
控制系统稳定的充要条件
线性系统稳定的充要条件是：闭环系统特征方程的所有根均 具有负实部；或者说，闭环传递函数的极点均位于s平面的左
PID
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§1-4 控制系统的分类
按给定值的 不同特点
定值控制系统 随动控制系统 程序控制系统 闭环控制系统 开环控制系统
《控制系统导学案》
《控制系统》导学案一、导学目标：1.了解控制系统的基本观点和分类；2.掌握控制系统的基本原理和工作过程；3.理解控制系统在各个领域的应用；4.培养学生的分析和解决问题的能力。
二、导学内容：1.控制系统的定义和分类；2.控制系统的基本组成和工作原理；3.控制系统的稳定性分析；4.控制系统在自动化、机械、电力等领域的应用。
三、导学步骤：1.控制系统的定义和分类：控制系统是指能够实现对被控对象进行监测、测量和调节的系统。
根据控制对象的性质和特点，控制系统可以分为连续控制系统和离散控制系统，开环控制系统和闭环控制系统等。
2.控制系统的基本组成和工作原理：控制系统主要由传感器、执行器、控制器和控制对象组成。
传感器卖力收集被控对象的信息，控制器根据传感器反馈的信息进行决策，执行器则根据控制器的指令对被控对象进行调节。
3.控制系统的稳定性分析：控制系统的稳定性是指系统在受到外界扰动时能够保持稳定的能力。
通过对控制系统的传递函数进行分析，可以得出系统的稳定性条件，如系统的增益裕度、相位裕度等。
4.控制系统在各个领域的应用：控制系统在自动化、机械、电力等领域都有广泛的应用。
例如，在自动化生产线上，控制系统可以实现对生产过程的监控和调节；在机械系统中，控制系统可以实现对机械设备的控制和珍爱；在电力系统中，控制系统可以实现对电力负载的调节和分配。
四、导学反思：通过本节课的进修，我们了解了控制系统的基本观点和分类，掌握了控制系统的基本原理和工作过程，理解了控制系统在各个领域的应用。
在以后的进修和工作中，我们要不息提升自己的分析和解决问题的能力，为实现自动化控制系统的发展做出贡献。
船舶主机遥控第4章PPT课件
电动式发送器
电位器式
无触点式 自整角机变压器式
一、气动式发送器
P0
Pi
P0
手柄位置 AST STOP AH
二、电动式发送器（有触点式）
该电路包含两种发送方式：继电器式和电位器式。
该电路所描述的船舶具有两个车钟：主车钟和应急车钟。
因此，相应的车令发送器也有两套：主车令发送器和应急车令
发送器。
主车令发送器——电位器式
反馈：反馈杆32下移→回复杆38左端上翘→回复弹簧37拉
长→弯形杆上移→导阀52上移→关闭油孔f。
转速设定的减少过程与上述情况类似。
3、转速的限定 PG调速器有三个转速限定装置：
图4-3
气动低速限定36
伺服活塞的低速限定31
伺服活塞的高速限定50
气动低速限定的作用：保证柴油机在无气控信号时，能维
持最低转速运行。（相当于最低转速限制）
器 制器 制器 器 器 器 器
三、电子调速系统框图 PI调节器
U/I 电/液 变换器 执行器 主机
车令 设定 加速 发送 值限 度限
器 制器 制器
S 测速装置
§4-2 转速设定值发送器
转速设定值信号
气压信号(气动调速系统)
电压信号(电气及电子调速系统)
气动式发送器
转速设定
继电器式
值发送器
有触点式
③安全保护
当柴油机运行参数异常时，电磁阀49动作，迅速将油门拉
到最低值，并配合停车电磁阀一起，使主机迅速停车。
④升压器与放大器
升压器的作用是在起动时，加快油门的动作过程。
升压器的位置应该位于调速器的底部。
升压器每次吸入的油量决定了起动时油门的开度。
自动控制原理及pid调整系统原理
• ts 的大小一般与控制系统中的最大时间常数有
关，ts越短，系统响应越快。
1.5
A
A
1
0. 5
y()
0 tp
ts t
自动控制原理及pid调整系统原理
(5) 上升时间tr
• 仅适用随动系统。第一次达到系统新稳态值所
需的时间，定义为上升时间。
• 对于非振荡的过渡过程曲线：从稳态值的10％上
的初始快速性。
2、调节时间ts反映了系统的整体快速性。
3、最大偏差、超调量和衰减比反映了系 统的平稳性。
4、稳态误差反映了系统的调节精度。 自动控制原理及pid调整系统原理
1常规控制规律对系统控制质量的影响
F(s)
G f (s)
+ E(s)
+
R(s) ﹣ Gc ( s)
Z(s)
G0(s) +
Y(s)
H(s)
调节器可以被用来改变闭环传递函数，以保证系统 获得希望的动态特性和静态特性。
自动控制原理及pid调整系统原理
常规控制器的控制规律
调节器按不同控制规律产生使偏差减小的控制信号。 工业中常用的控制规律有： 比例P、比例加积分PI、比例加积分加微分PID等
自动控制原理及pid调整系统原理
1 比例控制规律P
Ti 0
l 只要偏差存在，积分作用就一直进行，直到受 到实际装置的限幅（积分饱和）。
l 只有偏差为零时，积分作用才停止。此时，控 制信号保持在前一刻数值。
总结：
1. 积分控制作用是可以消除余差的（主要目的）。 2. 积分作用与Ti成反比。Ti ↑I ↓ 3. 有可能影响系统的稳定性。
自动控制原理与系统--总结
总结
一、绪论
1、自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象（如机器、设备或 生产过程）的一个或数个物理量（如电压、电流、速度、位置、温度、流量、化学成分等） 自动的按照预定的规律运行（或变化）
2、自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。它一般由控制装置 和被控对象组成。被控制对象是指那些要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。控制装 置是指对被控对象起控制作用的设备总体。
ur R1 uc1
duc1 dt
1 c1
(i1 i2 )
uc1 R2i2 uc
d uc 2 dt
1 c2
i2
由所得方程组消去中间变量得：
几种常用典型函数
1.阶跃函数：
r(t)
0,t 0 A,t 0
A是常数
单位阶跃函数：1(t)
0, t 1, t
0 0
2.斜坡函数：
r(t)
0,t 0 At,t 0
系统类别
静态误差系数 阶跃输入 r(t) R I (t) 斜坡输入r(t)=R t
K p K Ka
ess
R 1 K p
ess
R K
0 K 00
R 1 K
I K 0 0
R K
II K 0
0
III 0
0
加速度输入 r(t) Rt 2 2
ess
R Ka
R K
0
表3-1 输入信号作用下的稳态误差
系统受到扰动的作用，偏离了原来的平衡状态， 而当扰动消失后，系统又能够逐渐恢复到原来 的平衡状态，则称该系统是渐进稳定的（简称 为稳定）。否则，称该系统是不稳定的。 线性定常系统稳定的充分必要条件：闭环系统 特征方程的所有根据都具有负实部，或者说闭 环传递函数的所有极点均位于为S平面的左半部 分（不包括虚轴）。
防喷器控制系统
二位三通气滑
操作
要想遥控装置上有气，必须 一直按下手柄。
进气
§4-6S-2三位四通气换向转阀-FKQ4005A
ZPEB
§4-6 FKQ4005A型控制系统介绍
储能器 油旁通阀 减压阀 电控箱(压
力继电器)
三位四通换向阀
减压阀 压 力 变 送 器
电泵
气泵
进气阀
ZPEB
§4-6Y远程控制台-FKQ4005A
远程控制台（蓄能器装置）中的主要部件
电泵 气泵
减压阀 安全阀（溢流阀）
储能器
ZPEB
§4-6Y-7安全阀-FKQ4005A
安全阀（溢流阀）的工作位置图
P119
ZPEB
§4-6Y-7安全阀-FKQ4005A
安全阀的作用
用来保护储能器、管汇，使其不 在超高压的情况下工作而损坏。
ZPEB
§4-6Y-8压力继电器-FKQ4005A
压力继电器的工作位置图
P111
ZPEB
§4-6Y-8压力继电器-FKQ4005A
井控装备
第四章 控制系统
一、控制系统的作用 二、控制系统的组成 三、控制系统的类型 四、控制系统的型号及参数 五、控制系统的工作原理 六、 FKQ4005A型控制系统介绍 七、控制装置现场调试 八、常见故障判断及排除方法
ZPEB
§4-1 控制系统的作用
ACCUMULATOR FOLD
平时用来制备和储存足 量的高压液压油（压力油）， 当需要时通过控制压力油的 流动方向使控制对象（防喷 器、液动阀）实施开关动作。
压力继电器的作用
自动控制电泵的启或停
配电自动化系统组成
配电自动化系统组成标题：配电自动化系统组成引言概述：配电自动化系统是现代电力系统中的重要组成部分，通过自动化技术实现对电力系统的监测、控制和保护。
本文将详细介绍配电自动化系统的组成。
一、监测系统1.1 实时监测功能：监测系统通过传感器实时采集电力系统的各项参数，包括电流、电压、功率等。
1.2 数据采集与传输：监测系统将采集到的数据传输至监控中心，实现对电力系统运行状态的监测。
1.3 故障诊断功能：监测系统能够对电力系统中的故障进行诊断，提供准确的故障信息，方便后续处理。
二、控制系统2.1 远程控制功能：控制系统可以实现对电力系统的远程控制，包括开关操作、调节参数等。
2.2 智能控制算法：控制系统通过智能算法对电力系统进行优化控制，提高系统运行效率。
2.3 自动调节功能：控制系统能够自动调节电力系统的运行状态，保证系统的稳定性和可靠性。
三、保护系统3.1 过载保护：保护系统能够监测电力系统中的过载情况，并及时采取措施保护设备。
3.2 短路保护：保护系统可以检测电力系统中的短路故障，并实现快速的短路保护。
3.3 地故保护：保护系统还可以对电力系统中的地故进行检测和保护，确保系统运行安全。
四、通信系统4.1 数据传输功能：通信系统通过网络技术实现监测、控制和保护系统之间的数据传输。
4.2 远程访问功能：通信系统支持远程访问，实现对电力系统的远程监控和控制。
4.3 数据存储与管理：通信系统还具备数据存储和管理功能，方便对历史数据进行分析和查询。
五、人机界面5.1 监控界面：人机界面提供直观的监控界面，显示电力系统运行状态和各项参数。
5.2 操作界面：人机界面提供操作界面，实现对电力系统的远程控制和参数设置。
5.3 报警提示：人机界面能够及时发出报警提示，提醒操作人员注意电力系统的异常情况。
结语：配电自动化系统的组成包括监测系统、控制系统、保护系统、通信系统和人机界面，每个部分都发挥着重要的作用，共同确保电力系统的安全稳定运行。
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§4—2控制系统的组成和描述
教学目的：
熟悉简单的开环控制系统的基本组成和简单的工作过程
熟悉闭环控制系统的基本组成，能画出一个简单的闭环控制系统的方框图
理解闭环控制系统中的控制器、执行器的作用
初步理解开环与闭环系统的区别
教学重点：掌握控制器、控制器、被控对象和被控量等概念。
教学难点：掌握具体实例分析方法，弄清楚控制器、控制器、被控对象和被控量等概念
教学关键：控制系统的框图表示。
教学过程和内容：
引入：
教师讲述，与学生一起重温上节课所做的游戏“蒙眼画图”，回顾开环控制和闭环控制的相关知识。
在此过程中，有意识地控制过程中完成不同功能部分看成一个个模块，为下面的新知识讲授打下伏笔。
新课讲解：
一、控制系统的组成
1、例子1：P115图4—20 ：投掷飞镖的控制过程
投掷飞镖的控制过程包括了下面几个组成部分：
2、例子2 ：P115图4—21骑自行车的控制过程包括了下面几个组成部分：
3、教师提出问题：联系前面所学的控制系统的相关知识，例子1、2有什么异同？教师讲述，例子1、2在结构形式上都有各类控制系统的同性，即都可以将控制过程中完成不同功能部分看成一个个模块，不同的地方在与例子2比例子1多了一个反馈环节。
P115图4——22
4、小练习
1）如果将我们的身体看成是一个控制系统，在你从书架上拿出一本你想要的书的过程中，身体各部分分别完成什么功能？
2）电冰箱工作原理
讲述电冰箱工作原理。
3）小游戏：请几位同学来给大家演示一下女红的基本功“穿针引线”（可男女生各一组进行比赛）。
“穿针引线”过程中：
二、控制系统的框图表示
1、组成：P117l图4—23、图4—24
命令发出者——控制器（controller）
命令执行者——执行器(actuator)
命令的作用对象——被控对象(controlled plant)
反馈环节——反馈环节
2、相关量：
期望值——给定量
控制目的——被控量(controlled variable)
对控制对象所产生作用——控制量(control variable)
3、案例分析
1）投掷飞镖
控制器：大脑
执行器：手
被控对象：飞镖
给定量：期望值
被控量：落点
2）说出速度调节控制过程的给定量、控制器、执行器、被控对象、反馈环节、被控量、控制量。
4、小组讨论
全班分四个小组，每小组一个项目进行讨论，并选一个代表同学当课堂小老师。
项目：
1）供水水箱的水位自动控制系统
2）加热炉的温自动控制系统
拓展：3）人工调节液面4）希罗的自动门控制系统
框图的一般形式
1、开环
从平常的案例中归纳出开环控制系统的框图表示。
2、闭环
从平常的案例中归纳出闭环控制系统的框图表示。
小结：
1．控制系统的组成：控制器、执行器、被控对象、反馈环节
2．相关量：控制量、被控量、给定量
3．控制系统的框图表示：开环、闭环。