第6章 自动控制系统基本概念教材

控制器
执行器
对象
-
测量变送器
设定值 偏差
控制器输出
xe
p
控制器
执行器
-
z 测量值
操纵变量
f 干扰作用
q
对象 被控变量
y
测量变送器
自动控制系统的工作过程
❖ LT测量出液体储槽的液位值L ❖ 将液位L的高低转化为一种特定的、统一的输出信号Z
❖ 将L与液位给定值Lst相比较得出偏差e= L- Lst ❖ LC根据偏差e大小，按某种规律（p=f(e)）发出控制信号P
对象
y
反馈：输出信号返回到输入端。
测量
负反馈：反馈信号取负值，与输入
变送器
信号值相反（常采用）
❖ 开环系统
信号不构成回路，系统的输出信
p
q
y
自动操纵装置
对象
号对输入信号无影响
§6.5.2 控制系统分类：设定值
❖ 定值控制系统
给定值恒定不变。
（例：液位控制系统）
作用：克服扰动对被控变量的影响，使被控变量回到设定值。
❖ 过渡过程：系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡过程
研究动态的重要性
❖ 静态是暂时的，动态是普遍的 ❖ 干扰作用使被控变量偏离给定值，打破平衡，控制作用使被控
变量变化一段时间内重新稳定，建立新的平衡。
❖ 自动控制系统总是处于一种频繁的、不间断的动态过程中（扰动作用） ➢ 化学工程：关心过程静态，物料、能量静态平衡（无累积量）
（扰动）的影响而偏离正常状态时，能自动地控制而回到规定的 的数值范围内。
§ 6.2 自动控制系统组成
❖ 液位人工控制 ❖ 局限性及改进 ❖ 液位自动控制 ❖ 四大组成环节 ❖自动控制系统方块图
§ 6.2.1 液位人工控制
❖ 眼看--Hale Waihona Puke Baidu------------------检 测
用眼睛观察玻璃管液位计中液位的高低，并 通过神经系统告诉大脑
❖ 静态与动态 ❖ 过渡过程 ❖ 品质指标 ❖ 影响过渡过程的主要因素
§6.6.1 控制系统的静态和动态
❖ 静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态
例：Qi = Qo时，L不变
❖ 动态：被控变量随时间变化的不平衡状态（研究重点）
例：Qi ≠ Qo时，L变化
➢ 控制过程：动态 控制 静态 干扰 动态 控制 新的静态
基本内容
❖ 化工自动化的主要内容 ❖ 自动控制系统的组成及方块图 ❖ 自动控制系统的分类 ❖ 自动控制系统的过渡过程和品质指标
§6 化工自动化的主要内容
❖ 自动检测系统 ❖ 自动信号和联锁保护系统 ❖ 自动操纵及开停车系统 ❖ 自动控制系统
§ 6.1.1自动检测系统
❖利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量 、指示或记录 ❖它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记录 （人眼）。
❖ 执行器根据P信号的大小改变出口流量Q
❖ 最终使L稳定或回到给定值Lst
f
Lst e -
P
Q
LC
执行器
储槽
液位 L
Z
LT
§6.5 自动控制系统的分类
❖ 结构形式 ❖ 给定值
§6.5.1 控制系统分类：结构
❖ 闭环系统
f
xe
p
q
信号构成回路，输出信号引回到 输入端，对控制作用有影响
控制
-器
z
执行器
❖ 执行器（actuator）
自动地根据控制器送来的信号值来改 变阀门的开启度。
6.3.1 工艺管道及控制流程
§6.4 自动控制系统方块图
❖意 义
➢ 更清楚地表示出各组成环节之间的相互影响和信号联系 ➢ 便于对自动控制系统进行分析研究
➢ 组成：传递方块(系统各环节)、信号线、综合点、分支点
（measuring element and sensor） 把所测的工艺参数值（液位）变换为 一种特定的、统一的输出信号（如气 压信号或电压、电流信号等）。
§6.2.4 四大组成环节
❖ 自动控制器（controller）
接受变送器送来的测量信号，与设定 值相比较得出偏差，并按某种运算规 律算出结果，然后将此结果用特定信 号(气压或电流)发送出去
❖随动控制系统（自动跟踪系统）
给定值不断地随机变化。
（例：比值控制系统）
作用：使被控变量能够尽快、准确无误地跟踪设定值的变化而变化。
❖程序控制系统（顺序控制系统）
给定值是变化的，已知的时间函数。（例：金属热处理的温度控制） 作用：使被控变量能够尽快、准确无误地跟踪设定值的变化而变化。
§6.6 自动控制系统的过渡过程和品质指标
第六章 自动控制系统基本概念
陕西科技大学化学与化工学院
基本要求
❖ 自动控制系统的组成 ❖ 自动控制系统各部分的作用与相互联系 ❖ 自动控制系统方块图的意义及画法 ❖ 自动控制系统中常用的各种术语 ❖ 控制系统的几种分类形式 ❖ 系统的动态和静态 ❖ 过渡过程的几种基本形式及品质指标
（掌握） （了解） （掌握） （理解） （了解） （掌握） （掌握）
§ 6.1.2 自动信号和联锁保护系统
❖ 对某些关键性参数设有自动信号联锁装置。 ❖ 当工艺参超过了允许范围，系统自动地发出声光报警信号，以提
示及时采取措施。
§6.1.3 自动操纵及自动开停车系统
❖ 根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性的操作。
§ 6.1.4 自动控制系统
❖ 对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰
❖执行器 --------------------------- “手”
自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门 的开启度
测量变送器 控制器 执行器
液位自动控制
§6.2.4 四大组成环节
❖ 被控对象（controlled object）
需要控制其工艺参数的生产设备或 机器 （液体贮槽）
❖ 测量元件与变送器
❖ 脑想---- 运算(思考)、命令
大脑根据液位高度，与液位设定值进行比较， 得出偏差的大小和正负，然后发出命令
❖手动---------------------执行
根据大脑发出的命令．通过手去改变阀门开 度（出口流量），使液位保持在所需液位上
？？？
液位人工控制
§6.2.2 局限性及改进
❖ 人工控制受到人的生理上的限制，控制速度和精度上 满足不了生产的需要
❖ 用自动化装置代替上述人工操作，可提高控制精度和 减轻劳动强度
§ 6.2.3 液位自动控制
❖ 测量元件与变送器（LT）--- “眼”
测量液位并将液位的高低转化为一种特定的、 统一的输出信号（如气压或电信号等）
❖自动控制器（LC）------------ “脑”
接受变送器送来的信号，与液位设定值相比 较得出偏差，并按某种运算规律算出结果， 然后将此结果用特定信号发送出去