一、控制系统的组成
电气控制系统的组成
电气控制系统的组成
电气控制系统的系统组成主要包括三个部分：控制系统、执行系统和电源系统。
下面是每个部分的详细介绍：
1. 控制系统：控制系统是电气控制系统的核心部分，它包括PLC（可编程逻辑控制器）、DCS（分布式控制系统）、SCADA（监控与数据采集系统）等。
控制系统负责管理和控制整个系统，在此基础上实现各种生产和加工工艺的精密控制与调整，同时对系统的安全、稳定和运行成本的优化提供重要保证。
2. 执行系统：执行系统主要包括电动机、伺服电机、气动执行元件、液压执行元件等。
执行系统是控制系统下达指令之后，实现具体设备运行的重要组成部分。
例如在工业自动化生产线中，执行系统负责驱动各种传送带、机床等机械设备，完成产品的生产和加工过程。
3. 电源系统：电源系统是电气控制系统的电能供应系统，它是整个系统的基础。
电源系统负责为控制系统和执行系统提供所需的电力和电能，例如给PLC、传感器、驱动器等供电，同时还能保证电气控制系统的稳定性和可靠性。
控制系统组成
控制系统组成
控制系统主要由以下部分组成：
1. 控制主体：即控制者，可以是个人或组织，通过对系统进行指挥和控制，实现系统功能。
2. 控制客体：即被控制的对象，可以是机械、电子、生物等实体，也可以是某个过程或状态。
3. 控制器：用于接收控制主体的指令，并将其转化为对控制客体的操作，是控制系统的核心部分。
4. 传感器：用于感知控制客体的状态，将感知到的信号转化为电信号或数字信号传输给控制器。
5. 执行器：用于接收控制器的指令，并将其转化为对控制客体的操作，如开关、调节阀等。
6. 反馈元件：用于将控制效果反馈给控制主体，以便对控制策略进行调整和优化。
7. 电源：为控制系统提供能源，通常为交流电或直流电。
8. 辅助元件：包括转换器、滤波器、保护器等，用于对信号进行转换、滤波和保护，保证控制系统的稳定性和可靠性。
这些组成部分通过一定的连接方式组成一个完整的控制系统，实现对被控制对象的稳定、高效、精确的控制。
控制系统的方块图及其基本组成
Υ Υ
1
3
-
Υ 1-Υ 2+Υ 3
-
Υ2
R2 (s)
图2-15比较点示意图
Υ2
注意：进行相加减的量，必须具有相同的量刚。 (3)分支点（引出点、测量点）Branch Point 表示信号测量或引出的位置 C(s) 注意：同一位置引出的信号 R(s) P(s) G1 (s) G2 (s) 大小和性质完全一样。
注意：由于N(s)极性的随机性，因而在求E(s)时，不能认
为利用N(s)产生的误差可抵消R(s)产生的误差。 2.4.3 方块图的绘制 （1）考虑负载效应分别列写系统各元部件的微分方程或传递 函数，并将它们用方框（块）表示。 （2）根据各元部件的信号流向，用信号线依次将各方块连接 起来，便可得到系统的方块图。 系统方块图-也是系统数学模型的一种。
**
R(s)
+ -
E(s)
G1 (s)
+
+
G2 (s)
C(s)
B(s)
H(s)
打开反馈
N(s)
G1 (s)
G2 (s)
C(s)
H(s)
图2-18 输出对扰动的结构图 利用公式**，直接可得：
M N ( s) G2 ( s ) C ( s) N ( s) 1 G( s) H ( s)
（7）误差对扰动的传递函数 假设R(s)=0
(4)闭环传递函数 Closed-loop Transfer Function 假设N(s)=0 输出信号C(s)与输入信号R(s)之比。
G1 ( s)G2 ( s) C ( s) G( s) R( s) 1 H ( s)G( s) 1 H ( s)G( s)
一款工业控制系统是由哪些部分组成的呢？
计算机控制系统是现代工业生产中不可或缺的关键设备，它通过采集、处理和控制数据，对整个系统进行监测和控制，确保系统的稳定运行和高效性能；其中，稳压控制系统、传感控制系统、电气控制系统及控制软件系统等是构成计算机控制系统的重要组成部分。
稳压控制系统是为了确保电压稳定而设计的，它通过实时监测电压波动，并根据设定的范围进行调整，以保持电压在可接受的范围内，这种系统通常应用于电力系统、工厂生产线等需要稳定电压供应的场所。
传感控制系统是通过传感器来采集环境信息，并通过控制器对环境进行控制。
例如，温度传感器可以实时监测环境温度，并根据设定的温度范围来控制加热或制冷设备，这种系统广泛应用于空调、冰箱等需要温度控制的设备中。
电气控制系统主要负责对电气设备进行控制和保护，例如，电气控制系统可以监测电流、电压、频率等参数，并在异常情况下及时切断电源，以确保设备和人员的安全，这种系统在电力系统、工业自动化等领域得到广泛应用。
控制软件系统则是通过计算机程序来实现对整个系统的控制和管理。
它可以收集和处理各个子系统的数据，并根据预设的算法和逻辑进行决策和控制。
例如，工厂生产线的控制软件系统可以根据订单需求和设备状态实时调整生产计划和生产速度，以提高生产效率和产品质量。
测控系统作为计算机控制系统的重要组成部分，负责对所有子系统进行监测和控制。
它通过与各个子系统进行通信，发送控制命令和获取数据采集信息，实现对整个系统的实时监控和控制。
测控系统通过各种传感器和仪器设备来获取各个子系统的状态和性能参数，并将其转化为计算机可读的数据，以便后续的处理和控制。
综上所述，计算机控制系统是整个系统数据的采集、处理及控制的中心，主要包括稳压控制系统、传感控制系统、电气控制系统及控制软件系统等是构成计算机控制系统的重要组成部分，而测控系统负责对各个子系统进行监测和控制，确保系统的稳定运行和高效性能。
这些系统的协同工作使得现代工业生产更加自动化、智能化，并提高了生产效率和产品质量。
第一课 自动控制系统的组成
第一课自动控制系统的组成陶运道一液位控制系统的组成1 系统的组成如图是一液位控制系统，从图上可以看出控制系统由四个部分组成。
（1）对象：水箱（2）液位测量元件：变送器，将液位大小测量出来。
（3）控制器：将测量值和设定值相减得到偏差，根据偏差大小，输出一个值至执行元件。
（4）调节阀：执行元件，根据控制器输出信号大小，产生一开度，使液位回到给定值。
2 液位是被调节的量出口流量是调节的量，出口流量大小可以调节液位，使液位稳定。
二、控制系统的框图三、自动控制系统的过渡过程和品质指标1 在自动化领域中,把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态，而把被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
2 静态的特点：系统输入x、f不变，系统输出y不变，其他量如z、e、p、q均不变，但生产照常进行。
静态是相对而暂时的。
动态的特点：输入变化引起输出变化，其他量也跟着变化，以求系统建立新平衡。
动态是经常和绝对的。
自动控制系统的过渡过程：自动控制系统在动态过程中，被控变量是不断变化的，它随时间而变化的过程称为自动控制系统的过渡过程，也就是说，系统从一个平衡状态（静态）经过动态过渡到另一个新的平衡状态的过程。
3 干拢的形式系统在过渡过程中，被控变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰形式。
在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属于随机性质。
在分析和设计控制系统时，为了安全和方便，常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。
阶跃干扰（阶跃输入）的特点：比较突然、比较危险、对被控变量的影响最大，如果一个系统，能有效地克服这类干扰，对其他干扰就能很好地克服，同时数学处理和分析简单。
4 过渡过程的基本形式以上过渡过程的四种形式可以归纳为三类。
(1)过渡过程(d)是发散的，称为不稳定过渡过程，应竭力避免。
(2)过渡过程(a)和(b)都是衰减的，稳为稳定过程。
被控变量经过一段时间后，逐渐趋向原来的或新的平衡状态，这是所希望的。
4.2_控制系统的基本组成
对“自动门”的扩展探究：
⑤如何将自动门装置改为汽车车库中的自动门？
人体热辐射 红外传感器
控制电路
电机
转动
自动门
开或关
输入量
控制器
执行器
控制量
被控对象
输出量
开环控制系统的特点：
1、系统的输出量直接受输入量的控制； 2、信号（或信息）的传递是单向的，总
是从输入端单向传至输出端。
例: 电子门铃的开环电子控制系统
随堂检测
1、下列控制系统中，属于开环控制系统的是（ D ） A、电冰箱的温度控制 B、计算机的CPU上的风扇的转速控制 C、现代化农业温室的温度控制 D、家用缝纫机的缝纫速度控制 2、下面控制系统中，属于闭环控制的有（ C ） A、电风扇机械定时开关控制系统 B、电子门铃控制系统 C、电磁炉温度自动控制系统 D、自行车制动系统
红外线探测器
在红外线探测器中，热电元件检测人体 的存在或移动，并把热电元件的输出信 号转换成电压信号。然后，对电压信号 进行波形分析。
红外线探测器
这种探测器是以探测人体辐射为目标的。 所以辐射敏感元件对波长为10μm左右的红 外辐射必须非常敏感。 为了对人体的红外辐射敏感，在它的 辐射照面通常覆盖有特殊的菲尼尔滤光片， 使环境的干扰受到明显的控制作用。
苏 轼 ： “ 缺 月 挂 疏 桐 ， 漏 断 人 初 静 。 ”
二、闭环控制系统
1、夜半时刻，在十字路口，没有行人，汽车 却仍然要等待？怎么办？
2、游泳池注水或楼顶水箱注水，时间到了可 是有时水满了，有时却未满，怎么办？ ·· ·· ·· ·· ·· ··
自动饮水鸟
自动喂水模型
下图是一个典型的闭环控制系统—— 水箱水位的闭环控制系统 P108
控制系统的构成和工作原理
控制系统的构成和工作原理
控制系统通常由以下几个主要组成部分构成：
1. 输入：控制系统接收的信号或信息，通常是来自于系统的感知器或传感器等设备。
2. 控制器：控制系统的核心部分，根据输入信号进行处理和计算，生成相应的控制指令。
3. 执行器：控制系统的输出部分，根据控制指令执行相应的操作，控制被控对象的状态或行为。
4. 反馈回路：控制系统通常会引入反馈回路，将被控对象的状态或行为的信息反馈给控制器，以实现对系统的闭环控制。
控制系统的工作原理可以分为开环控制和闭环控制两种：
1. 开环控制：控制器根据预先设定的控制指令，直接输出到执行器，控制被控对象的状态或行为。
开环控制没有反馈回路，无法对系统的实际状态进行实时调整。
优点是简单，适用于一些简单的控制需求，缺点是对系统外部的扰动和内部的参数变化较为敏感。
2. 闭环控制：控制器根据感知器或传感器等设备反馈的信息，与预设的控制指令进行比较，计算出控制误差，并调整控制指令，再次输出到执行器，通过不断调整控制指令，使得被控对象的状态或行为逐渐接近预设值。
闭环控制可以实现对系统状态的实时调整和校正，能够对扰动和参数变化做出相应的补偿。
优点是精确、稳定，适用于对系统要求高精度和稳定性的控制需求，缺点是比开环控制复杂一些。
需要注意的是，控制系统的构成和工作原理可以根据具体的应用领域和需求而有所差异，上述仅为一般情况下的描述。
自动化控制系统的结构
自动化控制系统的结构
楼宇自动化控制系统由三层结构组成：工作站层、网络控制器层、现场控制器层。
1、工作站层
该层设备主要由计算机主机、显示器、打印机组成，实时监控大厦中各种设备的运行状况，是管理整个大厦设备设施及操作的工作平台。
操作者通过计算机显示的各种信息以及打印机所记录的信息。
及时了解之前或现在大厦机电设备的运行情况，同时可以通过计算机来控制和∕或调整机电设备的运行状态，从而达到预先设定的各种技术指标要求。
2、网络控制器层
网络控制器根据现场设备的布置分别安装在楼宇自控系统控制室及现场弱电竖井中。
除了进行信息的传递网络的匹配以外，还可以脱离网络独立工作，担负着复杂的高性能的控制任务，其随机记忆存储器可达10MB以上，带有自诊断功能，并有72小时断电保护，当失电后，可保护数据在72小时之内不被丢失。
3、现场控制器层
直接数字控制器（DDC）是楼宇自控系统中主要的现场控制装置，它分布于建筑物内各处的设备现场，如空调机房，水泵房，冷冻站等。
它连接于楼宇自控系统现场总线，网络控制器及楼宇自控系统工作站均可对它们实现上位机的超越控制。
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4.2控制系统的组成和描述习题
一、判断题
（1）控制器肯定是控制系统中最先动作的构件。
（）（2）执行器是能直接对被控对象起控制作用的装置。
（）（3）被控对象是连动过程中最后动作的构件。
（）（4）存在比较器的控制系统一定是闭环控制系统。
（）二、判断下列关于楼道灯声控开关电路的说法是否正确。
（1）它是一个闭环控制系统。
（）
（2）它能自动纠正控制误差。
（）
（3）灯是被控对象。
（）
（4）控制量是控制灯的亮灭。
（）
二、选择题
1.下列控制系统中，属于开环控制系统的是（）
A 电冰箱的温度控制
B 计算机的CPU上的风扇的转速控制
C 现代化农业温室的温度控制
D 家用缝纫机的缝纫速度控制
2 .下面控制系统中，属于闭环控制的有（）
A 电风扇机械定时开关控制系统
B 电子门铃控制系统
C 电磁炉温度自动控制系统
D 自行车制动系统
3．下列控制现象属于自动控制的是（）
A 电风扇
B 洗衣机
C 红绿灯定时转换
D 电子词典
4．下列属于闭环控制系统的是（）
A 楼道里的防盗报警控制系统
B 火灾自动报警系统
C 公园音乐喷泉自动控制系统
D 电冰箱的温度控制系统
5．下列各项中，属于开环控制系统的是（）
A 家用电风扇的转速调节系统
B 电冰箱温度控制系统
C 汽车自动档位控制系统
D 抽水马桶水位的控制系统
6.“皮影戏”是我国的传统的民间艺术，演员只要在屏幕和灯光之间抖动如栓在“小兔”身上的细线，屏幕上就能出现生动活泼的小兔形象，这是一种控制现象，其控制对象是（）
A 细线
B “小兔”
C 屏幕
D 灯光
7．普通高压锅使用过程中，当锅内压力达到一定值时，压力阀会浮起并放气，使锅内压力维持在预定值水平。
该压力控制系统是( )
①人工系统②自然系统③人工（手动）控制④自动控制
A ①③
B ①④
C ②③
D ②④
8.闭环控制系统由下列各个环节组成（）
①控制器②执行器③被控对象④检测装置
A ①②③
B ①③④
C ①②③④
D ①②④
9.控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入进行比较的过程，称为（）
A 反馈
B 干扰
C 控制
D 闭环控制
10.闭环控制系统中反馈的作用是（）
A 消除干扰因素
B 实现自动控制
C 减少输入量的偏差
D 减少输出量的偏差
四、简答题
1.随着音乐起伏而变化的音乐喷泉是控制技术的一种具体应用。
其工作过程是由“声－电转换装置”将起伏的音乐强度转换为随之而变化的电信号，这种电信号驱动电动机带动水泵转动。
音乐声信号强，水泵的转速就快，喷头的压力就大，喷出的水柱就高。
反之，喷出的水柱就低。
音乐信号的强弱与喷泉水柱的高低一一对应。
请回答以下问题：
（1）音乐喷泉控制系统是开环控制还是闭环控制？
（2）该控制系统的输入信号和输出信号分别是什么
（3）从控制系统组成的角度，分析“声－电转换装置”在控制系统中起什么作用？
2.王大伯盖了一个能自动调节温度的小型花房，花房的温度冬季一般控制在18℃左右，夏季一般控制在25℃左右。
请分析它可能的工作过程，并画出花房温度控制系统的方框图。
提示：该花房温控设备包括控制器、加热元件和制冷元件、检测装置、比较器等。
3.请出以下控制系统的控制方框图
(1)电视摇控器的控制系统
(2)楼道声控灯的控制系统
(3)电动车的防盗报警系统
(4)家用缝纫机的缝纫速度控制系统
(5)游泳池自动注水控制系统
(6)自动门控制系统
(7)公共汽车车门控制系统
(8)水泵抽水控制系统方框图。