自动控制系统的组成
自动化控制系统的组成部件及其作用
自动化控制系统的组成部件及其作用一、引言自动化控制系统是现代工业中不可或缺的重要设备，它通过运用现代化的控制理论和技术手段，实现对工业流程、机械设备等的自动监测、控制和优化。
自动化控制系统的组成部件及其作用对于保障生产过程的安全、高效运行起着关键作用。
本文将分别介绍自动化控制系统的主要组成部件，以及这些组成部件的作用。
二、自动化控制系统的组成部件1. 传感器传感器是自动化控制系统的重要组成部分，它能够将各种被测量物理量转换为可供系统处理的电信号。
传感器的主要作用是实时采集被测量对象的状态参数，如温度、压力、流量等传感器能够将这些参数转换为对应的电信号，并传递给控制系统。
2. 执行器执行器是自动化控制系统的另一个重要组成部分，它负责根据控制系统的指令，对被控制对象进行相应的操作。
常见的执行器包括电机、阀门、伺服器等。
执行器的作用是将控制信号转化为物理运动或其他形式的操作，以实现对被控制对象的控制。
3. 控制器控制器是自动化控制系统的核心部分，它根据传感器采集的数据，对被控制对象的状态进行分析，并生成相应的控制信号。
控制器的作用是根据预设的控制算法，对系统参数进行调节，以实现对被控制对象的精确控制。
常见的控制器包括PID控制器、逻辑控制器等。
4. 输入/输出模块输入/输出模块是自动化控制系统与外部设备进行信息交流的桥梁。
输入模块用于接收外部传感器的信号，输出模块用于向外部执行器发送控制信号。
输入/输出模块的作用是通过接口和协议的转换，将控制系统与外部设备进行连接，实现信息的输入和输出。
5. 人机界面人机界面是自动化控制系统与操作人员进行交互的接口，它能够向操作人员提供系统运行状态的信息，并接受操作人员的指令。
人机界面的作用是实现系统的可视化操作和监控，并提供友好的用户界面，便于操作人员对系统进行控制和调试。
6. 通信网络通信网络是自动化控制系统中各个组成部分之间进行信息传递和交流的重要媒介。
通信网络的作用是实现各个控制设备之间的数据传输和共享，以及与上位机或其他外部系统的联网通信。
自动控制原理与系统
自动控制原理与系统
自动控制原理与系统是研究控制系统的基本原理和方法，以及实现自动控制功能的系统工程。
自动控制系统通常由感知器、控制器和执行器三个主要部分组成。
感知器用于获取被控对象的状态信息，可以通过各种传感器和测量设备来实现。
感知器将所获得的数据转化为电信号或数字信号，以便被控制器处理。
控制器是自动控制系统的决策与执行中枢，主要负责制定控制策略和指令，并将其转化为适合执行器操作的形式。
控制器可以采用不同的算法和控制策略，如PID控制器、状态空间控制器等。
执行器是实际执行控制指令的设备，根据控制器的输出信号来完成相应的动作。
执行器可以是各种执行机构，如电动机、阀门、液压缸等。
自动控制系统的基本原理是通过感知器获取被控对象的状态信息，经过控制器进行处理和决策，最后通过执行器实现对被控对象的控制。
这个过程通常需要进行反馈控制，即将被控对象的实际输出与期望输出进行比较，从而调整控制器的输出。
自动控制系统在各行各业中都有广泛的应用，例如工业生产中的过程控制、交通运输中的自动驾驶、航空航天中的飞行控制等。
通过自动控制系统可以提高生产效率、优化资源利用、提高安全性和稳定性等。
综上所述，自动控制原理与系统是一门研究控制系统的学科，通过感知器、控制器和执行器等组成，实现对被控对象的自动控制。
自动控制系统简介
自动控制系统简介一、自动控制系统的组成1、看以下框图2、被控对象：需要实现控制的设备、机械或生产过程成为对象，如下塔、主冷、空冷塔、粗氩冷凝器。
3、被控变量：对象内要求保持一定数值（或按某一规律变化）的物理量称为被控变量。
如下塔液空液位、空冷塔液位、粗氩冷凝器液位。
4、控制变量（操作变量）：受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变量。
如由下塔进入上塔经过液空节流阀（LV1）的液空。
5、干扰：除控制变量外作用于对象并能引起被控变量变化的一切因素。
比如进下塔空气量改变，影响液空产量，对下塔液空液位有影响。
6、给定值：工艺规定被控变量要保持的数值。
7、偏差：设定值与测量值之差。
8、控制器：对来自变送器的测量信号与给定值相比较所产生的偏差，并根据一定的规律进行运算（PID运算），并输出控制信号给执行器。
9、检测与变送装置：它测量被控变量，并将被控变量转换为特定的信号送给控制器的比较环节。
10、执行器：它根据控制器送来的信号相应地改变控制变量，以达到控制被控变量的目的。
如LV1根据控制器送来的信号，可以改变进入上塔的液空量（操作变量），从而控制了被控变量下塔液空液位。
11、正作用环节：输出信号随输入信号增加而增加的环节称为正作用，输出信号随输入信号的增加而减小的环节称为反作用环节。
12、执行器、变送器、被控对象三个环节组成广义对象，当广义对象为正作用时，控制器为反作用特性。
13、选择控制器的正反作用：13.1判断被控对象的正反作用方向。
当控制变量增加时，被控对象的输出（被控变量）也增加，控制变量减小时，被控对象的输出（被控变量）也减小，则被控对象为正作用方向。
如果被控变量与控制变量的变化方向相反，则被控对象为反作用方向。
13.2确定执行器的正、反作用方向。
气开阀为正作用，气闭阀为反作用。
执行器气开、气闭是根据工艺安全角度考虑。
13.3确定广义对象的正、反作用，一般变送器为正作用，只需根据被控对象和执行器的作用方向判断广义对象的作用方向，这两个环节同向，则广义对象为正作用，反之为反作用。
第2章自动控制系统的基本部件
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
主电路 电压信号
同步电路
移相控制
移相调节信号 （控制电压信号）
脉冲形成
功率放大 脉冲输出
脉冲电源
图2.28 触发电路的组成
图2.28 触发电路的组成
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
两个基极 阴极
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
2.3.4 晶闸管的触发电路与保护电路
• 2.晶闸管的保护 • 由于晶闸管承受过电压和过电流的能力较差，短时间的过电流和过电压就会把器件损坏。为了保证器件
能可靠地长期运行，除了留有余地合理选择器件外，还应采取恰当的保护措施。 • (1) 过电流保护 • 晶闸管在短时间内能够承受一定的过电流而不损坏。但是，如果短路或过载时过电流数值较大，而切断
2
图2图.220.2晶0 闸晶管闸工管工作作条条件件的的实实验验电 电路路
2.3.1 晶闸管
• (4) 晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用。此时 不论门极电压是正还是负，晶闸管将保持导通， 故导通的控制信号只需正向脉冲电压，称为触发 脉冲或触发信号，相应的门极控制电路称为触发 电路。晶闸管门极只能控制其导通，而不能使已 导通的晶闸管关断。因此晶闸管属于具有正向阻 断能力和单向导电性的半控型器件。
2.1.3 角位移检测元件
f
自整角机对
放大器
bs
G
i
o
R
交流伺服
SM
电动机
负载
图图22..99 角 角位位移移 随动随系动统系统
2.1.3 角位移检测元件
• 3. 光电编码盘 • 光电编码盘是一种按角度直接进行编码的码盘式角度—数字转换器。
其核心部件是编码盘。编码盘是一种按一定编码形式(如二进制编码、 循环码编码等)来分辨角度位移的圆盘。图2.10为一个四位二进制编码 盘。它的制作方法是：首先将圆盘按角度分为m等分(图中)，并分成n 个同心圆环(图中)，各圆环对应着编码的位数，称为码道。内圆环对 应编码的高位，外圆环对应编码的低位。然后将个(图中为64个)扇形 区，按二进制编码，划分为透明(白色)部分和不透明(黑色)部分，透明 (白色)部分表示“0”，不透明(黑色)部分表示“1”。由这些不同的黑、 白区域的排列组合即构成了与角位移位置相对应的数码。如“0000” 对应“0”号角度位，“0100”对应“4”号角度位。
自动控制系统
自动控制系统自动控制系统是一种通过传感器获取信息，并根据预设的规则进行反馈控制的系统。
它广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、能源管理、环境监测等。
自动控制系统的出现极大地提高了生产效率和产品质量，同时也带来了便利和舒适。
一、自动控制系统的基本原理自动控制系统的核心是反馈控制原理。
它利用传感器感知环境或系统当前状态的信息，然后通过控制器对系统进行控制。
控制器根据预设的控制规则，计算出控制信号，并将其发送给执行器实施控制。
执行器对控制信号做出响应，改变系统的输入或输出，从而实现对系统的控制。
二、自动控制系统的组成自动控制系统由传感器、控制器和执行器三部分组成。
传感器负责感知环境或系统的信息，并将其转换为可处理的电信号。
控制器根据传感器提供的信息，通过程序或逻辑运算，计算出控制信号。
执行器根据控制信号的输入，对系统进行控制。
例如，在一个简单的温度控制系统中，温度传感器负责感知系统的当前温度，控制器会根据预设的温度范围，计算出对应的控制信号，例如打开或关闭加热器。
执行器根据控制信号的输入，实施相应的动作，调整系统的温度。
三、自动控制系统的应用领域1. 工业生产：自动控制系统在工业生产中起到了至关重要的作用。
它可以控制生产过程中的温度、压力、流量等参数，确保产品的质量和一致性。
同时，自动控制系统还可以实现生产线的自动化，提高生产效率，减少人力投入。
2. 交通运输：自动控制系统在交通运输中的应用非常广泛。
例如，在地铁系统中，自动控制系统可以确保列车的平稳运行和准时到站。
在交通信号灯控制中，自动控制系统可以根据交通流量实时调整信号灯的时间，提高道路的通行效率。
3. 能源管理：自动控制系统在能源管理中起到了重要的作用。
它可以监测和控制能源的消耗和使用，如电力、水资源等。
通过自动控制系统的优化调节，可以降低能源的浪费和环境污染。
四、自动控制系统的优势1. 高效性：自动控制系统可以实时监测和调整系统的参数，实现精确的控制。
自动化控制系统组成部分及其作用
自动化控制系统组成部分及其作用自动化控制系统是由多个组成部分组合而成的，每个组成部分都有其独特的作用。
下面将逐一介绍这些组成部分及其作用。
1. 传感器：传感器是自动化控制系统中的重要组成部分，其作用是将被控对象的物理量转换为电信号或其他形式的信号，以便系统对其进行监测和控制。
传感器可以感知温度、压力、湿度、速度等多种物理量，并将这些信息转化为电信号输出。
2. 执行器：执行器是自动化控制系统中的另一个关键组成部分，其作用是根据控制信号来执行相应的动作。
常见的执行器包括电动执行器、气动执行器和液压执行器等。
通过执行器，控制系统可以对被控对象进行控制，实现预定的动作或操作。
3. 控制器：控制器是自动化控制系统的核心部分，其作用是根据输入信号（传感器信号）和输出信号（执行器信号），进行逻辑判断和运算，从而实现对被控对象的精确控制。
控制器可以是硬件设备，如可编程逻辑控制器（PLC）或单片机，也可以是软件程序，如嵌入式控制系统。
4. 信号处理单元：信号处理单元是自动化控制系统的重要组成部分，其作用是对传感器采集到的信号进行处理和分析，以提取有用的信息并进行决策。
信号处理单元可以对信号进行滤波、放大、采样和数字化等操作，从而使得控制系统能够更好地对被控对象进行监测和控制。
5. 人机界面：人机界面是自动化控制系统中与操作人员交互的界面，其作用是将系统的运行状态、数据和报警信息以可视化的方式展示给操作人员，并接收操作人员的指令和设定参数。
人机界面可以是显示屏、触摸屏、键盘、鼠标等设备，使得操作人员能够直观地了解系统运行情况，并对系统进行调整和控制。
6. 通信网络：通信网络是自动化控制系统中不可或缺的组成部分，其作用是实现各个子系统之间的信息交换和数据传输。
通过通信网络，传感器、执行器、控制器和人机界面等不同部分可以相互协调工作，实现数据共享和远程监控。
7. 电源系统：电源系统为自动化控制系统提供电能供给，确保各个组成部分正常运行。
自动控制系统的组成
自动控制系统的组成
自动控制系统的组成主要包括：
1. 控制元件：主要有传感器、执行器、控制器等。
传感器是检测反馈信号的装置，如温度传感器、光传感器、声传感器等；执行器是控制系统的实施部件，如电机、活塞、气缸等；控制器通过检测反馈信号，并根据输入的控制量来控制执行器的运动，实现对系统的控制，如PID控制器、数字控制器等。
2. 连接元件：主要有线缆、连接器、单片机等，主要用于将控制元件连接起来，使之能够正常工作。
3. 信息传输介质：用于信息的传输，一般是无线电波、光纤等。
4. 计算机：用于处理控制系统中的大量数据，一般由CPU、内存、输入/输出设备组成。
自动控制系统主要有哪些环节组成
1.自动控制系统主要有哪些环节组成？各环节的作用是什么？a测量变送器：测量被控变量，并将其转化为标准，统一的输出信号。
b控制器：接收变送器送来的信号，与希望保持的给定值相比较得出偏差，并按某种运算规律算出结果，然后将此结果用标准，统一的信号发送出去。
c执行器：自动地根据控制器送来的信号值来改变阀门的开启度。
d被控对象：控制装备所控制的生产设备。
2.被控变量：需要控制器工艺参数的设备或装置；被控变量：工艺上希望保持稳定的变量；操作变量：克服其他干扰对被控变量的影响，实现控制作用的变量。
给定值：工艺上希望保持的被控变量的数值；干扰变量：造成被控变量波动的变量。
3.自动控制系统按信号的传递路径分：闭环控制系统，开环~（控制系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统），复合~4.按给定值的不同分：定值控制系统，随动控制系统（随机变化），程序控制系统（给定值按预先设定好的规律变化）5.自动控制系统的基本要求：稳定性：保证控制系统正常工作的必要条件快速性：反应系统在控制过程中的性能准确性：衡量系统稳态精度的指标，反映了动态过程后期的性能。
提高动态过程的快速性，可能会引起系统的剧烈振荡；改善系统的平稳性，控制进程又可能很迟缓，甚至使系统稳态精度变差。
6.控制系统的静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态。
7.自动系统的控过渡过程及其形式控制系统在动态过程中，被控变量从一个稳态到达另一个稳态随时间变化的过程称为~形式：非周期衰减过程，衰减振荡过程，等幅振荡过程，发散振荡过程8.衰减振荡过渡过程的性能指标衰减比：表振荡过程中的衰减程度，衡量过渡过程稳定性的动态指标。
（以新稳态值为标准计算）最大偏差：被控变量偏离给定值的最大值余差：系统的最终稳态误差，终了时，被控变量达到的新稳态值与设定值之差。
调节时间:从过渡过程开始到结束所需的时间振荡周期：曲线从第一个波峰到同一方向第二个波峰之间的时间9.对象的数学模型：用数学的方法来描述对象输入量与输出量之间的关系，这种对象特性的数学描述叫~动态数学模型：表示输出变量与输入变量之间随时间而变化的动态关系的数字描述10.描述对象特性的参数放大系数K：数值上等于对象重新稳定后的输出变化量与输入变化量之比。
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1.1 自动控制系统的组成
自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的。
为对自动控制有一个更加清晰的了解，下面对人工操作与自动控制作一个对比与分析。
图1-1所示是一个液体贮槽，在生产中常
用来作为一般的中间容器或成品罐。
从前一个
工序出来的物料连续不断地流入槽中，而槽中
的液体又送至下一工序进行加工或包装。
当流
入量Q i(或流出量Q0)
波动，严重时会溢出或抽空。
解决这个问题的
最简单办法，是以贮槽液位为操作指标，以改
变出口阀门开度为控制手段，如图1-1所示。
当液位上升时，将出口阀门开度开大，液位上
则关小出口阀门，液位下降越多，阀门关得越
小。
为了使液位上升和下降都有足够的余地，选择玻璃管液位计指示值中间的某一点为正常工作时的液位高度，通过改变出口阀门开度而使液位保持在这一高度上，这样就不会出贮槽中液位过高而溢出槽外，或使贮槽内液位抽空而发生事故的现象。
归纳起来，操作人员所进行的工作有以下三个方面。
①检测用眼睛观察玻璃管液位计（测量元件）中液位的高低。
②运算、命令大脑根据眼睛所看到的液位高度，与要求的液位值进行比较，得出偏差的大小和正负，然后根据操作经验，经思考、决策后发出命令。
③执行根据大脑发出的命令，通过手去改变阀门开度，以改变出口流
，从而使液位保持在所需要高度上。
量Q
眼、脑、手三个器官，分别担负了检测、运算/决策和执行三个任务，来完成测量偏差、操纵阀门以纠正偏差的全过程。
若采用一套自动控制装置来取代上述人工操作，就称为液位自动控制。
自动
下面结合图1-2的例子介绍几个常
用术语。
①被控对象需要实现控制的
简称对象，如图1-2中的液体贮槽。
②被控变量对象内要求保
持一定数值（或按某一规律变化）的
物理量称为被控变量，如图1-2中的
液位。
被控变量即为对象的输出变量。
③控制变量（操纵变量）受执行器控制，用以使被控变量保持一定数值的物料或能量称为控制变量或操纵变量，如图1-2所示的出料流量。
④干扰（扰动）除控制变量以外，作用于对象并引起被控变量变化的一切因素称为干扰，如图1-2中的流入贮槽的液体流量。
⑤设（给）定值工艺规定被控变量所要保持的数值，如图1-2中的液位高度。
⑥偏差偏差本应是设定值与控制变量的实际值之差，但能获取的信息是被控变量的测量值而非实际值，因此，在控制系统中通常把设定值与测量值之差定义为偏差。
图1-2所示的液位自动控制系统可用图1-3的方块图来表示。
每个方块表示组成系统的一个环节，两个方块之间用一条带箭头的线条表示其相互间的信号联系，箭头表示进入还是离开这个方块，线上的字母表示相互间的作用信号。
图1-3 自动控制系统方块图
由图1-3可见，图1-2所示的液位自动控制系统由比较机构、控制器、执行器、被控对象及测量/变送环节四部分组成。
事实上，图1-3所示的结构也就是一个典型的简单控制系统的基本组成。
控制系统各部分的功能如下。
①检测与变送环节它测量被控变量z(t)，并将被控变量转换为特定的信号y(t)。
②比较机构及控制器它接受来自于变送器的信号，与设定值进行比较得出偏差e(t)=r(t)-y(t)，并根据一定的规律进行运算，然后将运算结果用特定的信号发送出去。
比较机构是控制器的一个组成部分。
③执行器它根据控制器送来的信号相应地改变控制变量，以达到控制被控变量的目的。