自动控制系统的概念
自动控制系统的概念
自动控制系统是指通过采集、处理和应用信息来实现对系统行为的调整和维持系统稳定的一种工程系统。它主要由传感器、执行器、控制器和过程组成。
以下是自动控制系统的一些关键概念：
1. 传感器（Sensors）：传感器负责感知系统的状态或性能。它们可以测量温度、压力、速度等各种参数，并将这些信息转换成电信号。
2. 控制器（Controller）：控制器是系统的智能部分，负责接收传感器提供的信息，与预设的目标进行比较，然后生成控制信号。这些信号指导执行器对系统进行调整。
3. 执行器（Actuators）：执行器接收来自控制器的信号，并执行相应的动作，以改变系统的状态。例如，它可以调整阀门、电机或其他执行元件。
4. 过程（Process）：过程是被控制的实际系统，它可能是一个物理系统，如化工厂、飞机或加热系统，也可以是一个软件系统。
5. 反馈（Feedback）：控制系统通常采用反馈机制，通过比较实际输出和期望输出之间的差异来调整系统。这有助于保持系统稳定性并应对外部扰动。
6. 开环和闭环系统（Open-loop and Closed-loop Systems）：在开环系统中，控制器的输出不受实际系统状态的反馈影响。而在闭环系统中，系统会根据实际输出提供的反馈信息来调整控制器的输出。
7. 稳定性（Stability）：稳定性是指系统在面对扰动时能够保持平衡或迅速恢复平衡的能力。一个稳定的控制系统对外部和内部变化有一定的容忍度。
8. 鲁棒性（Robustness）：鲁棒性指系统对于参数变化、扰动或不确定性的适应能力。一个鲁棒的控制系统能够在各种条件下保持良好的性能。
自动控制系统在许多领域中都有广泛的应用，包括工业生产、交通运输、航空航天、能源管理等。通过精确地调整系统的输入，自动控制系统能够提高效率、降低能耗，并确保系统的稳定运行。
自动控制系统的概念
自动控制系统的概念 自动控制系统是指通过采集、处理和应用信息来实现对系统行为的调整和维持系统稳定的一种工程系统。它主要由传感器、执行器、控制器和过程组成。 以下是自动控制系统的一些关键概念： 1. 传感器（Sensors）：传感器负责感知系统的状态或性能。它们可以测量温度、压力、速度等各种参数，并将这些信息转换成电信号。 2. 控制器（Controller）：控制器是系统的智能部分，负责接收传感器提供的信息，与预设的目标进行比较，然后生成控制信号。这些信号指导执行器对系统进行调整。 3. 执行器（Actuators）：执行器接收来自控制器的信号，并执行相应的动作，以改变系统的状态。例如，它可以调整阀门、电机或其他执行元件。 4. 过程（Process）：过程是被控制的实际系统，它可能是一个物理系统，如化工厂、飞机或加热系统，也可以是一个软件系统。 5. 反馈（Feedback）：控制系统通常采用反馈机制，通过比较实际输出和期望输出之间的差异来调整系统。这有助于保持系统稳定性并应对外部扰动。 6. 开环和闭环系统（Open-loop and Closed-loop Systems）：在开环系统中，控制器的输出不受实际系统状态的反馈影响。而在闭环系统中，系统会根据实际输出提供的反馈信息来调整控制器的输出。 7. 稳定性（Stability）：稳定性是指系统在面对扰动时能够保持平衡或迅速恢复平衡的能力。一个稳定的控制系统对外部和内部变化有一定的容忍度。 8. 鲁棒性（Robustness）：鲁棒性指系统对于参数变化、扰动或不确定性的适应能力。一个鲁棒的控制系统能够在各种条件下保持良好的性能。 自动控制系统在许多领域中都有广泛的应用，包括工业生产、交通运输、航空航天、能源管理等。通过精确地调整系统的输入，自动控制系统能够提高效率、降低能耗，并确保系统的稳定运行。
阐述计算机自动控制系统概念
阐述计算机自动控制系统概念 1.计算机自动控制系统 在计算机技术与自动控制技术获得良好发展的基础上，将两者有机结合起来就形成了计算机自动控制系统。以往控制理论虽然已经获得较为显著的成果，而且能够成功运用于多种领域，整体呈现较为成熟的发展状态。但是传统控制理论仍然存在无法克服的局限性，如果计算步骤及控制系统繁杂，那么在实际操作中并不能使用控制理论知识来克服遇到的困难，无法满足控制系统的潜在运行需求。现行控制理论在逐渐发展的过程中，不断为自动控制系统的分析、设计、综合等方面提供充足的理论基础，同时计算机技术的快速发展为掌握新型控制规律提供了一个时效性非常高的平台，两者的有机结合促进自动控制技术走上更为迅速的发展道路。 典型连续控制系统结构因素包括给定值、控制器、执行器、被控对象、被控参数、检测装置、反馈值等，这个控制系统里所有信号都属于连续信号。在控制过程中使用比较器来对反馈值和给定值进行比较，然后经由控制器来调节计算出现的偏差，形成控制信号驱动执行机构，最终将被控参数数值控制在预期范围内。使用计算机来替换连续控制系统中的控制器与比较器，并且发挥同样的作用及功能，这样就形成一个典型的计算机自动控制系统。在计算机自动控制系统中，计算机的输入和输出信号都是数字信号，而被控对象的被控参数一般都是模拟量，执行器的输入信号也大都是模拟信号，因此，需要有将模拟信号转换为数字信号的A/D 转换器，以及将数字信号转换为模拟信号的D/A 转换器。 2.计算机控制系统的控制过程 计算机控制系统的控制过程可以划分为数据采集处理及实时控制两个部分。数据的采集处理是指及时检测被控对象的被控参数并将其输入到计算机中进行相关处理。实时控制是指按照已经设计好的控制规律来计算得出控制量，并在有效时间内将控制信号发送至控制器。 计算机自动控制过程必须要同时满足实效性及实时性的潜在需求，信号输入、计算、输出时间都应该控制在设计允许范围之内。这个过程会在计算机自动控制作用下不断重复，系统能够契合预先设计的品质指标要求，而且在工作中还能实
自动控制系统基本概念
热工自动控制系统基本概念 1．自动控制的组成 调节器，执行机构，测量变送器，被控对象 调节器的作用接受主信号和测量信号之间的偏差信号，进行一定规律的运算后产生一个调节信号送给执行机构 执行机构通常包括执行器和阀门，它能接受执行机构送来的信号去完成被控对象的控制任务 测量变送器由测量元件和变送器组成，是把非电量信号转成能进行控制的电量信号被控对象指需要进行控制的设备或生产过程，被控对象需要进行控制的物理量就叫被控量 2．被控对象的动态特性 被控对象的动态特性根据热工对象分：有自平衡和无自平衡 有自平衡：给某热工对象加一扰动，不需外加调节凭自己的特性就能恢复到一个新的稳态 无自平衡：给某热工对象加一扰动，不需外加调节凭自己的特性就能恢复到一个新的稳态 y(∞ x(t) Y Y(τ
动态特性的描述： 放大倍数：（K）为对象阶跃响应的终值Y（∞）除以阶跃扰动幅值ΔZ 自平衡率：（ρ）为放大倍数的倒数 迟延时间：（τ） 时间常数：（Tc） 飞升速度：（ε）K/Tc 有自平衡能力的对象数学描述： Wd（s）=K/（1+Ts）n K为放大倍数，T为时间常数，n为阶数。 n≈[1.075t1/(t2-t1)+0.5]2T≈(t1+t2)/2.16n t1为0.4Y(∞)时对应的时间 t2为0.8Y(∞)时对应的时间 无自平衡能力的对象数学描述: Wd(s)=ε/s(1+Ts)n=1/Tas(1+Ts)n Ta为飞升时间，Ta与ε互为倒数 n≈1/12л*（Y0/Yτ）2Ta=1/ε=ΔZ*Tτ/ Y0 T= Tτ/n 自动控制的基本方式 1.开环控制 被控量不影响系统控制的控制方式 2.闭环控制 被控量参与系统的空制方式，又称反馈控制 热工对象的动态特性分类 热工对象的动态特性分为两大类。 1．有自平衡能力对象。其特点为：阶跃输入时，其输出（被控量）从零开始变化，变化速度越来越快，至最大变化速度（响应曲线有拐点），然后变化速度逐渐减慢，直至趋于某一常数（速度为零），即稳定到新的平衡值。所谓有自平衡能力是指不加控制，仅靠对象本身也能达到新的平衡状态。
第一章 自动控制系统的基本概念(修改) (2)
上篇自动控制原理 第一章自动控制系统概述 本章要点 本章简要介绍有关自动控制的基本概念、开环控制和闭环控制的特点、自动控制系统的基本组成和分类以及对自动控制系统的基本要求。 第一节自动控制的基本概念 自动控制是指在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。自动控制系统则是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。 在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量。扰动量按其来源可分为内部扰动和外部扰动。 给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。通常情况下，系统有两种外作用信号：一是有效输入信号（以下简称输入信号），二是有害干扰信号（以下简称干扰信号）。输入信号决定系统被控量的变化规律或代表期望值，并作用于系统的输入端。干扰信号是系统所不希望而又不可避免的外作用信号，它不但可以作用于系统的任何部位，而且可能不止一个。由于它会影响输入信号对系统被控量的有效控制，严重时必须加以抑制或补偿。 第二节开环控制和闭环控制 自动控制有两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制。与这两种控制方式对应的系统分别称之为开环控制系统和闭环控制系统。 一、开环控制系统开环控制系统是指系统的输出端和输入端不存在反馈关系，系统的输出量对控制作用不发生影响的系统。这种系统既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联系。 电加热系统的控制目标是，通过改变自耦变压器滑动端的位置，来改变电阻炉的温度，并使其恒定不变。因为被控制的设备是电阻炉，被控量是电阻炉的温度，所以该系统可称为温度控制系统，如图1-1所示。 开环控制系统的优点是系统结构和控制过程简单，稳定性好，调试方便，成本低。缺点是抗干扰能力差，当受到来自系统内部或外部的各种扰动因素影响而使输出量发生变化
自动控制系统的概述
自动控制系统 1．概述 所谓自动控制，就是采用控制装置使被控对象自动的按照给定的规律运行，使被控对象的一个或数个物理量能够在一定的精度范围内按照给定的规律变化。 将自动控制技术用于生产，可以提高劳动生产率，改进产品质量，降低生产成本，改善劳动条件。将自动控制技术用于国防领域，可以提高部队的战斗力，促进国防现代化。自动控制技术在探索能源、发展空间技术、改善人们的生活乃至处理经济、社会问题等方面都起着日益重要的作用。 2．开环控制与闭环控制 自动控制系统有两种最基本的形式，即开环控制与闭环控制。 2.1 开环控制 开环控制是指控制装置与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用的控制过程。换言之，在系统的输出端和输入端之间，不存在反馈回路，控制系统的输出量对于控制作用没有任何的影响。在控制过程中，对于控制结果可能出现的偏差，没有进行自动修正的能力。 开环控制系统框图 在开环控制系统中，对于每一个参考输入量，就有一个与之对应的工作状态和输出量。另外，系统中也存在扰动的作用，即除了输入量之外，也能对输出量产生影响的那些因素作用。当扰动作用是由系统内部引起时，称之为内扰；由于外部条件变化而引起的扰动，称之为外扰。 在开环控制系统中，在扰动的作用下，输出发生变化，没有人为的干预，输出将不能按照给定输入所期望的状态去工作。 2.2 闭环控制 闭环控制是指控制装置与被控对象之间即有正向控制作用，又有反馈控制作用的控制过程。也就是在系统的输出端，通过反馈回路，将检测出来的输出量送 闭环控制系统框图
闭环控制是一种反馈控制，在控制过程中对输出量不断测量，并将其反馈到输入端与给定值比较，利用放大后的偏差信号产生控制作用。
自动控制系统的基本概念
自动控制系统的基本概念 第一节 自动控制系统的组成及分类 一、自动控制系统的组成 在工业生产中，各种生产工艺过程都必须在规定的工况条件下进行。如精馏塔的塔顶温度或塔底温度要保持在期望值，化学反应器内的反应温度要保持稳定，锅炉汽包水位要维持在规定范围内，调和作业时的配比关系要达到规定的比值范围等。这些生产过程中的工艺变量，需要根据工艺要求严格控制。 控制分人工控制和自动控制两种。在绪论中以储罐液位系统为例介绍了人工控制和自动控制的基本概念。自动控制是在人工控制约基础上发展起来的，它是在生产设备上配备一些自动控制装置，对生产过程中重要的工艺变量进行控制，使生产过程自动地维持预定工况。自动控制装置和被控对象组成了自动控制系统。为进一步了解自动控制系统，再来分析一个实例。图13-1和13-2所示为一蒸汽加热器的温度人工和自动控制系统。生产中利用蒸汽作为载热体对温度较低的进料进行加热，工艺上希望保持出料温度t在一个恒定的数值。在这里，蒸汽加热器是被控对象，t是所要控制的变量，即被控变量，工艺上期望的t的数值是给定值。蒸汽流量、进料流量、进料温度等发生变化时，都会使出料温度发生变化，即系统的干扰。此处，采用的控制手段是调整加热蒸汽阀门的开度，改变蒸汽流量，来维持出料温度的恒定。蒸汽流量是操纵变量。 若采用人工控制，当流体流量、进料温度等干扰使出料温度偏离工艺期望值时，操作工的调节过程是这样的： (1)用眼睛观察加热器出口温度指示仪表； (2)通过大脑计算出温度指示值与工艺期望值之间的差值，即偏差，根据偏差大小及方向发出相应操作命令； (3)根据大脑的操作命令，通过手去改变蒸汽阀门开度； (4)反复执行上述过程，直到出口温度回到期望值。 操作工通过眼、脑、手相互配合，灾现了检测偏差，然脱纠正偏差的控制过程，自动控制实际上是用自动控制装置来实现上述过程。为了实现这一过程，用测量变送器、控制器和执行器去代替操作工的眼、脑、手，将它们按功能连接在一起与被控对象组成了一个自动控制系统。通常将控制器、变送器用通用符号来表示，表达成图13-2所示形式。 由蒸汽加热器、温度变送器TT、温度控制器TC和蒸汽流量调节阀就构成了一个完整的自动控制系统。当进料流量或温度等因素的变化引起出料的温度变化时，通过温度变送器测得温度的变化，并转化为标准信号，如4～20 mA。这一测量信号送至温度控制器。在控制器内，
自动控制 基本原理和基本概念概要
第一篇基本原理和基本概念概要 第一章绪论 一、自动控制和自动控制系统基本概念 1.自动控制：在没有人直接参与的情况下，利用控制设备或装置，使被控对象 的被控量自动的按预定的规律变化。 2.自动控制系统：能自动对被控对象的被控量（或工作状态）进行控制的系统。 3.被控对象（又称受控对象）：指工作状态需要加以控制的机械、装置或过程。 4.被控量：表征被控对象工作状态且需要加以控制的物理量，也是自动控制系 统的输出量。 5.给定值（又称为参考输入）：希望被控量趋近的数值。又称为规定值。 6.扰动量（又分为内扰和外扰）：引起被控量发生不期望的变化的各种内部或外 部的变量。 7.控制器（又称调节器）：组成控制系统的两大要素之一（另一大要素即为被控 对象），是起控制作用的设备或装置。 8.负反馈控制原理：将系统的输出信号反馈至输入端，与给定的输入信号相减， 所产生的偏差信号通过控制器变成控制变量去调节被控对象，达到减小偏差或消 除偏差的目的。 二、自动控制原理的组成和方框图 典型的自动控制系统的基本组成可用图1.1-1的方框图来表示。其中的基本环节 有： 1)受控对象：需要控制的装置、设备及过程。 2)测量变送元件：测量被控量的变化,并使之变换成控制器可处理的信号(一般是电 信号)。 3)执行机构：将控制器发来的控制信号变换成操作调节机构的动作。 4)调节机构：可改变受控对象的被控量, 使之趋向给定值。
5)控制器：按照预定控制规律将偏差值变换成控制量。 自动控制装置 图 1.1-1 三、自动控制系统的基本控制方式： 自动控制系统的基本控制方式有开环控制、闭环控制和复合控制三种。 开环控制适用于控制任务要求不高的场合。工程上绝大部分的自动控制系统为闭环控制。对控制任务要求较高，且扰动量可测量的场合，常采用复合控制系统（又称前馈——反馈复合控制系统）。 四、自动控制系统的分类 1.按给定输入的形式分类：恒值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 2.按元件的静态特性分类：线性控制系统、非线性控制系统。 3.按信号是连续的还是离散的分类：连续（时间）控制系统、离散（时间）控 制系统。 4.其它分类：多变量控制系统、计算机控制系统、最优控制、模糊控制、神经 网络控制等等。 五、对控制系统的性能要求 对控制系统的性能要求是稳定性、快速性、准确性和鲁棒性。 六、控制系统的典型输入信号 控制系统的典型输入信号有阶跃、斜坡、抛物线、脉冲、正弦信号等。
自动控制原理及其应用
第一章概述 一、自动控制的基本概念 自动控制是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，使受控对象的被控量等于给定值或按给定信号变化规律去变化， 二、自动控制系统的基本构成及控制方式 自动控制系统一般有两种基本结构，对应着两种基本控制方式。 １．开环控制 控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时，称为开环控制。开环控制的特点是，系统结构和控制过程均很简单，无抗扰能力，其控制精度较低，一般只能用于对控制性能要求不高的场合。 ２．闭环控制 控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，即有被控量对控制过程的影响，这种控制称为闭环控制，相应的控制系统称为闭环控制系统。闭环控制又常称为反馈控制或按偏差控制。 特点：减小或消除作用在前向通道上的扰动所引起的被控量的偏差值，都会得到减小或消除，使得系统的被控量基本不受该扰动的影响。 ３．复合控制 反馈控制是在外部（给定及扰动）作用下，系统的被控量发生变化后才作出 第三节对控制系统的性能要求 系统性能的基本要求有三个方面。 一、稳定性 稳定性是这样来表述的：系统受到外作用后，其动态过程的振荡倾向和系统恢复平衡的能力。如果系统受外作用力后，经过一段时间，其被控量可以达到某一稳定状态，则称系统是稳定的， 二、快速性 快速性是通过动态过程时间长短来表征的， 三、准确性 准确性是由输入给定值与输出响应的终值之间的差值ｅｓ来表征的。反映系统的稳态精度。第二章自动控制系统的数学模型 系统的数学模型有多种，常用的有：微分方程、传递函数、动态结构图、频率特性等。 第一节控制系统的微分方程 一、建立系统微分方程的一般步骤 （１）确定系统的输入变量和输出变量。 （２）建立初始微分方程组。 （３）消除中间变量，将式子标准化。 第三节传递函数 二、典型环节的传递函数及其动态响应 １．比例环节 特点：其输出不失真、不延迟、成比例地复现输入信号的变化，即信号的传递没有惯性。２．惯性环节 特点：其输出量不能瞬时完成与输入量完全一致的变化。 ３．积分环节 特点：滞后作用、记忆功能、稳态性能。 ４．微分环节
自动控制原理简答题
自动控制原理简答题 第一章 1.自动控制系统是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。 基本环节： 控制对象：要进行控制的设备或对象。 执行机构：直接作用于被控对象，使被控对象达到所要求的数值。 检测装置：测量被控量。 给定环节：设定被控量的给定值。 比较环节：确定给定量与检测量的差别。 中间环节：将偏差信号转换成适于控制执行机构工作的信号。 2.开环系统：结构简单、输入输出一一对应、只有输入量对输出量产生控制作用、只有正想通道，不存在反向通道、没有抗干扰能力。 闭环系统：存在反向通道、有抗干扰能力。 3.暂态过程：系统由一个稳态过度到另一个稳态所经历的一段时间（即需要经历的一个过度过程）。 对一般系统：单调过程、衰减振荡过程、持续镇振荡过程或发散振荡过程。一般情况下，在合理的结构和参数下，多属于衰减振荡过程。 4.略。 5.略。 第二章 1.用来描述系统因果关系的数学表达式，称为系统的数学模型。 常见的有：微分方程 传递函数 状态方程 传递矩阵 结构框图 信号流图 2.（1）确定系统的输入量和输出量。 （2）奖系统分解为个环节，一次确定各环节的输入量与输出量，根据各环节的物理规律写出各环节的微分方程。 （3）消去中间变量，就可以求得系统的微分方程式。 3.小偏差线性化：泰勒展开取一阶。也即在小偏差处用切线代替实际曲线。 适用于一般的连续非线性问题。 4.传递函数：在零初始条件下，系统输出量拉氏变换与输入量拉氏变换之比。
前提条件：零初始条件。 简单、方便、满足实际需求。 5.时间常数型、根的形式、多项式型。 阶数：传递函数中分母中S的最高阶次。 极点：传递函数中分母多项式的根。 零点：传递函数中分子多项式的根。 放大系数：时间常数型传递函数中的K。 6.典型环节：比例环节、惯性环节、积分环节、微分环节、振荡环节、时滞环节。 7.不对，得根据阻尼系数而定。 8.动态结构图：将系统中所有环节用方框图表示，图中标明其传递函数，并且按照在系统中各环节之间的联系，将各方框图连接起来。 9.开环传递函数：闭环系统的反馈信号的拉氏变换与偏差信号拉氏变换之比。 分别计算，然后叠加。 10.书66页。 11.不是，必须先确定输入与输出。 第三章 1.上升时间：系统的输出第一次到达稳态值的时间（二阶系统）。 系统输出从稳态值的10%到90%的时间（上升环节）。 超调量：系统输出超过稳态值最大时偏差占稳态值得百分比。 调节时间：输出值与稳态值间的偏差到达允许范围内而不再超出的动态过程时间。 振荡次数：在调节时间内，输出值波动的次数。 2.从稳定性、振荡性两个方面考虑。 3.时间常数可以决定其鼎泰过程的快慢。 4.减弱振荡性，加长调节时间。 5.对系统动态响应起主导作用的极点。在系统分析中可以只考虑主导节点，忽略其他极点。 6.稳定的条件：输出量可以控制在误差范围内（这个问题不知从何说起，由很多条件，每个系统都不一样）。
自动控制系统的定义
自动控制系统的定义 自动控制系统是指通过对控制对象进行测量、比较和调节，实现对其运行状态的自动监测和控制的系统。它是现代工业生产中不可或缺的重要组成部分，广泛应用于各个领域，如机械制造、化工、电力、交通等。自动控制系统的主要目的是提高生产效率、降低成本、增强产品质量和安全性。 自动控制系统由三个基本要素组成：输入元件、控制器和输出元件。输入元件用于获取被控对象的运行状态信息，如温度、压力、速度等；控制器根据输入元件提供的信息进行比较和分析，并根据预设的控制规则进行决策；输出元件则根据控制器的指令，对被控对象进行调节或操作，使其达到预期的状态或性能。 自动控制系统的核心是控制器，它根据输入元件提供的反馈信息，通过与预设值进行比较和分析，生成控制信号，并将其传递给输出元件。控制器通常采用数字计算机或专用的控制芯片来实现。控制器的设计和调试是自动控制系统设计的重要环节，它直接影响系统的性能和稳定性。 自动控制系统的工作原理可以简单描述为：首先，通过输入元件对被控对象的运行状态进行实时监测和测量；然后，控制器对输入元件提供的信息进行处理和分析，生成控制信号；最后，输出元件将控制信号转化为相应的控制操作，对被控对象进行调节或操作。整
个过程是一个反馈循环，通过不断调整控制信号，使被控对象的输出值逐渐接近预设值，从而实现对其运行状态的自动控制。 自动控制系统的设计需要考虑多个因素，如控制对象的特性、控制要求、系统的稳定性和可靠性等。在设计过程中，需要选择合适的控制算法和控制器类型，并进行参数调节和优化。同时，还需要考虑系统的实时性、抗干扰能力和容错性，以应对各种异常情况和外部干扰。 自动控制系统的应用非常广泛。在工业生产中，自动控制系统可以实现对生产过程的自动化控制，提高生产效率和产品质量；在交通运输领域，自动控制系统可以实现对车辆的自动驾驶和交通信号的智能控制，提升交通流量和安全性；在能源领域，自动控制系统可以实现对电力系统的稳定运行和能源的高效利用。 尽管自动控制系统在各个领域都有广泛应用，但其设计和实现并非易事。在实际工程中，需要考虑多个因素的综合影响，进行系统的建模、仿真和优化。同时，还需要关注系统的可扩展性和升级性，以适应未来的发展需求。 自动控制系统是现代工业生产中不可或缺的重要组成部分。它通过对被控对象的实时监测和控制，实现对其运行状态的自动调节，从而提高生产效率、降低成本、增强产品质量和安全性。自动控制系统的设计和实现需要考虑多个因素的综合影响，同时还需要关注系
自动控制原理知识点
自动控制原理知识点 The document was finally revised on 2021
第一章自动控制的一般概念 自动控制的基本原理与方式 1、自动控制、系统、自动控制系统 ◎自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制 器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自 动地按照预定的规律（给定值）运行。◎系统：是指按照某些规律结合在一起的物体（元部件）的组合，它们相互作用、相互依存， 并能完成一定的任务。 ◎自动控制系统：能够实现自动控制的系统就可称为自动控制系统，一般由控制装置和被 控对象组成。 除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须具备以下三种职能部件。 测量元件：用以测量被控量或干扰量。 比较元件：将被控量与给定值进行比较。
执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象。 参与控制的信号来自三条通道，即给定值、干扰量、被控量。 2、自动控制原理及其要解决的基本问题 ◎自动控制原理：是研究自动控制共同规律的技术科学。而不是对某一过程或对象的具体控 制实现（正如微积分是一种数学工具一样）。 ◎解决的基本问题： 建模：建立系统数学模型（实际问题抽象，数学描述） 分析：分析控制系统的性能（稳定性、动/稳态性能） 综合：控制系统的综合与校正——控制器设计（方案选择、设计） 3、自动控制原理研究的主要内容
4、室温控制系统 5、控制系统的基本组成 ◎被控对象：在自动化领域，被控制的装置、物理系统或过程称为被控对象（室内空气）。 ◎控制装置：对控制对象产生控制作用的装置，也称为控制器、控制元件、调节器等（放大 器）。 ◎执行元件：直接改变被控变量的元件称为执行元件（空调器）。 ◎测量元件：能够将一种物理量检测出来并转化成另一种容易处理和使用的物理量 的装置称
自动控制系统的基本概念
自动控制系统的基本概念 一、调节对象、被调参数、调节参数、调节通道。 1.什么是调节对象？ 在生产过程中被控制的设备或机器。 2.什么是被调参数？ 指调节对象中的应保持在预定化幅度内并把它进行调节的参数。 3.什么是调节参数？ 指作用于调节对象并使被调参数趋于稳定的参数。 4.什么是干扰？ 是指破坏系统平衡状态而引起被调参数变化的外界因素。 5.什么是干扰通道？ 是由干扰产生点到被调参数之间的所有环节称干扰通道。 二、调节规律、变送器、调节器、执行器。 1.什么是调节规律？ 就是指调节器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律。 在研究调节器的调节规律时，将调节器从系统中断开，单独研究调节器的输出信号与输入信号的关系。在分析调节器的调节规律时，通常在调节器的输入端加入一个阶跃信号，即突然出现某一偏偏差时，输出信号随阶跃输入信号的变化规律。调节器的调节规律实际上表征调节器的动态特性，可以用传递函数的形式来描述。调节器的基本调节规律是比例(P)、积分(I)、微分(D)及其组合。 2.什么是变送器？ 变送器在自动检测和调节系统中的作用，是将各种工艺参数，如压力、差压、温
度、流量、液位、成分等物理量变换成相应的统一标准信号，再传送到指示记录仪、运算器和调节器，供指示、记录、调节。 按照被测参数分类，变送器主要有：差压变送器、压力变送器、温度变送器、流量变送器等。 构成：通常由输入转换部分、放大器和反馈部分组成。输入转换部分包括敏感元件，他的作用是感测被测参数，并把被测参数转换成某一中间模拟量。中间量可以是电压、电流、位移和作用力等物理量。反馈部分把变送器的输出信号转换成反馈信号。放大器把中间模拟量和反馈量的差值放大，并转换成标准输出信号。 3.什么是调节器？ 调节器通常是对输入信号与给定信号之偏差进行PID运算，并把运算结果以统一信号送到执行器，实现自动调节。 调节器必须有检测偏差和进行PID运算的两个关键部分。偏差检测电路一般称为输入电路。偏差信号通常采用电压形式，所以输入信号和给定信号在输入电路内都以电压形式进行比较。如果输入信号是电流，必须通过一个精密电阻转换成相应的电压。输入电路同时还必须具备内外给定电路的切换开关，正-反作用切换开关和偏差指示等部分。PID运算电路是调节器产生调节作用的关键部分，他包括放大器和PID反馈电路两部分。 4.什么是执行器？ 执行器在自动调节系统中的作用是接受来自调节单元的控制信号，使调节阀的开度产生相应的变化。从而达到调节流量的目的。 三、反馈、正反馈、负反馈。 1.反馈：指把系统的输出信号以一定的方式又引回到输入端。
自动控制系统的基本组成
自动控制系统的基本组成 自动控制系统是指通过感知、计算、决策和执行等过程，实现对被控对象的控制，从而使其按照预定的要求或者期望值进行运动或者变化的系统。它是现代工业生产中不可或缺的重要手段之一，广泛应用于生产、交通、能源、环保、医疗等各个领域。自动控制系统的基本组成包括传感器、执行器、控制器、运算器和通信网络等几个方面。 一、传感器 传感器是自动控制系统中的重要组成部分，它可以将被控对象的物理量转换成电信号，以便于控制器进行处理和判断。传感器的种类非常丰富，包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、光电传感器等等。不同的传感器可以感知不同的物理量，从而满足不同的控制要求。传感器的选择要根据被控对象的特点和控制要求来进行。 二、执行器 执行器是自动控制系统中的另一个重要组成部分，它可以将控制器输出的电信号转换成机械运动或者其他形式的能量输出，从而实现对被控对象的控制。例如，电动机、气缸、阀门等都是常见的执行器。执行器的种类也非常丰富，要根据被控对象的特点和控制要求来进行选择。 三、控制器 控制器是自动控制系统中的核心部分，它可以根据传感器的反馈信号，计算出控制信号，从而实现对被控对象的控制。控制器的种类也非常丰富，包括PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等等。
不同的控制器可以根据被控对象的特点和控制要求来进行选择。 四、运算器 运算器是自动控制系统中的另一个重要组成部分，它可以对控制器输出的信号进行加工和处理，从而实现更加复杂的控制策略。例如，运算器可以实现逻辑运算、数学运算、滤波运算等等。运算器的种类也非常丰富，包括微处理器、DSP芯片、FPGA等等。不同的运算器可以根据被控对象的特点和控制要求来进行选择。 五、通信网络 通信网络是自动控制系统中的另一个重要组成部分，它可以实现控制器、运算器、传感器、执行器之间的信息交换和数据传输。通信网络的种类也非常丰富，包括CAN总线、以太网、无线网络等等。不同的通信网络可以根据被控对象的特点和控制要求来进行选择。 综上所述，自动控制系统的基本组成包括传感器、执行器、控制器、运算器和通信网络等几个方面。这些组成部分相互协作，共同完成对被控对象的控制。在实际应用中，要根据被控对象的特点和控制要求来进行选择和搭配，从而实现更加有效和稳定的控制效果。
自动控制概念
自动控制概念 自动控制是一种利用各种控制器、传感器、执行器等设备，对各种工 业过程、机器设备、交通运输系统等进行自动化控制的技术。它是现 代工业生产中不可或缺的一部分，可以提高生产效率、降低成本、提 高产品质量、保障生产安全等方面发挥重要作用。 自动控制的主要内容包括以下几个方面： 1. 控制系统的组成 自动控制系统由控制器、执行器、传感器、信号调理器、信号处理器、通信网络等组成。其中，控制器是自动控制系统的核心部件，它接收 传感器采集的信号，经过信号处理后，输出控制信号给执行器，从而 实现对被控对象的控制。 2. 控制系统的分类 自动控制系统可以按照控制对象的不同进行分类，如工业过程控制系统、机器设备控制系统、交通运输控制系统等。此外，还可以按照控 制方式的不同进行分类，如开环控制系统、闭环控制系统、自适应控 制系统等。
3. 控制系统的设计 自动控制系统的设计是一个复杂的过程，需要考虑控制对象的特性、 控制要求、控制器的选择、传感器的选择、执行器的选择等多个方面。在设计过程中，需要进行系统建模、控制器设计、仿真验证等多个环节，以确保系统的稳定性、可靠性和优化性。 4. 控制系统的应用 自动控制技术在各个领域都有广泛的应用，如工业生产、交通运输、 医疗卫生、环境保护等。在工业生产中，自动控制技术可以实现生产 线的自动化、机器设备的自动控制、质量检测的自动化等；在交通运 输领域，自动控制技术可以实现交通信号灯的控制、智能交通系统的 建设等；在医疗卫生领域，自动控制技术可以实现医疗设备的自动化 控制、病人监护系统的建设等；在环境保护领域，自动控制技术可以 实现污水处理、废气处理、垃圾处理等环保设施的自动化控制。 总之，自动控制技术是现代工业生产中不可或缺的一部分，它可以提 高生产效率、降低成本、提高产品质量、保障生产安全等方面发挥重 要作用。随着科技的不断发展，自动控制技术也在不断创新和进步， 为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
自动控制系统的定义
自动控制系统的定义 自动控制系统是指通过感知和判断外界环境的变化，采取相应的控制策略，实现对被控对象的自动控制的一种系统。它是由传感器、执行器、控制器和被控对象组成的闭环反馈系统。 传感器是自动控制系统的感知器，通过感知环境中的各种物理量变化，将其转化为电信号或其他形式的信号，并传递给控制器。常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光敏传感器等。传感器的作用是将外界的变化转化为控制系统能够理解和处理的信号。 执行器是自动控制系统的执行部件，根据控制器的指令，将电信号或其他形式的信号转化为物理动作，实现对被控对象的控制。例如，电机、液压缸等都可以作为执行器使用。 控制器是自动控制系统的决策者和指挥者，它接收传感器传递过来的信号，经过处理和判断，产生相应的控制策略，并将控制信号发送给执行器。控制器可以是硬件电路，也可以是计算机程序。 被控对象是自动控制系统中需要进行控制的物理对象，它可以是一个机械设备，也可以是一个化工过程，甚至是一个生物系统。被控对象的状态和特性会受到外界环境的影响，通过自动控制系统的控制，可以实现对被控对象状态的稳定、优化或改变。 自动控制系统的基本原理是闭环反馈控制。在系统中，控制器接收
传感器传递过来的信号，根据预设的控制算法进行处理，并输出控制信号给执行器。执行器根据控制信号的指令，对被控对象进行控制。被控对象的状态发生变化后，传感器会再次感知到环境变化，并将新的信号反馈给控制器。控制器根据反馈信号对系统进行调整，形成一个闭环的反馈循环。通过不断地感知和调整，自动控制系统可以实现对被控对象的精确控制。 自动控制系统的应用非常广泛。在工业领域，自动控制系统可以用于生产线的自动化控制、机器人的运动控制等。在交通领域，自动控制系统可以用于交通信号灯的控制、自动驾驶汽车的控制等。在航空航天领域，自动控制系统可以用于飞行器的导航和稳定控制等。在生活中，自动控制系统可以用于家庭电器的智能化控制、智能家居的控制等。 自动控制系统是一种能够感知外界环境变化并作出相应控制的系统。它通过传感器感知环境变化，通过控制器制定控制策略，通过执行器实现对被控对象的控制。自动控制系统在工业生产、交通运输、航空航天等领域具有重要的应用价值，为人类创造了更加智能、高效和安全的生活环境。
简述自动控制的概念
自动控制：超越人力，实现卓越 在科技的巨大洪流中，自动控制是推动人类社会进步的重要力量。它以一种无所不在的方式，影响着我们的生活、工作乃至整个世界。自动控制是一种利用各种设备和程序来感知、决策和执行的控制过程，其目标在于实现特定功能的自主管理，从而优化生产、提高效率并确保稳定性。 自动控制的核心思想在于通过系统化的方式，使机器或设备能够自主地感知和适应环境变化，以实现预设的目标。这不仅极大地提高了生产力和工作效率，同时也降低了人力成本，减少了人为错误和事故。在复杂多变的环境中，自动控制系统能够持续稳定地运行，并根据需要做出快速响应。 自动控制的发展历程见证了多个里程碑式的突破。从最初的机械和电气控制系统，到现代的数字控制系统，再到人工智能和机器学习在控制领域的广泛应用，自动控制技术不断进化，以适应日益复杂的生产需求和挑战。 自动控制的应用领域广泛而多样。在工业制造领域，自动控制被用于提高生产线的效率和稳定性，例如在汽车制造、化工生产和食品加工等行业。在能源领域，自动控制被用于实现能源的高效利用和环保排放，例如在电力生产和分配、石油化工等领域。在航空航天领域，自动控制更是成为了实现安全飞行和有效空间探索的关键技术。 随着科技的不断发展，自动控制将会有更多的可能性。例如，物联网和人工智能的结合，将使得我们能够实现更加智能、自主和适应性的控制系统。这些技术将进一步改变我们的生活方式和工作方式，推动社会进步。 总的来说，自动控制是推动现代社会发展的重要驱动力。它以其广泛的应用
领域和不断进化的技术，为我们的生活和工作带来了极大的便利和效益。在未来，我们有理由相信，自动控制将继续发挥其关键作用，引领我们走向一个更加高效、安全和可持续的未来。
自动控制的一般概念
自动控制的一般概念 1.1 自动控制的基本原理 1.2 自动控制系统的分类 1.3 对控制系统的基本要求 1.4 自动控制的发展简史 自动控制的一般概念 1.1自动控制的基本原理 自动控制作为一种技术手段已经广泛地应用于工业、农业、国防乃至日常生活和 社会科学许多领域。 所谓自动控制就是指在脱离人的直接干预，利用控制装置（简称控制器）使被控 对象（如设备生产过程等）的工作状态或简称被控量（如温度、压力、流量、速度、pH 值等）按照预定的规律运行。实现上述控制目的，由相互制约的各部分按一定规律组成的具有特定功能的整体称为自动控制系统。 从物理角度上来看，自动控制理论研究的是特定激励作用下的系统响应变化情况； 从数学角度上来看，研究的是输入与输出之间的映射关系；从信息处理的角度来看，研究的是信息的获取、处理、变换、输出等问题。 随着科学技术的进步，自动控制的概念也在扩大，政治、经济、社会等各个领域 也越来越多地被认为与自动控制有关。现在已发展成为一门独立的学科——控制论。其中包括：工程控制论、生物控制论和经济控制论。 直流电动机速度自动控制的原理结构图如图1-1所示。图中，电位器电压为输入 信号。测速发电机是电动机转速的测量元件。图1-1中，代表电动机转速变化的测速发电机电压送到输入端与电位器电压进行比较，两者的差值（又称偏差信号）控制功率放大器（控制器），控制器的输出控制电动机的转速，这就形成了电动机转速自动控制系统。
电源变化、负载变化等引起转速变化，称为扰动。电动机被称为被控对象，转速称为被控量，当电动机受到扰动后，转速（被控量）发生变化，经测量元件（测速发电机）将转速信号（又称为反馈信号）反馈到控制器（功率放大器），使控制器的输出（称为控制量）发生相应的变化，从而可以自动地保持转速不变或使偏差保持在允许的范围内。 自动控制系统至少包括测量、变送元件、控制器等组成的自动控制装置和被控对象，它的组成方框图如图1-2所示。
化工仪表及自动化总复习题目及答案
化工仪表及自动化总复习习题及答案 第一章自动控制系统基本概念 一、基本要求 1. 掌握自动控制系统的组成，了解各组成部分的作用以及相互影响和联系； 2. 掌握自动控制系统中常用术语，了解方块图的意义及画法； 3. 掌握管道及控制流程图上常用符号的意义； 4. 了解控制系统的分类形式，掌握系统的动态特性和静态特性的意义； 5. 掌握闭环控制系统在阶跃干扰作用下，过渡过程的形式和过渡过程的品质指标。 二、常用概念 1.化工自动化的主要内容：化工生产过程自动化，一般包括自动检测、自动操纵、自动保护和自动控制等方面的内容。 2.自动控制系统的基本组成: 被控对象和自动化装置（测量元件与变送器、控制器、执行器）。 3.被控对象：在自动控制系统中，将需要控制其工艺参数的生产设备或机器叫做被控对象，简称对象。 4.被控变量：过程内要求保持设定数值的物理量。 5.操纵变量：受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变量保持设定值的物料量或能量。 6.干扰作用：指除操纵变量以外的各种因素引起被控变量偏离给定值的作用。 7.设定值：被控变量的设定值。 8.偏差：个别测定值与测定的平均值之差。 9.闭环系统：指控制器与被控对象之间既有顺向控制又有反向联系的自动控制。 10.开环系统：指控制器与被控对象之间只有顺向控制而没有反向联系的自动控制。 11.控制系统的过渡过程：一个控制系统在处界干扰或给定干扰作用下，从原有的稳定状态过渡到新的稳定状态的过程称为过渡过程。 12.反馈：把系统(或环节)的输出信号直接或经过一些环节重新引回到输人端的做法叫做反馈。 13.负反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相反，即偏差信号为两者之差，这种反馈叫做负反馈。 14.正反馈：反馈信号的作用方向与设定信号相同，反馈信号使原来的信号增强，这种反馈叫做正反馈。 三、问答题 1. 控制系统按被调参数的变化规律可分为哪几类？简述每种形式的基本含义。 答： 开环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，但被控变量对操纵变量没有影响。闭环自动控制系统：操纵变量可以改变被控变量，被控变量又对操纵变量产生影响。定值控制系统：给定值为常数； 随动控制系统：给定值为变数，要求跟随变化； 程序控制调节系统：按预定时间顺序控制参数。
自动控制的一般概念
目录 目录 (1) 第一章自动控制的一般概念 (2) 1-1 自动控制的基本原理与方式 (2) 1-2 自动控制系统示例 (6) 1-3 自动控制系统的分类 (8) 1-4 对自动化控制系统的基本要求 (9) 1-5 自动控制系统的分析与设计工具 (11) 第三章线性系统的时域分析方法 (14) 3-1 系统时间相应的性能指标 (14) 3-2 一阶系统的时域分析 (17) 第四章线性系统的根轨迹法 (21) 4-1 根轨迹法的基本概念 (21) 4-2 开环零极点与闭环零极点之间的关系 (22) 第七章线性离散系统的基本概念 (23) 7-1 离散系统的基本概念 (23) 7-2 数字控制系统 (24) 附表 (26) 方块图 (26) 表格 (27)
第一章自动控制的一般概念 1-1 自动控制的基本原理与方式 1.自动控制技术与其应用 在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术起着越来越重要的作用。所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。例如，数控车床按照预定的程序自动地切削工件；化学反应炉的温度或压力自动地维持恒定；雷达和计算机组成的导弹发射和控制系统，自动的将导弹引导到敌方目标；无人驾驶飞机按照预定的轨道自动升降和飞行；人造卫星准确的进入预定轨道运行并回收等，这一切都是以应用高水平的自动控制技术为前提的。 近几十年来，随着电子计算机技术的发展和应用，在宇宙航行、机器人控制、导弹制导以及核动力等高新技术领域中，自动控制技术更具有特别重要的作用。不仅如此，自动控制技术的应用范围现已扩展到生物、医学、环境、经济管理和其他特别重要社会生活领域中，自动控制已经成为现代社会生活中不可缺少的重要组成部分。 2.自动控制科学 自动控制科学是研究自动控制共同规律的技术科学。它的诞生与发展源与自动控制技术的应用。 最早的自动控制技术的应用，可以追溯到公元前我国古代的自动计时器和漏斗指南车，而自动控制技术的广泛应用则开始于欧洲的工业革命时期。英国人瓦特在发明蒸汽机的同时，应用反馈原理，于1788年发明了离心式调速器。当负载或蒸汽供给量发生变化时，离心式调速器能够自动地调节进汽阀门的开度，从而控制蒸汽机的转速。1868年，以离心式调速器为背景的，物理学家麦可斯韦尔研究了进汽阀门反馈系统的稳定性问题，发表了“论调速器”论文。随后，源于物理学和数学的自动控制原理开始逐步形成。1892年，俄国学者李雅谱诺夫发表了“论运动稳定性的一般问题”的博士论文，提出了李雅谱诺夫稳定性理论。20世纪10年代。PID控制器出现，并获得广泛的应用。1927年，为了使广泛应用的电子管在其性能发生较大变化的情况下仍能正常工作，反馈放大器正式诞生。从而，确立了“反馈”在自动控制技术中的核心地位，并且有关系统稳定性和性能品质分析的大量研究成果也应运诞生。 20世纪40年代，是系统和控制思想空前活跃的年代，1945年贝塔郎菲提出了《系统论》，1948年维纳提出了著名的《控制论》，至此形成了完整的开展理论体系——以传递函数为基础的经典控制理论，主要研究单输入单输出、线性定常理论体系的分析和设计问题。 20世纪50~60年代，人类开始征服太空，1957年苏联成功发射了第一颗人造地球卫星，1968年美国阿波罗飞船成功等上月球。在这些举世瞩目的成功中，自动控制技术起着不可磨灭的作用，也因此催生了25世纪60年代的第二代控制理论——现代现代控制理论的问世，包括以状态为基础的状态空间法，贝尔曼的动态规划法和庞特里亚金的极小值原理，分析卡尔曼滤波器。现代控制理论主要研究具有高性能、高精度和多耦合回路的多变量系统的分析和应用设计问题。 从20世纪70年代开始，随着计算机技术的不断发展，自动化技术发生了根本性的变化，其相应的自动控制论概念、原理和方法还出现了许多分支,如自适应控制，混杂控制，模糊