自动控制系统简介
自控系统 介绍文案
自控系统介绍文案
自控系统是一种自动化的控制系统，它能够通过传感器、控制器和执行器等设备，实现对被控对象的自动控制和调节。
自控系统广泛应用于各个领域，如工业、航空、军事等，为我们的生活和生产带来了极大的便利。
自控系统的基本原理是通过传感器实时监测被控对象的状态，并将这些状态信息传输给控制器。
控制器根据预设的算法和规则，对接收到的状态信息进行处理和分析，生成控制指令。
然后，执行器根据控制指令对被控对象进行调节和操作，使其达到预设的目标状态。
自控系统的优点在于其高度的自动化和智能化。
通过自控系统，我们可以实现对被控对象的精确控制和调节，提高生产效率和质量。
同时，自控系统还可以实现对环境的实时监测和预测，为我们的决策提供科学依据。
自控系统的应用领域非常广泛。
在工业领域，自控系统可以应用于生产线的自动化控制、设备的远程监控和维护等。
在航空领域，自控系统可以应用于飞机的自动驾驶、飞行姿态的调整等。
在军事领域，自控系统可以应用于导弹的制导、火炮的自动瞄准等。
总之，自控系统是一种非常重要的自动化控制系统，它为我们的生活和生产带来了极大的便利和效益。
随着科技的不断发展，自控系统的功能和应用范围也在不断扩展和深化。
我们相信，未来的自控系统将会更加智能化、高效化，为我们的生活和生产带来更多的惊喜和便利。
自动控制系统概述
1.1 引言
自动控制概念： 是指在无人直接参与的情况下，利用 控制装置（控制器）使被控对象（如生产过程中的位 移，速度，温度，电力系统中的电压,电流,功率等物理 量，或某些化合物的成分，航空航天中的飞船姿态等） 依照预定的规律进行运动或变化。 这种能对被控对象的工作状态进行控制的系统称为自 动控制系统。它一般由控制装置和被控对象组成
负反馈：输入信号—反馈信号（输出信号） 线性定常系统根据参考输入量又可分为：
它一般由控制装置和被控对象组成
自动控制：传感器、控制器、执行器、水箱+阀门
控制器
执行器
h 水箱系统
传感器
典型的自动控制系统方框图
参考输入 元件
参 考
理想化系统
输
入
r(t) +
_
b(t)
e(t)
控制元件
偏 差
主 反 馈
执行元件 反馈元件
+
g(t)
_ 系统误差
被控对象
被 C(t) 控 量
1.3自动控制与自动控制系统
反馈：将输出量通过一定的方式送回到输入端，并与 输入信号比较产生偏差信号过程称为反馈
负反馈：输入信号—反馈信号（输出信号） 输出偏差减小
正反馈：输入信号+反馈信号 反馈控制、闭环控制:按偏差进行控制
一些基本概念
b.设计。根据分析确定控制方法：
0.6
数字——物理装置
c. 仿真：数字，物理仿真，反复进行
0.4
d.实现：制作，调试、重购。
0.2
0 0
1
2
3
4
5
第一章 自动控制系统概述
+ 杠 杆
-
自动控制系统概述
控制装置(简称控制器）使被控对象（或生产过程等）的某
一物理量（如温度、压力等）准确地按照预期的规律运行。
二、自动控制系统的常用术语
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。给定量和扰动量都是自动控 制系统的输入量。扰动量按其来源分内部扰动和外部扰动。
第一章 自动控制系统概述
三、闭环控制系统
系统的控制装置和被控对象不仅有顺 向作用，而且输出端和输入端之间存在反 馈关系，所以称为闭环控制系统，闭环控 制系统就是反馈控制系统。
第一章 自动控制系统概述
直流电动机调速系统
第一章 自动控制系统概述
恒温箱
闭 环 控制
第一章 自动控制系统概述
系统框图
第一章 自动控制系统概述
返回
第一章 自动控制系统概述
第五节 自动控制系统的性能指标
一、稳定性
系统的稳定性：系统在受到外部作用后，能否恢复平衡状态
稳定
的能力。
不稳定
第一章 自动控制系统概述
稳定的重要性：不稳定的系统是无法进行工作的；因此，对
任何自动控制系统，首要的条件便是系统能 稳定正常运行。
二、快速性
系统响应的快速性：是指在系统稳定性的前提下，通过系统 的自动调节，最终消除因外作用改变而引起的输出量与给定 量之间偏差的快慢程度。一般用调节时间来衡量 。如图1-16 所示，系统输出即系统响应经过几次振荡后，达到新的稳定 状态。对于系统动态过程性能的优劣除了快速性之外，还有 反映系统动态过程平稳性指标，故将快速性和平稳性作为表 征系统动态性能的指标，统称为动态性能指标。
CH01自动控制系统简介
状态空间法设计原理及步骤
设计状态反馈控制器或输出反馈控制 器，以满足系统性能指标要求。
通过仿真或实验验证控制器的性能。
PART 06
自动控制系统的应用实例
工业过程自动化控制实例
化工过程自动化
电力系统自动化
通过自动控制系统实现化学反应的温 度、压力、流量等参数的实时监测和 调节，确保产品质量和生产安全。
智能家居
随着智能家居的兴起，自动控制系统也应用于家庭环境中 ，如智能照明、智能空调、智能安防等，提供了更加舒适 和便捷的生活体验。
PART 02
自动控制系统的基本原理
控制系统的数学模型
01
02
03
微分方程模型
描述系统动态行为的数学 形式，通过求解微分方程 可以得到系统的输出响应。
传递函数模型
在复数域中描述系统输入 输出关系的数学模型，便 于进行系统分析和设计。
线性控制系统与非线性控制系统
线性控制系统
线性控制系统是一种满足叠加原理和齐次性 的控制系统。它的输出信号与输入信号之间 呈线性关系，且系统的动态特性可以用线性 微分方程来描述。因此，线性控制系统具有 简单、易于分析和设计的优点。
非线性控制系统
非线性控制系统是一种不满足叠加原理和齐 次性的控制系统。它的输出信号与输入信号 之间呈非线性关系，且系统的动态特性需要 用非线性微分方程来描述。因此，非线性控 制系统具有复杂、难以分析和设计的缺点， 但在某些特定情况下，非线性控制系统可以
应用领域及意义
工业自动化
自动控制系统在工业自动化领域有着广泛的应用，如生产 线自动化、机器人控制、过程控制等，提高了生产效率和 产品质量。
交通运输
自动控制系统在交通运输领域的应用包括智能交通系统、 自动驾驶汽车、列车自动控制等，提高了交通效率和安全 性。
自动控制系统
自动控制系统自动控制系统（Automatic Control System）是一种通过感知、判断和控制，使得系统能够自主完成复杂动作的技术，广泛应用于工业、交通、医疗、环保等领域，为人类生产和生活的发展带来了不可替代的作用。
一、自动控制系统的基本组成（1）传感器（Sensor）：能够将被检测物理量转换为电信号，并传输到控制系统中。
（2）执行器（Actuator）：将控制系统输出的电信号转换为机械运动，从而改变被控对象的运动状态。
（3）处理器（Processor）：主要是指控制器，负责控制系统的逻辑运算、执行判断，并发出控制信号。
（4）被控对象（Controlled Object）：指被控制的机器、设备或系统等。
二、自动控制系统的基本原理自动控制系统的基本原理是反馈控制，即通过传感器对照被控对象的实际状态进行监测，将得到的信号与设定值进行比较后，通过控制器输出控制信号，使得运动状态接近预设状态的过程。
三、自动控制系统的应用领域（1）工业自动化：自动化生产线的应用，生产厂家可以通过自动控制系统对生产线的效率和质量进行控制。
（2）交通运输：自动化驾驶技术将汽车、飞机、船只等交通工具转化为复杂的控制系统。
（3）医疗系统：自动化手术机器人替代了传统手术方式，可以最大限度地减少病人手术时的风险。
（4）环境保护：气体监测、空气净化器和环境控制系统，通过自动控制技术对环境进行管控，使得环境污染得到一定程度的改善。
四、自动控制系统的未来前景随着科技的不断进步，自动控制系统在人工智能、物联网和大数据等领域中的应用也越来越广泛。
特别是在5G与自动控制系统融合后的应用，其应用场景更是具备无限可能。
总之，自动控制系统在人类的生产和生活中扮演着越来越重要的角色，其发展已成为推动整个社会前进与进化的重要力量，我们有理由相信，在未来社会自动控制技术将发挥更大的作用。
自动控制系统概述
自动控制原理：经典控制理论，即研究反馈控制。 自动化 自动控制（视频资料） 在没有人参与的情况下，通过控制器或控制装置来控制机器或者设备等物理装置，使
得机器设备的受控物理量按照希望的规律变化，达到控制目的。 是研究控制系统的一般规律，不是讲具体的控制对象、系统、元件。 对象：如炼钢、化工反应，航空航天，机械汽车加工。 系统：运动过程，力学、电学、光学、生物等 元件：控制器、执行（电机），传感器
2021/3/27
2
CHENLI
第一章 自动控制系统概述
自动化的发展过程回顾： ①设备自动化 本世纪50年代开始发展起来，由最初的机器、设备的控制问题，引出了机床、轧钢机等设备 的自动化。主要特点：自动调节系统的出现及其大量应用。 ②生产过程自动化 生产过程自动化需要考虑生产过程的协调、优化、计划与调度等问题。它是生产车间级的自动 化。 离散型生产过程的自动化 机械制造自动化，电子制造自动化，…… 连续型生产过程的自动化 化工自动化，冶金自动化，…… ③工厂自动化 工厂是由若干个生产车间组成的、能够完成一定的产品生产任务的实体，工厂自动化实现了产 品加工生产的自动化，工厂自动化=生产过程自动化+管理自动化。 ④企业自动化 企业自动化包括企业的生产加工、企业管理、产品（设计/开发）、市场、销售、计划等方面 的综合自动化，企业自动化的支撑技术包括：制造资源管理MRP-II，企业资源计划ERP，计 算机辅助设计/制造CAD/CAM，计算机集成制造CIM，并行工程CE，产品数据管理PDM，… 计算机集成制造CIM将制造视为一个信息处理、信息转换的过程，将制造过程视为一个集成的 过程，多种计算机技术与工具的综合应用。
自动化控制系统的介绍(19页)
自动化控制系统的介绍自动化控制系统是一种通过使用计算机和电子设备来自动执行任务和过程的系统。
它广泛应用于工业、商业、交通、医疗、教育等多个领域，为人类的生活和工作带来了极大的便利和效率提升。
自动化控制系统的工作原理是基于传感器、执行器和控制器的相互作用。
传感器用于检测和收集环境中的信息，如温度、压力、流量等，并将这些信息传递给控制器。
控制器根据预设的程序和算法，对收集到的信息进行分析和处理，然后向执行器发出指令，执行器根据指令执行相应的动作，从而实现对过程的控制。
自动化控制系统的优势在于其高精度、高效率和稳定性。
通过自动化控制，可以实现对过程的精确控制，减少人为错误和不确定性，提高生产效率和产品质量。
同时，自动化控制系统还可以实现远程监控和操作，方便管理人员对过程的实时监控和调整。
然而，自动化控制系统也存在一些挑战和问题。
自动化控制系统的设计和实施需要专业的知识和技能，需要投入大量的人力和物力资源。
自动化控制系统可能存在安全风险，如系统故障、误操作等，需要采取相应的安全措施来保障系统的稳定运行。
自动化控制系统可能对就业产生一定的影响，需要合理规划和培训，以适应自动化时代的就业需求。
自动化控制系统作为一种先进的技术手段，为人类的生活和工作带来了巨大的变革和提升。
随着科技的不断发展和应用，自动化控制系统将在更多的领域发挥重要作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
自动化控制系统的广泛应用自动化控制系统在各个领域的应用广泛且深入，下面将介绍几个主要的应用领域及其特点。
1. 工业生产：在工业生产中，自动化控制系统被广泛应用于生产线、制造过程、质量控制等方面。
通过自动化控制，可以实现生产过程的自动化、智能化和高效化，提高生产效率和产品质量，降低生产成本。
2. 商业管理：在商业管理领域，自动化控制系统被应用于库存管理、销售预测、客户关系管理等方面。
通过自动化控制，可以实现商业活动的自动化、智能化和高效化，提高商业运营效率，降低运营成本。
自动控制系统概述
自动控制系统概述自动控制系统是一种能够实现自主操作和反馈控制的系统，可以对一些或多个过程进行监测、调整和控制。
它是一种通过传感器、执行器和控制器之间的相互作用来实现的技术体系。
自动控制系统在现代工业生产、交通运输、通讯、航空航天等领域起着至关重要的作用。
自动控制系统的核心是控制器，它是一个电子装置或者计算机程序，可以检测和测量系统的状态，并根据事先设定的标准或规则来调整系统的输出。
控制器通常根据测量结果实施一系列的逻辑或算法操作，以实现对系统的有效控制。
传感器负责监测和测量系统的输入和输出变量，将其转换成数字或模拟信号供控制器使用。
执行器根据控制器的指令来改变和调整系统的输出结果。
自动控制系统的组成部分包括：传感器、执行器、控制器、反馈回路和电源等。
自动控制系统的工作原理是通过控制器对传感器所获得的反馈信息进行分析和判断，根据事先设定的目标或标准，调整执行器的输出，使系统的输出状态达到预期的目标。
其中，反馈机制是实现自动调节的核心机制之一，通过将系统输出与目标进行比较，产生偏差信号，并通过控制器对执行器进行控制，以减小系统输出与目标之间的偏差。
在自动控制系统中，控制器的设计和优化是关键问题之一、常见的控制器类型有比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器。
PID控制器是一种广泛应用的控制器，通过比例、积分和微分三个部分的组合使用，实现对系统输出的准确控制。
PID控制器根据系统的输出偏差和变化率来调整执行器的输出，使系统能够快速、精确地响应外界的变化。
自动控制系统具有许多重要的优点。
首先，它可以提高生产效率和系统性能，实现对复杂过程的监测和控制。
其次，自动控制系统可以减少人为错误和操作失误，提高系统的可靠性和安全性。
此外，自动控制系统还可以减轻人力负担，降低生产成本，并且可以应对复杂的环境条件和工作要求。
然而，自动控制系统也存在一些挑战和局限性。
首先，自动控制系统的设计和实施需要专业知识和技术，对于新技术和设备的应用需要不断的研究和创新。
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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。
13.4确定控制器的正反作用。
若广义对象为正作用方向，则控制器为反作用方向，若广义对象为反作用方向，则控制器为正作用方向。
14、自动控制系统运行的基本要求：要实现自动控制，系统必须闭环。
闭环控制系统的稳定运行最基本的必要条件是负反馈。
系统要构成负反馈，则广义对象为正作用特性时，控制器为反作用特性；当广义对象为反作用特性时，则控制器为正作用特性。
被控对象与执行器的特性由实际的现场工艺条件确定，所以应通过控制器的正反作用特性来满足系统的负反馈要求。
二、过程参数的检测
1、一个检测系统主要由被测对象、传感器、变送器和显示装置等部分组成。
对某一个具体的检测系统而言，被测对象、检测元件和显示装置部分总是必需的。
2、传感器又称为检测元件或敏感元件，它直接响应被测变量，经能量转换并转化成一个与被测变量成对应关系的便于传送的输出信号，如电压、电流、频率等。
3、变送器是把传感器的输出转换为4～20mA的标准统一的模拟量信号或者满足特定标准的数字信号的检测仪表。
4、对于一个检测系统而言，传感器和变送器可以是两个独立的环节，也可以是一个有机整体。
变送器的输入输出特性通常是指包括敏感元件和变送环节的整体特性，敏感元件的某些特性需要通过变送环节进行处理和补偿以提高测量的精度。
5、压力检测：所谓压力是指均匀而垂直作用于单位面积上的作用力，用符号p 表示。
国际单位是帕斯卡（Pa）。
压力变送传感器是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表。
6、温度检测：接触式的敏感元件分为热电偶和热电阻，热电偶是基于热电效应的原理，热电阻是基于导体和半导体的电阻值随温度的变化而变化的原理进行测量。
7、流量检测：空分装置的流量检测一般是指体积流量检测。
7.1空分装置流量检测元件是基于速度法原理进行的，即先测量出管道内的平均速度，再乘以管道截面积来求取流体的体积流量。
7.2节流式流量计。
又称为差压式流量计，如果在管道中安置一个固定的阻力件，它的中间开一个比管道截面小的孔，当流体流过该阻力件时，由于流体的流速加快、静压力降低，其结果是在阻力件前后产生一个较大压差，压差的大小与流体流速有关，流速越大，压差越大，只要测出压差就可以推算出流速，所以可以计算出流体的流量。
通过节流元件检测出压差值，然后通过变送器将该差压值转换成标准的电信号。
7.3此外空分装置中还使用了电磁流量计、涡街流量计、转子流量计、一体式均速管流量计，其中一体式均速管流量计也是基于差压原理来测量的。
8、差压式液位计：
gh p p p ρ=-=∆21
这样就可以得到了一个对应关系，即对应一个液位就对应一个差压值，然后将差压值转变为标准的电信号送给DCS 控制系统的现场控制站。
9、空分装置的精馏塔的阻力也是根据差压变送器原理进行测量的。
三、控制器的控制规律
1、所谓的控制规律是指控制器的输出信号与输入信号之间的关系。
控制器的输入信号是指变送器送来的测量信号与给定值信号之差。
偏差就是指测量值与给定值之差。
2、比例控制（P ）：是指控制器的输出信号的变化量与输入信号的变化量之间成比例关系。
即)()(t Kpe t u = Kp 是比例放大系数。
一般用比例度衡量控制器输出对输入的响应程度。
%1001⨯⨯=Kp
C δ 式中C 为仪表系数。
比例度与放大系数成反比。
比例度越小，控制器的放大系数越大，它将偏差放大的能力越强。
比例度越大，控制器的放大系数越小，它将偏差放大的能力越弱
3、比例积分控制（PI ）：通过引入积分控制，可以使被控变量消除余差。
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+=⎰dt t e Ti t e Kp t u )(1)()( T i :积分时间 积分时间表示了积分速度的大小，积分时间越大，在同样的输入作用下，输出的
变化速度越慢，即积分作用越弱。
积分时间越小，积分速度越快，积分作用越强，但系统容易出现振荡。
4、比例微分控制（PD ）：微分控制是根据偏差变化的快慢进行调节， 具有超前调节的作用。
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+=dt t de T t e Kp t u d )()()( 微分控制主要是为了用来克服被控对象的容量滞后和惯性滞后，但不能克服纯滞后。
5、比例积分微分控制（PID ）：⎥⎦⎤⎢⎣
⎡++=⎰dt t de T dt t e T t e Kp t u d i )()(1)()( 比例作用的输出与偏差值成正比，积分作用输出的变化速度与偏差值成正比，微分作用的输出与偏差的变化速度成正比。
在被控变量的偏差刚出现时，比例微分同时先起作用。
由于微分的超前调节作用，可以使起始偏差幅度减小，降低超调量，由于比例作用是经常的、起主要作用的控制作用，可使系统比较稳定。
接着积分作用会慢慢消除余差。
四、执行器
1、执行器由执行机构和调节机构组成。
2、执行器有正、反作用两种方式，当输入信号增大时，执行器的流通截面积增大，即流过执行器的流量增大，称为正作用；当输入信号增大时，流过执行器的流量减小，称为反作用。
正反作用的气动调节阀通常分别称为气开阀、气闭阀。
3、执行器辅助装置包括：阀门定位器、电磁阀、仪表气过滤器、减压器、限位开关、行程开关。
4、带电磁阀的气动调节阀，电磁阀失电，气开阀关闭，气闭阀全开。
5、电磁阀的作用是能够迅速使气动调节阀关闭或全开。
6、仪表气源至关重要，如果仪表气源失压，则对安全生产造成了重大影响。
日常工作中务必要将此项工作抓好。
7、阀门定位器作用是将来自调节器的控制信号，成比例地转换成气压信号输出到执行机构，使阀杆产生位移，其位移量通过机械机构反馈到阀门定位器，当位移反馈信号与输入控制信号相平衡时，阀杆停止动作，调节阀的开度与控制信号相对应。
8、空分装置空气压缩系统选用了ITCC 控制系统，为压缩机综合控制系统，将汽
轮机、主空气压缩机、增压机的运行与维护等操作集中在该系统中进行。
主空气压缩机、循环增压机采用恒压调节，即通过调节入口导叶对压缩机机后压力进行控制。
空分装置的精馏过程需要在恒压条件下进行，压缩机选用恒压调节，有利于保证空分装置的稳定运行。
汽轮机的有关操作也在ITCC中进行。