自动化反馈控制系统的基本概念
反馈控制系统的基本概念
控制器
控制器
被控过程
控制器
被控过程
控制器
被控过程
反馈控制系统：
前馈控制系统：
前馈---反馈 控制系统
三. 按给定值变化规律分类
t
t
t
r
r
r
恒值控制系统： 给定值不随时间变化 例 恒温，恒压系统
随动控制系统： 给定值按需求随机变化 例 雷达跟踪， 靠模加工系统
03
扰动
04
被控量
05
设定器
06
被控过程
07
传感器
08
控制器
09
按系统环节连接形式分类
10
闭环控制系统 :
11
开环控制系统：
12
第四节 自动控制系统的分类
开环控制系统举例
电 热 丝
加 热 炉
220v~
调压器
功率放大器
负载
电 位 器
M
例1.4.1 开环温度控制系统
开环控制系统特点： 1. 信号从输入到输出无反馈,单向传递. 2. 结构简单. 3. 控制精度不高,无法抑制扰动.
性能要求 (性能指标,约束条件)
控制器的结构和参数设计和整定
性能校核 (计算,仿真,实验)
第二节 反馈控制系统的基本概念
信息反馈-------最基本的自动控制原理 反馈控制系统的中的常用术语： 给定值（参考输入值） 偏差值 控制量 被控量 扰动量(内扰,外扰) 自动控制装置 = 传感器 + 控制器 + 给定器 + 执行器 受控过程（受控对象） 控制系统 = 受控过程＋控制装置
----单位阶跃函数
抛物线信号（Parabolic Function）
TERM1P1
在机舱中所要控制的运行参数很多，
各控制系统的控制任务和结构形式 可能不同,但它们的组成单元及工作
过程基本相同。
一、柴油机 气缸冷却水温度的控制过程
把柴油机气缸冷却水温度控制在最佳 值上是保证柴油机安全、可靠和高效率运
行的重要因素之一。
1. 手动控制过程
眼
主 机
淡水泵 三通阀
脑
手
海水入口
海水出口
冷却器
理和特性，以及反馈控制过渡过程
的特点，掌握正确的使用和管理反 馈控制系统所应注意的问题。
第一章
反馈控制系统的基本概念
第一节 反馈控制系统的组成 第二节 反馈控制系统的动态过程
反馈控制系统的基本概念
反馈控制系统是将各种运行 参数如温度、压力、液位、粘度、 流量等控制在最佳值上。
反馈控制系统的基本概念
改变调节阀的开度也就是通过改变流入控制对象
的物质或能量流量来控制被控量的变化。
例如：在气缸冷却水温度控制系统中，淡水冷却
器是控制对象，冷却水温度是被控量。
2). 测量单元
测量单元用来测量被控量的实际值。
把被控量的实际值称为测量值，用Z表 示。测量单元把被控量的测量值检测 下来，并转变成统一的标准信号。
※ 减压阀、定值器 ※ 稳压电源
二、反馈控制系统的传递方框图
为了清楚地表明各单元在控制系统中的地位
和作用，以及各单元之间的信号传递关系，可
以不考虑各单元的具体结构形式和特点，而把 每个单元都抽象成一个方框，各方框之间用带 箭头的信号线连接起来，就构成了反馈控制系 统的传递方框图。
反馈控制系统的传递方框图
的信号线表示输出量。
1. 环 节
信号传递的单向性：输入量 的变化与环节的特性决定输出量 的变化 ，而输出量的变化不影响
轮机自动化知识点
轮机自动化知识点一．反馈控制系统的基本概念1．反馈控制系统的组成，要求画出组成框图,能够描述系统的工作过程扰动d比较器r e p q 被控量+ - yz2．自动控制系统的典型输入信号阶跃形式、线性形式、脉冲形式、正弦形式其中阶跃形式是最严重的扰动。
3．反馈控制系统动态过程的品质指标有哪些方面？各包括哪些指标？各种指标的含义？稳定性指标: 衰减率φ：是指在衰减震荡中，第一个波峰的峰值A=emax减去第二个同相波峰峰值B除以第一个波峰峰值A，即φ=（A-B）/A震荡次数N：是指在衰减震荡中，被控量震荡的次数超调量σp ：是指在衰减震荡中，第一个波峰ymax减去新稳态值y（∞）与新稳态值之比的百分数准确性指标:最大动态偏差emax：是指在衰减震荡中第一个波峰的峰值。
静态偏差ε：是指动态过程结束后，被控量新稳定值与给定值之间的差值快速型指标：上升时间tr:是指在衰减震荡中,被控量从初始平衡状态第一次到达新稳态值y（∞）所需的时间峰值时间tp：是指在衰减震荡中，被控量从初始状态到达第一个波峰所需要的时间过渡时间ts：是指被控量从受到扰动开始到被控量重新稳定下来所需的时间穿越次数：振荡周期:二．控制器作用规律1．调节器的种类及其作用规律表达式.各种调节规律的开环阶跃响应特性（输出曲线形状）双位是调节器:比例调节器（P）：P（t）=K·e（t)比例积分调节器（PI）：P（t）=K﹝e（t）+∫e（t）dt﹞比例微分调节器（PD）：P（t）= K〔e（t）+Td〕比例积分微分调节器（PID)：P（t)=K﹝e（t)+∫e（t）dt+ Td﹞e ep t p tε2KeKe Ke给定单元控制单元执行单元控制对象测量单元t Tit 比例调节器输出特性比例积分调节器输出特性e ep t tpt t 比例微分调节器输出特性比例积分微分调节器输出特性2．正、负反馈的含义及其强弱对调节器参数(PB、Ti、Td）的影响正反馈：是指经反馈能加强闭环系统输入效应，即使偏差e增大负反馈：是指经反馈能减弱闭环系统输入效应,即使偏差e减小正反馈可以增大调节器的放大倍数,负反馈用来提高自动调节系统(或者调节器）的稳定性。
控制系统基础知识概述
控制系统基础知识概述控制系统是指通过对系统输入、输出和内部状态的监测与调节，以实现系统稳定性、性能优化和目标实现的一种系统。
控制系统广泛应用于工业自动化、电力系统、交通运输系统以及航空航天等领域。
在这篇文章中，我们将对控制系统的基础知识进行概述，并介绍其中的一些关键要素。
一、控制系统的基本概念控制系统由传感器、执行器、控制器和过程组成。
传感器用于测量系统的状态和输出信号，执行器用于执行控制指令，控制器对传感器测量值进行处理，将结果转化为控制命令，并传递给执行器，从而实现对系统的控制。
控制系统的目标是使被控对象的输出值尽可能接近期望值。
二、控制系统分类按照控制系统的结构和性质，可以将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。
开环控制系统是指控制器的输出不依赖于系统的当前状态，只根据输入信号产生控制命令；闭环控制系统是指控制器的输出依赖于系统的当前状态与期望状态之间的差异，通过不断调整控制命令来实现系统的稳定性和准确性。
三、控制系统的传递函数控制系统的传递函数是描述系统输入和输出关系的数学模型。
它是一个复数函数，通常用LaPlace变换表示。
通过传递函数，可以分析系统的频率响应、零点和极点等特性，从而设计合适的控制器。
四、控制系统的稳定性控制系统的稳定性是指系统输出在无穷大时间范围内是否趋于稳定或在有限范围内波动。
理想的控制系统应当具有稳定性，即使在存在扰动的情况下也能够保持输出的稳定性。
稳定性分析是控制系统设计的重要一环。
五、反馈控制与前馈控制反馈控制是指通过对系统输出进行监测，并将测量结果与期望输出进行比较，再对控制器的输出进行调整，从而实现系统的稳定性和准确性。
前馈控制是指直接根据期望输出来调节控制器的输出，以抵消被控对象的影响，提高系统响应速度和抗干扰能力。
六、控制系统的性能指标控制系统的性能指标包括超调量、调节时间、稳态误差等。
超调量反映了系统输出相对于期望输出的最大偏差；调节时间是系统输出从初始状态达到稳态的时间；稳态误差是系统输出与期望输出之间的差异。
《轮机自动化》课程教学大纲
《轮机自动化》课程教学大纲一、本课程的性质与任务轮机自动化属于轮机管理专业的专业课性质。
其目的是讲解轮机自动化所涉及的基本控制理论和船舶机舱典型自动控制系统的组成、结构、工作原理、管理要点和故障分析方法，为学生能够适应现代船舶机舱的管理奠定基础。
二、课程简介“轮机自动化”课程讲授轮机自动化所涉及的基本控制理论和船舶机舱典型自动控制系统的组成、结构、工作原理、管理要点和故障分析方法。
课程内容包含14个部分，即反馈控制系统的基本概念、调节器基本作用规律、传感器和变送器、执行机构、船舶冷却水温度自动控制系统、燃油粘度自动控制系统、分油机自动控制系统、船用燃油辅锅炉的自动控制系统、阀门遥控及液舱遥测系统、主机遥控系统基础知识、船舶柴油主机气动操纵系统、AUTOCHIEF-Ⅳ主机遥控系统、监视与报警系统概述和DATACHIEF-C20监视与报警系统。
三、课程知识体系架构及教学要求(一) 理论授课1．反馈控制系统的基本概念1.1反馈控制系统的组成概念：●反馈控制系统、反馈、控制对象、测量单元、调节单元、执行机构、环节、扰动、闭环系统◎输入、输出、设定值、测量值、偏差、被控量、控制量、基本扰动、外部扰动○前向通道、反馈通道、开环控制、复合控制、前馈知识点及应用：●（1）反馈控制系统的基本组成环节●（2）反馈控制系统的传递方框图●（3）反馈控制系统的工作过程●（4）反馈控制系统的分类○（5）自动控制系统的其他形式案例：○柴油主机缸套冷却水温度控制系统1.2反馈控制系统的动态过程概念：●稳态（平衡态）、动态（过渡）过程、阶跃输入、衰减率、超调量、静态偏差、过渡过程时间◎速度输入、脉冲输入、发散振荡、等幅振荡、衰减振荡、非周期过程、最大动态偏差○正弦输入、振荡次数、上升时间、峰值时间知识点及应用：●（1）控制系统动态过程的概念●（2）控制系统的典型输入信号●（3）评定控制系统动态过程品质的指标案例：●（1）定值控制系统的动态过程●（2）随动控制系统的动态过程2．调节器基本作用规律2.1双位作用规律概念：●双位控制、双位作用规律、压力开关、上限值、下限值、幅差知识点及应用：●（1）双位控制的概念●（2）双位控制的特点●（3）双位控制中被控量上、下限的调整案例：●（1）浮子式辅锅炉水位双位调节器●（2）YT-1226型压力调节器2.2比例作用规律概念：●比例作用、比例系数、比例带◎正作用式调节器、反作用式调节器○量程系数知识点及应用：●（1）比例作用的概念及其表达式●（2）比例作用的控制过程●（3）比例作用的特点●（4）比例带的概念及其大小对比例作用强度的影响●（5）比例作用的开环阶跃响应特性案例：●（1）浮子式水位比例控制系统◎（2）气动比例调节器2.3比例积分作用规律概念：●积分作用、比例积分作用、积分时间知识点及应用：●（1）积分作用的概念及其表达式●（2）比例积分作用的的概念及其表达式●（3）积分作用的特点●（4）积分时间的概念及其物理意义●（5）比例带的概念及其大小对比例作用强度的影响●（6）比例积分作用的开环阶跃响应特性案例：◎气动比例积分调节器2.4微分作用规律概念：●理想的微分作用、实际的微分作用、微分时间知识点及应用：●（1）微分作用的概念及其表达式●（2）比例微分作用的概念及其表达式●（3）微分时间的概念及其大小对微分作用强弱的影响●（4）微分作用的特点●（5）实际微分作用的开环阶跃响应特性案例：◎气动比例微分调节器2.5比例积分微分作用规律概念：●比例积分微分作用知识点及应用：●（1）比例积分微分作用的概念及其表达式●（2）比例积分微分作用的开环阶跃响应特性●（3）比例积分微分作用的气动实现方法◎（4）比例积分微分作用的集成电路实现方法○（5）比例积分微分作用的数字实现方法案例：●（1）QTM-23J气动PID调节器◎（2）NAKAKITA气动PID调节器◎（3）由运算放大器组成的PID调节器○（4）增量式数字PID控制算法流程3．传感器和变送器3.1船舶机舱常用传感器概念：●温度传感器、压力传感器、液位传感器、流量传感器、转速传感器、转矩传感器知识点及应用：●（1）各种传感器的测量原理◎（2）信号变换原理案例：◎（1）热电阻、热电偶温度传感器及其转换电路◎（2）滑动电阻式、金属应变片式、电磁感应式压力传感器◎（3）变浮力式、吹气式液位传感器◎（4）容积式、电磁式、差压式流量传感器◎（5）测速发电机式、磁脉冲式转速传感器◎（6）相位差式转矩传感器3.2变送器概念：●变送器、零点、量程、迁移知识点及应用：●（1）变送器的构成原理●（2）变送器零点和量程的概念●（3）变送器的标准输出信号●（4）气动差压变送器的工作原理及其调整方法◎（5）电动差压变送器的工作原理及其调整方法●（6）变送器的应用方法案例：◎（1）气动差压变送器◎（2）电动差压变送器◎（3）变送器测量锅炉水位的实例4执行机构概念：●气开式调节阀、气关式调节阀、阀门定位器、位置反馈知识点及应用：●（1）气动调节阀的类型●（2）气动阀门定位器的工作原理●（3）电动执行机构的组成原理●（4）电/气动执行机构的组合方式案例：◎带阀门定位器的气动薄膜调节阀5船舶冷却水温度自动控制系统概念：●开式冷却、闭式冷却、高温淡水、低温淡水、缸套水知识点及应用：●（1）主机缸套水的冷却方法●（2）主机缸套冷却水温度控制系统的组成●（3）控制系统工作原理及操作方法案例：◎ENGARD型中央冷却水温度自动控制系统6燃油黏度自动控制系统概念：●燃油粘度、燃油粘度控制、燃油温度控制、燃油切换知识点及应用：●（1）燃油粘度控制方法●（2）燃油粘度测量原理●（3）燃油粘度控制系统的组成及其工作原理案例：◎NAKAKITA型燃油粘度控制系统7分油机自动控制系统概念：●操作水、排渣、排水、分油机时序控制、报警知识点及应用：●（1）分油机自动控制系统的组成●（2）控制系统的时序控制过程●（3）控制系统的操作和管理案例：◎ALFA-LAVAL EPC-40分油机自动控制系统8船舶燃油辅锅炉自动控制系统概念：●预扫风、点火、燃烧时序、时序控制器、火焰检测器、风压保护、熄火保护、水位控制、燃烧控制知识点及应用：●（1）辅锅炉的水位双位控制●（2）辅锅炉的蒸汽压力自动控制●（3）辅锅炉的燃烧时序控制过程◎（4）采用PLC的辅锅炉燃烧时序控制案例：◎采用PLC的辅锅炉燃烧时序控制实例9阀门遥控及液舱遥测系统概念：●阀门遥控、液位遥测知识点及应用：●（1）阀门遥控系统的功能、组成及原理●（2）液位遥测系统的功能、组成及原理案例：无10主机遥控系统基础知识概念：●自动遥控、手动遥控、起动、换向、能耗制动、强制制动、重复起动、重起动、慢转起动、加速速率限制、程序负荷、转速限制、临界转速回避、负荷限制、应急操纵、越控知识点及应用：●（1）主机遥控系统的组成●（2）主机遥控系统的主要功能●（3）主机遥控系统的分类●（4）车钟系统●（5）起动逻辑回路●（6）换向逻辑回路●（7）制动逻辑回路●（8）转速与负荷控制●（9）主机遥控系统的信号转换和执行机构案例：◎（1）车钟系统实例◎（2）起动、换向逻辑回路实例◎（3）电/气转换器实例◎（4）电/液伺服器实例◎（5）电动执行机构实例11船舶柴油主机气动操纵系统概念：●气动操纵系统、两位三通阀、主起动阀、起动控制阀、气缸起动阀、空气分配器、操作部位切换、遥控、机旁操作、起动油量、可变喷油定时知识点及应用：●（1）气动操纵系统的气源及其分布●（2）机旁/遥控切换●（3）集控/驾控切换●（4）机旁操作时的停车、换向和起动过程●（5）集控操作时的停车、换向和起动过程●（6）驾控操作时的停车、换向和起动过程●（7）VIT动作原理案例：◎MAN-B&W-S-MC/MCE型主机气动操纵系统12 AUTOCHIEF-Ⅳ主机遥控系统概念：●驾驶台控制单元、集控室控制单元、车钟记录装置、安全保护单元（SSU8810）、数字调速单元（DGU8800e）知识点及应用：●（1）AC-4主机遥控系统的组成●（2）驾驶台控制面板及其功能●（3）集控室控制面板及其功能●（4）AC-4主机遥控系统的主要控制功能●（5）AC-4主机遥控系统在不同车令下的工作过程●（6）AC-4主机遥控系统的参数显示与设置●（7）AC-4主机遥控系统的装置功能试验案例：◎AC-4主机遥控系统的结构组成及其主要操作方法13 机舱监视与报警系统概述概念：●监视与报警、延伸报警、延时报警、报警闭锁、连续监视、扫描监视知识点及应用：●（1）监测参数的类型●（2）监视与报警系统的监测方式●（3）监视与报警系统的组成与功能案例：无14 DATACHIEF-C20监视与报警系统概念：●网络、分布式处理单元（DPU）、远程操作站（ROS）、值班呼叫系统（WCS）、网关知识点及应用：●（1）DC C20监控系统的结构组成●（2）分布式处理单元（DPU）●（3）远程操作站（ROS）及系统功能案例：◎DATACHIEF-C20监视与报警系统(二) 实验授课1.反馈控制系统实验实验内容：单容水柜水位控制系统演示与实操实验要求：（1）结合水位控制系统实验装置了解反馈控制系统的结构组成，熟悉实验装置的管路和信息流程，对反馈控制系统的基本组成环节进行对号入座；（2）将控制对象（单容水柜）、将调节器、测量单元和执行机构连成闭环系统，并投入运行，观察实际水位的变化情况，理解调节过程；（3）通过电脑屏幕观察反馈控制系统的动态过程。
反馈控制的基本原理
反馈控制的基本原理1.引言1.1 概述概述反馈控制是现代控制理论中的一个重要概念，它在各个领域都有广泛的应用。
从最简单的家用电器到复杂的工业自动化系统，都离不开反馈控制的支持。
反馈控制通过采集被控对象的输出信息，并将其与期望的输出进行比较，然后作出相应调整，以实现所需的控制目标。
在日常生活中，我们也常常使用反馈控制的原理。
比如，当我们开车时，会根据速度表上的速度和路况的变化，来调整油门和刹车的力度，以保持车辆稳定行驶。
这就是一个简单的反馈控制系统，由车速作为输入，驱动力作为输出。
反馈控制系统由被控对象、传感器、执行器和控制器等几个基本组成部分构成。
被控对象是系统中需要被控制的实际物理过程或设备，例如温度、速度、位置等。
传感器用于检测被控对象的状态或输出信息，并将其转化为电信号。
执行器根据控制信号进行相应的动作，改变被控对象的状态。
控制器是反馈控制系统的核心部分，它根据传感器反馈的信息和期望的输出信息之间的差异，计算出控制信号，使被控对象的输出逼近期望的输出。
反馈控制的基本原理是通过对被控对象的状态进行监测，并根据监测到的信息进行调整，使被控对象的输出接近期望的输出。
在控制过程中，控制器会不断地与被控对象进行交互，并进行参数调整，以实现系统的稳定性和性能要求。
通过不断地反馈和调整，反馈控制系统可以对被控对象的状态进行精确控制，从而实现预定的控制目标。
本文将详细介绍反馈控制的概念、基本组成和基本原理。
同时，还将讨论反馈控制在各个领域的实际应用，以及展望反馈控制的未来发展。
反馈控制是现代控制理论中的基础概念之一，对于提高系统的稳定性、精确性和鲁棒性具有重要意义。
深入了解反馈控制的基本原理，有助于我们更好地理解和应用控制技术，推动科技的发展和进步。
1.2 文章结构本文主要围绕反馈控制的基本原理展开讨论。
文章由引言、正文和结论三个部分构成。
在引言部分，我将对整篇文章进行概述，介绍反馈控制的基本概念以及文章的目的。
第一章 反馈控制系统的概念(本)
5 在反馈控制系统中，调节单元根据________的大小和方向，输出一个控制信号。 A．给定位 B．偏差 C．测量值 D．扰动量
6 在反馈控制系统中，设定值如果按照某一函数规律变化，则称为________。 A. 定值控制 B. 程序控制 C．随动控制 D．函数控制
7 在反馈控制系统中，执行机构的输入是________。 A．被控参数的实际信号 C．被控参数的偏差信号 B. 调节器的输出信号 D．被控参数的给定信号
过渡过程 : transient：指自动控制系统在动态中被控量随时间的变化过程。 或者说是从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。 y
t 平衡状态 平衡 状态 过渡过程
自动控制系统过渡过程曲线
二．控制系统的典型输入信号 为便于系统分析，定义几种常见的系统输入信号：
（ 1）阶跃输入： （ 2）速度输入 ：
（ 3）加速度输入：
（ 4）脉冲输入：
（ 5）正弦输入： 其中，阶跃输入对系统的工作最为不利。
r(t) R 0 r(t)
r(t)
Rt
t
0 r(t)
t
½ Rt2
0
0
t
t
r(t) 1/h 0 h t 单位脉冲函数
h→0
r(t)
r(t)→∞
0
t
h→0时，称为理想的单 位脉冲函数，记作δ(t)。
三. 评定控制系统动态过程品质的指标
四. 反馈控制系统的分类
1.按所用能源分类：气动控制系统和电动控制系统 2.按仪表的结构形式分类：单元组合仪表和基地式仪表 单元组合仪表：各单元分别制成一台独立仪表 基地式仪表 ： 各单元组装成一台仪表 3. 按给定值的变化规律分类：
（ a）定值控制；（b）程序控制；（c）随动控制。
自动化 反馈控制系统的基本概念
?设系统处在平衡状态即系统稳定运行时突然受到一个外部扰动被控量将离开初始稳定值发生变化测量单元将把被控量的实际值送至调节器在调节器内部被控量的给定值与测量值进行比较得到偏差值e调节器依据某种调节作用规律输出一个控制信号通过执行机构改变流入控制对象的物质或能量流量被控量朝着偏差减少的方向变化这一信号又通过测量单元送至调节器重复上述过程最终使被控量又回到给定值或给定值附近系统达到一个新的平衡状态
根据控制系统接受的扰动途径，可以分为两种情 况：一种情况是外部扰动不变，改变给定值（如 随动控制）；另一种情况是给定值不变（定值控 制），改变外部扰动。由于控制器控制规律或系 统参数的不同，控制系统的动态过程将表现为不 同的形式。
在阶跃信号输入时，被控量变化的动态过程 有以下四种： （1）发散振荡过程 （2）等幅振荡过程 （3）单调过程（非周期过程） （4）衰减振荡过程
船舶电气与自动化 （船舶自动化）
第五章 反馈控制系统的基础知识
第一节 反馈控制系统的基本概念
一、反馈控制系统的组成
反馈控制系统对机器设备或生产过程参数的控 制过程实际上是直接模拟人的手动操作过程。 例1、辅锅炉水位自动控制系统 例2、主机冷却水温度自动控制系统
主机冷却水温度自动控制系统示意图
在自动控制过程中，由于不需要人来干预控制过程，因此 必须采用相应的自动化仪表来代替人的功能器官。比如可 用温度传感器和变送器来代替人的眼睛，随时测量冷却水 的实际温度并把该值送给调节器。调节器代替人的大脑， 并对冷却水实际温度进行分析和计算，然后输出控制信号 给执机构。执行机构代替人的双手，改变三通调节阀的开 度。不论是手动控制，还是自动控制，反馈的作用都是存 在的。我们把包含反馈作用的控制过程称为反馈控制过程 。
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自动化反馈控制系统的基本概念
主机冷却水温度自动控制系统示意图
自动化反馈控制系统的基本概念
在自动控制过程中，由于不需要人来干预控制过程，因此 必须采用相应的自动化仪表来代替人的功能器官。比如可 用温度传感器和变送器来代替人的眼睛，随时测量冷却水 的实际温度并把该值送给调节器。调节器代替人的大脑， 并对冷却水实际温度进行分析和计算，然后输出控制信号 给执机构。执行机构代替人的双手，改变三通调节阀的开 度。不论是手动控制，还是自动控制，反馈的作用都是存 在的。我们把包含反馈作用的控制过程称为反馈控制过程 。
自动化反馈控制系统的基本概念
n 调节器首先接收测量单元送来的被控量的测量 信号，并与被控量的给定值相比较得到偏差信 号，再根据偏差信号的大小和方向（正偏差还 是负偏差），依据某种调节作用规律输出一个 控制信号，对被控量施加控制作用，直到偏差 等于零或接近零为止。
在实际应用中，调节器一般有位式调节器、比 例调节器、比例积分调节器、比例微分调节器 和比例积分微分调节器等五种，根据控制对象
自动化反馈控制系统的基本概念
以上四个基本单元在组成反馈控制系统中是 缺一不可的。但对于一个完整的反馈控制系统， 一般还设有显示单元，用来指示被控量的给定值 和测量值。同时，对气动控制系统来说，应设有 气源装置和定值器；对电动控制系统尚需设稳压 电源等辅助装置。
自动化反馈控制系统的基本概念
二、自动控制系统传递方框图
道）的扰动。基本扰动通过调节通道影响被控量。 例如，在水位控制系统中，给水调节阀开度的改变 将引起水位的变化；在冷却水温度控制系统中，三 通调节阀开度的改变将引起水温的变化，等等。
自动化反馈控制系统的基本概念
外部扰动是指来自系统外部环境的扰动，外部扰动
通过扰动通道影响被控量。 例如，以锅炉为控制对象的水位控制系统，水位是 被控量，锅炉负荷（外部用汽量）的变化将引起水 位的变化；在柴油机气缸冷却水温度控制系统中， 水温是被控量，柴油机负荷的变化、海水温度的变 化、淡水冷却器中水管结垢的多少等都会引起冷却
自动化反馈控制系统的基本概念
（4）反馈
调节器的输出经执行机构改变控制强度，即 改变流入控制对象的物质或能量的流量，引 起被控量的变化（即系统输出变化），而系 统输出的变化经测量单元又送回到系统的输 入端，这个过程叫反馈。
水温度的变化。这种扰动是由于设备负荷或外界环 境的扰动变化而导致控制对象内部的能量平衡遭到
破坏而引起的。
自动化反馈控制系统的基本概念
（3）系统的输入与输出 前面提到的输入和输出的概念都是针对环节 而言的；若从系统的角度来看，作为一个整 体，系统具有两个输入，即设定值和外部扰 动，以及一个输出，即被控量。
水冷却器是控制对象，冷却水温度是被控量。 在柴油机转速自动控制系统中，柴油机是
控制对象，转速是被控量。
自动化反馈控制系统的基本概念
（2）测量单元 测量单元的作用：检测被控量的实际值，并
把它转换成标准的统一信号，该信号叫被控量的 测量值。
在气动控制系统中，其统一的标准气压信号 是0.02～0.1MPa；在电动控制系统中，其统一的 标准电流信号是0～10 mA或4～20mA。
任何环节输出量的变化均取决于输入量的变化 以及该环节的特性，而输出量的变化不会直接影响 输入量，这叫信号传递的单向性。
自动化反馈控制系统的基本概念
（2）扰动
控制对象作为反馈控制系统的组成环节，其输出量 是被控量，而引起被控量变化的因素统称为扰动。 扰动可分为两类：外部扰动、基本扰动。
基本扰动是指来自控制系统内部控制通道（调节通
•控制单 元
•A
•执行机 构
•测量单 元
•被控对象
•R(t)－设定值 z(t)－测量值 e(t)－偏差值 y(t)－被控量 q(t)－ 执行量 p(t)－ 控制量 d(t)－外部扰动值
•图5-2 反馈控制系统传递方框图
自动化反馈控制系统的基本概念
（1）环节
在控制系统传递方框图中，代表实际单元的每 个小方框称为一个环节。每个环节都有输入量和输 出量，并用带箭头的信号线来表示。其中箭头指向 该环节的信号线为输入量，箭头离开该环节的信号 线为输出量。
在温度自动控制系统中，测量单元采用温度 传感器和温度变送器；在压力自动控制系统中， 测量单元采用压力传感器和压力变送器；在锅炉 水位自动控制系统中，测量单元采用水位发讯器 （参考水位罐）和差压变送器。
自动化反馈控制系统的基本概念
（3）调节单元 调节单元是指具有各种调节作用规律的调节
器。把运行参数所希望控制的最佳值叫给定值， 用 r 表示；被控量的测量值用 z 表示。把被控 量的测量值偏离给定值的数量叫偏差值，用 e 表示,显然，e = r - z 。 若e ＞ 0，则说明测量值低于设定值，为正偏差； 若e ＜ 0，则说明测量值大于设定值，为负偏差； 若e ＝ 0，则说明测量值等于设定值，为无偏差。
组成一个反馈控制系统构。
自动化反馈控制系统的基本概念
（1）控制对象 控制对象是指所要控制的机器、设备或装
置。把所要控制的运行参数叫做被控量。 在锅炉水位自动控制系统中，锅炉是控制
对象，水位是被控量。 在柴油机冷却水温度自动控制系统中，淡
特性的不同及对被控量控制精度的要求，控制 系统可选用不同调节作用规律的调节器。
自动化反馈控制系统的基本概念
（4）执行机构
执行机构的输入量是调节单元输出的控制 信号，调节单元输出的控制信号一般都要经过 执行机构才能作用到控制对象上，从而改变流 入控制对象的物质或能量，使之能适应控制对 象的负荷变化。在气动控制系统中，执行机 构—般是气动薄膜调节阀或气动活塞式调节阀； 在电动控制系统中，一般采用伺服电机。
自动化反馈控制系统的 基本概念
2020/12/17
自动化反馈控制系统的基本概念
第五章 反馈控制系统的基础知识 第一节 反馈控制系统的基本概念
一、反馈控制系统的组成 反馈控制系统对机器设备或生产过程参数的控 制过程实际上是直接模拟人的手动操作过程。 例1、辅锅炉水位自动控制系统 例2、主机冷却水温度自动控制系统