第1章 轮机自动化基础PPT课件
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轮机自动化教程---轮机自动化基本概念
系统；空压机压力控制系统。
• （2）程序控制系统 • 特点：给定值按确定的规律随时间变化，即给定值是确
定的时间函数。
• 系统主要任务：使被控量跟随给定值的变化而变化。 • 实例：主机加速速率限制和程序负荷控制；
辅锅炉自动点火控制。
• （3）随动控制系统 • 特点：给定值随时间变化且无法预知变化规律，即给定
衰减振荡
•
Ψ=0
等幅振荡
•
Ψ<0
发散振荡
• 理想的衰减率
Ψ=0.75～0.9（即衰减比为4∶1～10：1）
结论：Ψ越大，稳定性越好。若Ψ=1，则稳定性最好， 但动态偏差较大、调节时间偏长。
• （2）超调量σp
•
定义： p
ymax y() 100 % y()
• σp越小，稳定性越好，反之亦然。
• 非周期过程的超调量： σp＝0
• 调节器接收测量单元送来的被控量的测量信号，并与
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，依据某种调节作用规律输出控制信号送至执 行机构，对被控对象施加调节作用。
• 给定值r：被控量所希望控制的最佳值。被控量的测
偏差值e：被控量的测量值和给定值的差值，即
e=r－z。
• e>0，称为正偏差； • e<0，称为负偏差； • e=0，称为无偏差。
——电、气、液动式自动控制系统。
• 〈2〉按被控参数的名称分类
——温度、压力、水位等自动控制系统。
• 〈3〉按仪表的结构形式分类
——基地式仪表；单元组合式仪表。
• 〈4〉按被控参数给定值的变化规律分类
•
定值控制系统
• 随动控制系统
• 程序控制系统
• （1）定值控制系统 • 特点： 给定值恒定不变。 • 系统主要任务：克服外部扰动影响，维持被控量不变。 • 实例： 主机冷却水温度控制系统；辅锅炉水位控制
• （2）程序控制系统 • 特点：给定值按确定的规律随时间变化，即给定值是确
定的时间函数。
• 系统主要任务：使被控量跟随给定值的变化而变化。 • 实例：主机加速速率限制和程序负荷控制；
辅锅炉自动点火控制。
• （3）随动控制系统 • 特点：给定值随时间变化且无法预知变化规律，即给定
衰减振荡
•
Ψ=0
等幅振荡
•
Ψ<0
发散振荡
• 理想的衰减率
Ψ=0.75～0.9（即衰减比为4∶1～10：1）
结论：Ψ越大，稳定性越好。若Ψ=1，则稳定性最好， 但动态偏差较大、调节时间偏长。
• （2）超调量σp
•
定义： p
ymax y() 100 % y()
• σp越小，稳定性越好，反之亦然。
• 非周期过程的超调量： σp＝0
• 调节器接收测量单元送来的被控量的测量信号，并与
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，依据某种调节作用规律输出控制信号送至执 行机构，对被控对象施加调节作用。
• 给定值r：被控量所希望控制的最佳值。被控量的测
偏差值e：被控量的测量值和给定值的差值，即
e=r－z。
• e>0，称为正偏差； • e<0，称为负偏差； • e=0，称为无偏差。
——电、气、液动式自动控制系统。
• 〈2〉按被控参数的名称分类
——温度、压力、水位等自动控制系统。
• 〈3〉按仪表的结构形式分类
——基地式仪表；单元组合式仪表。
• 〈4〉按被控参数给定值的变化规律分类
•
定值控制系统
• 随动控制系统
• 程序控制系统
• （1）定值控制系统 • 特点： 给定值恒定不变。 • 系统主要任务：克服外部扰动影响，维持被控量不变。 • 实例： 主机冷却水温度控制系统；辅锅炉水位控制
轮机自动化复习资料.ppt
Pmax-Pmin—调节器输出最大变化范围，即仪表的工作范围。
比例带PB
被控量相对其满量程的变化量 调节器输出量相对其满量程的变化量
例如PB=100%，说明被控量变化全量程的100%，即变化全量程， 调节器使调节阀开度变化全行程。
若PB=50%，说明பைடு நூலகம்控量变化全量程的一半，调节器就使调节阀开度 变化全行程。
A、0.55MPa C、0.65MPa
B、0.60MPa D、0.74MPa
调节器基本作用规律
比例 PB
PB e /( X max X min ) 100% P /( Pmax Pmin )
2024/10/10
例：一比例电动温度调节器，其量程是100-2000C，调 节器输出电流为0-10mA，当指示值从1400C变化到 1600C时，相应调节器输出电流从3 mA变化到8 mA， 则：
dh dt
|t 0
K
T
单容控制对象受到相同的阶跃扰动之后，知其飞升曲
线，通过比较可得其参数
h
K、F、T、R关系
例题
1 2
t
3.双位控制系统中，用YT-1226压力调节器
2024/10/10
P
PZ
PX
0.07 (0.25 0.07) x 10
例：在双位控制系统中，用YT-1226压力调节器检测压力 信号，若压力下限调在0.45MPa，幅差旋钮调在7格上， 则压力上限值是( )，其中幅差范围0.07~0.25MPa。
3%时，调节器输出立即从0.08MPa减小到0.068MPa，
8min后调节器输出降至0.044MPa，则该调节器的PB和
Ti分别是
A、PB=500%，Ti=8min
轮机自动化课件
一自动控制基础知识一、选择题1 不可作为气动或电动控制系统标准信号的有___B___。
A．0.02～0．1MPa B．0.02～0．1Pa C. 0～10mA D．4～20mA 2 一个环节的输出量变化取决于____A____。
A．输入量的变化 B．反馈量 C．环节特性 D．A+C3 在定值控制系统中为确保其精度，常采用____C____。
A．开环控制系统 B．闭环正反馈控制系统C．闭环负反馈控制系统 D．手动控制系统4 反馈控制系统中，若测量单元发生故障而无信号输出，这时被控量将____D___。
A．保持不变 B．达到最大值 C．达到最小值 D.不能自动控制5 对于自动控制系统，最不利的扰动形式是____A____。
A．阶跃输入 B．速度输入 C．加速度输入 D．脉冲输入6 在反馈控制系统中，调节单元根据____B____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7 按偏差控制运行参数的控制系统是____B____系统。
A．正反馈 B．负反馈 C．逻辑控制 D．随动控制8 一个控制系统比较理想的动态过程应该是____A____。
A．衰减振荡 B．等幅振荡 C．发散振荡 D．非周期过程9 在反馈控制系统中，为了达到消除静态偏差的目的，必须选用____B____。
A．正反馈 B. 负反馈C．在偏差大时用正反馈 D．在偏差值小时用负反馈10 在反馈控制系统中，执行机构的输入是____B____。
A．被控参数的实际信号 B. 调节器的输出信号C．被控参数的偏差信号 D．被控参数的给定信号11 反馈控制系统中，为使控制对象正常运行而要加以控制的工况参数是____B____。
A.给定值B.被控量C.扰动量D.反馈量12 气动控制系统中，仪表之间的统一标准气压信号是____A____A．0.02~0.1MPa B．0.2~1．0MPa C．0．02~0．14MPa D．0.2~1．4MPa 13 在柴油机冷却水温度控制系统中，其控制对象是____C____。
轮机自动化基础讲义
开环控制系统精度不高和适应性不强的主要原因是缺少从系统输出到输入的 反馈回路。若要提高控制精度，必须把输出量的信息反馈到输入端，通过比较输入 值与输出值，产生偏差信号，该偏差信号以一定的控制规律产生控制作用，逐步减 小以至消除这一偏差，从而实现所要求的控制性能。 控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程，既控制系统的 输出量对系统的控制作用有影响，即反馈(feedback)。因此，又称为反馈控制。 以液箱水位控制系统为例：
（4）脉冲输入：
1 r (t ) h 0
(0 t h ) (t 0, t h)
r (t ) A sin t （5）正弦输入： 其中，阶跃输入对系统的工作最为不利。 4．自动控制系统过渡过程的性能要求
方法：给系统施加阶跃输入，得到系统过渡过程曲线，分析系统过渡过程的各 项性能指标。 采用阶跃输入的原因： （1）信号的阶跃变化在实际中比较常见（近似的阶跃变化） ； （2）阶跃信号的数学处理比较简单； （3）阶跃输入对系统的工作最为不利。 一般说来，对系统品质指标的基本要求可以归纳为三个字：稳、准、快。评定 系统过渡过程性能指标的三个方面： （1）稳定性； （2）准确性； （3）快速性。 （1）稳定性：系统受到扰动之后能够恢复到稳定状态的能力。实际控制系统，至少 要求是率减过程或非周期过程，以率减为佳。 评定指标：衰减率 φ，衰减比N （a）定值控制系统：给定值不变，外部扰动发生阶跃变化； （b）随动控制系统：假定外部扰动不变，给定值阶跃变化。 （2）准确性：被控量偏离给定值的程度 评定指标： （a）定值控制系统：最大动态偏差emax；静态偏差Δys （b）随动控制系统：最大动态偏差emax；超调量δ；静态偏差Δys 。 （3）快速性： 评定指标：过渡过程时间 ts——从扰动发生到被控量又重新趋于稳定达到新的 平衡态所需的时间。
第1章 轮机自动化基础PPT课件
1）过渡过程评定指标
（1）稳定性：系统受到扰动之后能够恢复到稳定状态的能力。实 际控制系统，至少要求是率减过程或非周期过程，以率减为佳。
评定指标：衰减率 φ，衰减比N
（a）定值控制系统：给定值不变，外部扰动发生阶跃变化； fig.1-15◎
（b）随动控制系统：假定外部扰动不变，给定值阶跃变化。 fig.1-16 ◎
R
（1）阶跃输入： r(t)0 （2）速度输入 ：r(t)0Rt
(t 0) (t 0) (t 0) (t 0)
Fig.1-9◎ Fig.1-10◎
（3）加速度输入：r(t)
1 2 0
Rt2
(t 0) (t 0)
（4）脉冲输入：
1
r(t)
h
0
(0t h) (t 0,t h)
Fig.1-11◎ Fig.1-12◎
轮机自动化基础
•自动控制发展概况
• 公元前1400－1100 年，中国、埃及和 巴比伦相继出现自 动计时漏壶，人类 产生了最早期的控 制思想。
• 公元前300年秦昭王时，由李冰父子主持设计修 筑的著名水利工程都江堰，是一种液面控制， 是“系统”观念的杰出体现。
• 公元100年，亚历山大的希罗发明开闭庙 门和分发圣水的自动计时装置。
• 公元132年，中国科学家张衡（公元78~139）发 明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动 仪。
• 公元235年， 中国马钧研 制出用齿轮 传动的自动 指示方向的 指南车(司南 车）
另有发明 击鼓记里
• 公元1637年， 中国明代宋 应星所著 《天工开物》 记载有程序 控制思想的 提花织机结 构图。
若控制单元、测量单元和执行单元合为一体，则称为 基地式控制仪表；若三者分开，则称为组合式控制仪表。
（1）稳定性：系统受到扰动之后能够恢复到稳定状态的能力。实 际控制系统，至少要求是率减过程或非周期过程，以率减为佳。
评定指标：衰减率 φ，衰减比N
（a）定值控制系统：给定值不变，外部扰动发生阶跃变化； fig.1-15◎
（b）随动控制系统：假定外部扰动不变，给定值阶跃变化。 fig.1-16 ◎
R
（1）阶跃输入： r(t)0 （2）速度输入 ：r(t)0Rt
(t 0) (t 0) (t 0) (t 0)
Fig.1-9◎ Fig.1-10◎
（3）加速度输入：r(t)
1 2 0
Rt2
(t 0) (t 0)
（4）脉冲输入：
1
r(t)
h
0
(0t h) (t 0,t h)
Fig.1-11◎ Fig.1-12◎
轮机自动化基础
•自动控制发展概况
• 公元前1400－1100 年，中国、埃及和 巴比伦相继出现自 动计时漏壶，人类 产生了最早期的控 制思想。
• 公元前300年秦昭王时，由李冰父子主持设计修 筑的著名水利工程都江堰，是一种液面控制， 是“系统”观念的杰出体现。
• 公元100年，亚历山大的希罗发明开闭庙 门和分发圣水的自动计时装置。
• 公元132年，中国科学家张衡（公元78~139）发 明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动 仪。
• 公元235年， 中国马钧研 制出用齿轮 传动的自动 指示方向的 指南车(司南 车）
另有发明 击鼓记里
• 公元1637年， 中国明代宋 应星所著 《天工开物》 记载有程序 控制思想的 提花织机结 构图。
若控制单元、测量单元和执行单元合为一体，则称为 基地式控制仪表；若三者分开，则称为组合式控制仪表。
第一章(新) 轮机自动化基础 课件(武汉理工大学轮机工程)
ST
§1-2
1. 开环控制系统
自动控制的基本方式
Fig.1-1◎
控制系统的输出对系统的控制作用没有影响。 (1)按给定值进行控制 (2)按扰动补偿进行控制 2．闭环控制系统 Fig.1-2◎
控制系统的输出对系统的控制作用有影响，即控制器的输 出作用于控制对象，控制对象的输出（系统的输出）将送 回到控制器，控制器根据偏差进行控制。因此，又称为反 反 馈控制。 馈控制
ST
y
t 平衡状态 平衡 状态 过渡过程
fig.1-8 自动控制系统过渡过程曲线
ST
(a)
(b)
(c)
fig.1-14 过程曲线基本类型
(d)
ST
§1-4
自动控制的性能指标
3．自动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 ： Fig.1-9◎ Fig.1-10◎
机舱控 制室
主机组全气 遥控系统
§1-1
引言
所谓自动控制，是指在没有人参与的情况下利用控制器 使被控对象（即生产设备或生产过程）自动地按预定的规 律运行。包括参数控制和程序控制 例如： （1）锅炉水位和压力保持在规定的范围或设定值上； （2）船舶的舵角按发出的舵令变化； （3）柴油主机的起动按规定的操作规程进行； （4）分油机的排渣过程按预定的程序进行。
ST
V2
Q2
H F
V1 Q1
图1-1 液位控制系统示意图
ST
V2
+E
Q2
浮子
H 电动机 控制器 +E F
V1 Q1
图1-2 液位控制闭环系统示意图
ST
§1-2
3．复合控制
轮机自动化课件PPT课件
• 1-同步电机；2-传动轴；3,4-离合器；5-控制线圈；6-杠杆；7-铁芯；8-拉力 弹簧； 9,10-减速齿轮；1l-标度盘；12-爪形块；13-复位弹簧；14-锁紧螺母 第19页/共45页
（2）无触点的时序控制器
第20页/共45页
3、火焰感受器:
火焰。
（1) 光敏电阻：
小。
检测炉膛内是否有 光照越强，阻值越
使M4.0失电，M4.0触点断开，使T33断电，其触点因未达到闭合时间继续断开，维持
M1.0为断电状态。到46秒时，T34断开，风压保护I1.0己闭合，使M2.0仍有电。正常
点火时序控制结束。
第28页/共45页
•
如果点火时序控制从40秒时开始点火，延时时间超过7秒，光电池仍未感受到炉膛火
焰的照射，I2.7短开，M31.0失电，M31.2失电，M4.0得电，使M4.0触点一直保持闭
接线图
第25页/共45页
•
辅锅炉燃烧时序的PLC控制过程
• ⑴ 起动前的准备
• ① 合上总电源开关，控制电路接通电源。
• ② 若炉内水位低于危险低水位，I1.2断开，M8.0不 工作，锅炉无法自动起动。此时应将给水泵旋钮放 在“手动”位置，I0.2闭合，Q0.0闭合，起动水泵 向炉内供水，当水位上升到正常水位后，水泵旋钮 放在“停”位置，水泵停止工作。
第12页/共45页
•三、油轮辅锅炉蒸汽压力控制系统
•
油轮辅锅炉燃烧控制的特点：
两个控制回路：主调节回路（汽压控制回路）和副调节回路（空气量控制回 路）
第13页/共45页
•函数发生器：
• ——为了保证完全燃烧，需最佳风油比。 • 喷油量与空气压力之间的关系曲线：
第14页/共45页
（2）无触点的时序控制器
第20页/共45页
3、火焰感受器:
火焰。
（1) 光敏电阻：
小。
检测炉膛内是否有 光照越强，阻值越
使M4.0失电，M4.0触点断开，使T33断电，其触点因未达到闭合时间继续断开，维持
M1.0为断电状态。到46秒时，T34断开，风压保护I1.0己闭合，使M2.0仍有电。正常
点火时序控制结束。
第28页/共45页
•
如果点火时序控制从40秒时开始点火，延时时间超过7秒，光电池仍未感受到炉膛火
焰的照射，I2.7短开，M31.0失电，M31.2失电，M4.0得电，使M4.0触点一直保持闭
接线图
第25页/共45页
•
辅锅炉燃烧时序的PLC控制过程
• ⑴ 起动前的准备
• ① 合上总电源开关，控制电路接通电源。
• ② 若炉内水位低于危险低水位，I1.2断开，M8.0不 工作，锅炉无法自动起动。此时应将给水泵旋钮放 在“手动”位置，I0.2闭合，Q0.0闭合，起动水泵 向炉内供水，当水位上升到正常水位后，水泵旋钮 放在“停”位置，水泵停止工作。
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•三、油轮辅锅炉蒸汽压力控制系统
•
油轮辅锅炉燃烧控制的特点：
两个控制回路：主调节回路（汽压控制回路）和副调节回路（空气量控制回 路）
第13页/共45页
•函数发生器：
• ——为了保证完全燃烧，需最佳风油比。 • 喷油量与空气压力之间的关系曲线：
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轮机自动化1学习.pptx
(2) 输入输出特性接近线性: (3) 电阻率低（为铂电阻的1/6），体积较大 (Cu50, Cu100) (4) 高温易被氧化，易被腐蚀 (5) 测量精度低于铂电阻：-50~50℃: ±0.5℃、50~150℃: ±1% 应用：小温度范围，测量精度要求不高，没有浸蚀性介质，代替铂
第7页/共34页
一、温度传感器
(2) 输入输出特性接近线性 (3) 测量精度高：<0℃: ±1℃、
0~100℃: ±0.5℃、 100~650℃: ±0.5% (4) 贵重金属，成本较高 应用：标准温度计，高精度工业测温
第6页/共34页
一、温度传感器
1、热电阻式温度传感器
(2) 铜电阻(Cu)
构成：金属铂丝(0.02~0.07mm)绕制成线圈 特点：(1) 易于提纯，在-50 ~ 150℃范围内性能稳定，价格低
容积式流量传感器 电磁式流量传感器 差压式流量传感器
1、容积式流量传感 第27页/共34页
四、流量传感器
2、电磁式流量传感器
第28页/共34页
四、流量传感器
3、差压式流量传感器
第29页/共34页
四、流量传感器
3、差压式流量传感器
第30页/共34页
五、转速传感器
常见的转速传感器：
测速发电机 磁脉冲式转速传感器
2、热电偶式温度传感器
原理：热电效应（塞贝克效应、 Seebeck effect）。即两种不同性质的导体A、B组成闭合回 路，当导体的节点两端处于不同的温度时，两者之间将产生一热电势，热电势大小与两端温差成 正比。
第8页/共34页
一、温度传感器
2、热电偶式温度传感器
冷端温度补偿：电桥补偿法 适用场合：高温，如主机排气温度的检测
第7页/共34页
一、温度传感器
(2) 输入输出特性接近线性 (3) 测量精度高：<0℃: ±1℃、
0~100℃: ±0.5℃、 100~650℃: ±0.5% (4) 贵重金属，成本较高 应用：标准温度计，高精度工业测温
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一、温度传感器
1、热电阻式温度传感器
(2) 铜电阻(Cu)
构成：金属铂丝(0.02~0.07mm)绕制成线圈 特点：(1) 易于提纯，在-50 ~ 150℃范围内性能稳定，价格低
容积式流量传感器 电磁式流量传感器 差压式流量传感器
1、容积式流量传感 第27页/共34页
四、流量传感器
2、电磁式流量传感器
第28页/共34页
四、流量传感器
3、差压式流量传感器
第29页/共34页
四、流量传感器
3、差压式流量传感器
第30页/共34页
五、转速传感器
常见的转速传感器：
测速发电机 磁脉冲式转速传感器
2、热电偶式温度传感器
原理：热电效应（塞贝克效应、 Seebeck effect）。即两种不同性质的导体A、B组成闭合回 路，当导体的节点两端处于不同的温度时，两者之间将产生一热电势，热电势大小与两端温差成 正比。
第8页/共34页
一、温度传感器
2、热电偶式温度传感器
冷端温度补偿：电桥补偿法 适用场合：高温，如主机排气温度的检测
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轮机自动化基础
•自动控制发展概况
• 公元前1400－1100 年，中国、埃及和 巴比伦相继出现自 动计时漏壶，人类 产生了最早期的控 制思想。
• 公元前300年秦昭王时，由李冰父子主持设计修 筑的著名水利工程都江堰，是一种液面控制， 是“系统”观念的杰出体现。
• 公元100年，亚历山大的希罗发明开闭庙 门和分发圣水的自动计时装置。
ST
V2 Q2
H F
V1 Q1
图1-1 液位控制系统示意图
ST
V2 +E
Q2 浮子
电动机 控制器 +E
H F
V1 Q1
图1-2 液位控制闭环系统示意图
ST
§1-2 自动控制的基本方式
3．复合控制
Fig.1-3◎
在一个控制系统中同时采用开环控制和闭环控制。
开环控制——粗调
闭环控制——细调
ST
前馈 装置
土卫六探测器（欧盟，2005年）
“作为技术科学的控制论，对工程技术、
生物和生命现象的研究和经济科学，以及
对社会研究都有深刻的意义，比起相对论
和量子论对社会的作用有过之无不及．我
们可以毫不含糊地说从科学理论的角度来
看，二十世纪上半叶的三大伟绩是相对论、
量子论和控制论，也许可以称它们为三项
科学革命，是人类认识客观世界的三大飞
第一颗人造卫星（苏联，1957年）
第一颗载人飞船（苏联，1961年）
人类首次登上月球（美国，1969年）
首架航天飞机（美国，1981年）
首次冲出太阳系（美国，1989年）
仿人机器人（日本，2001年）
神州五号载人航天成功（中国，2003年）
勇气号、机遇号火星探测器（美国，2004年）
2. 控制器（或称调节器）：根据偏差按一定规律输出控制量， 送至执行机构。它有两个输入，即设定值输入和测量值输 入。偏差=设定值－测量值
3. 3. 执行器（执行机构）：接受控制器送来的控制信号，驱 动调节机构，作用于被控对象。
4. 4. 测量变送器（测量单元）：将被控对象的物理输出量， 即 被控量转换为标准信号输出（也称测量输出），送到调 节器，作为反馈信号。
• 公元1788年，英国人J.Watt用离心式调速 器控制蒸汽机的速度，由此产生了第一次
工业革命。
• 维纳，MIT教授，曾 于1936年到清 二战期间参与火炮控 制研究，提炼出负反 馈概念。 1948年，维纳所 著《控制论》的出版， 标志着这门学科的正 式诞生。
ST
§1-2 自动控制的基本方式
1. 开环控制系统
Fig.1-1◎
控制系统的输出对系统的控制作用没有影响。
(1)按给定值进行控制
(2)按扰动补偿进行控制
2．闭环控制系统
Fig.1-2◎
控制系统的输出对系统的控制作用有影响，即控制器的输
出作用于控制对象，控制对象的输出（系统的输出）将送 回到控制器，控制器根据偏差进行控制。因此，又称为反 馈控制。
跃。”
——钱学森
船舶自动化发展史
1960年以前，单个装置自动化 60年代至70年代，实现了机舱集中监视、遥控和无人机舱 70年代以后，由于计算机电子设计、制造与应用技术的日 益成熟，应用电子计算机在驾驶、机舱和装货等各方面实 现全盘控制 未来的船舶自动化，用智能化的计算机进行全船智能管理， 其运行可靠，能预先检测故障，确定预防保养和维修，保 证安全、经济地操作。
• 公元132年，中国科学家张衡（公元78~139）发 明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动 仪。
• 公元235年， 中国马钧研 制出用齿轮 传动的自动 指示方向的 指南车(司南 车）
另有发明 击鼓记里
• 公元1637年， 中国明代宋 应星所著 《天工开物》 记载有程序 控制思想的 提花织机结 构图。
• 根据自动控制理论的内容和发展的不 同阶段，控制理论可分为“经典控制 理论”和“现代控制理论”两大部分。 “经典控制理论”的内容是以传递 函数为基础，以频率法和根轨迹法作 为分析和综合系统基本方法，主要研 究单输入，单输出这类控制系统的分 析和设计问题。
• “现代控制理论”是在“经典控制理论” 的基础上，于60年代以后发展起来的。它 的主要内容是以状态空间法为基础，研究 多输入，多输出、时变参数、分布参数、 随机参数、非线性等控制系统的分析和设 计问题。最优控制、最优滤波、系统辨识、 自适应控制等理论都是这一领域重要的研 究课题，近代计算机技术和现代应用数学 的结合，又使现代控制理论在大系统理论 和模仿人类智能活动的人工智能控制等诸 多领域有了重大发展。
控制论的奠基人
美国科学家维纳 （Wiener,N.， 1894~1964）
1954年，我国科学家钱学
森在美国运用控制论思想和 方法，用英文出版《工程控 制论》，首先把控制论推广 到工程技术领域。
“工程控制论是关于工程技术领域各个系统自动控制和 自动调节的理论。维纳博士40年代提示了控制论的基本思 想后，不少工程师和数学博士曾努力寻找通往这座理论顶 峰的道路，但均半途而废。工程师偏重于实践，解决具体 问题，不善于上升到理论高度；数学家则擅长于理论分析 ，却不善于从一般到个别去解决实际问题。钱学森则集中 两者优势于一身，高超地将两只轮子装到一辆战车上，碾 出了工程控制论研究的一条新途径。”
机舱控 制室
主机组全气 遥控系统
§1-1 引言
所谓自动控制，是指在没有人参与的情况下利用控制器 使被控对象（即生产设备或生产过程）自动地按预定的规 律运行。包括参数控制和程序控制 例如： （1）锅炉水位和压力保持在规定的范围或设定值上； （2）船舶的舵角按发出的舵令变化； （3）柴油主机的起动按规定的操作规程进行； （4）分油机的排渣过程按预定的程序进行。
给定 +信号
控制 装置
扰动 补偿
执行 机构
反馈 装置
外部 扰动
控制 被控量 对象
fig.1-3 复合控制系统结构方框图
ST
§1-3 反馈控制系统的概念
1. 反馈控制系统的组成◎ 2. 反馈控制系统的结构方框图◎ 3. 反馈控制系统的分类◎
ST
1. 反馈控制系统的组成
Fig.1-5a◎
1. 控制对象：被控制的设备或过程（冷却器）。系统的输出 就是指被控对象的输出（或称被控量）。
ST
手动控制过程
主 机
•自动控制发展概况
• 公元前1400－1100 年，中国、埃及和 巴比伦相继出现自 动计时漏壶，人类 产生了最早期的控 制思想。
• 公元前300年秦昭王时，由李冰父子主持设计修 筑的著名水利工程都江堰，是一种液面控制， 是“系统”观念的杰出体现。
• 公元100年，亚历山大的希罗发明开闭庙 门和分发圣水的自动计时装置。
ST
V2 Q2
H F
V1 Q1
图1-1 液位控制系统示意图
ST
V2 +E
Q2 浮子
电动机 控制器 +E
H F
V1 Q1
图1-2 液位控制闭环系统示意图
ST
§1-2 自动控制的基本方式
3．复合控制
Fig.1-3◎
在一个控制系统中同时采用开环控制和闭环控制。
开环控制——粗调
闭环控制——细调
ST
前馈 装置
土卫六探测器（欧盟，2005年）
“作为技术科学的控制论，对工程技术、
生物和生命现象的研究和经济科学，以及
对社会研究都有深刻的意义，比起相对论
和量子论对社会的作用有过之无不及．我
们可以毫不含糊地说从科学理论的角度来
看，二十世纪上半叶的三大伟绩是相对论、
量子论和控制论，也许可以称它们为三项
科学革命，是人类认识客观世界的三大飞
第一颗人造卫星（苏联，1957年）
第一颗载人飞船（苏联，1961年）
人类首次登上月球（美国，1969年）
首架航天飞机（美国，1981年）
首次冲出太阳系（美国，1989年）
仿人机器人（日本，2001年）
神州五号载人航天成功（中国，2003年）
勇气号、机遇号火星探测器（美国，2004年）
2. 控制器（或称调节器）：根据偏差按一定规律输出控制量， 送至执行机构。它有两个输入，即设定值输入和测量值输 入。偏差=设定值－测量值
3. 3. 执行器（执行机构）：接受控制器送来的控制信号，驱 动调节机构，作用于被控对象。
4. 4. 测量变送器（测量单元）：将被控对象的物理输出量， 即 被控量转换为标准信号输出（也称测量输出），送到调 节器，作为反馈信号。
• 公元1788年，英国人J.Watt用离心式调速 器控制蒸汽机的速度，由此产生了第一次
工业革命。
• 维纳，MIT教授，曾 于1936年到清 二战期间参与火炮控 制研究，提炼出负反 馈概念。 1948年，维纳所 著《控制论》的出版， 标志着这门学科的正 式诞生。
ST
§1-2 自动控制的基本方式
1. 开环控制系统
Fig.1-1◎
控制系统的输出对系统的控制作用没有影响。
(1)按给定值进行控制
(2)按扰动补偿进行控制
2．闭环控制系统
Fig.1-2◎
控制系统的输出对系统的控制作用有影响，即控制器的输
出作用于控制对象，控制对象的输出（系统的输出）将送 回到控制器，控制器根据偏差进行控制。因此，又称为反 馈控制。
跃。”
——钱学森
船舶自动化发展史
1960年以前，单个装置自动化 60年代至70年代，实现了机舱集中监视、遥控和无人机舱 70年代以后，由于计算机电子设计、制造与应用技术的日 益成熟，应用电子计算机在驾驶、机舱和装货等各方面实 现全盘控制 未来的船舶自动化，用智能化的计算机进行全船智能管理， 其运行可靠，能预先检测故障，确定预防保养和维修，保 证安全、经济地操作。
• 公元132年，中国科学家张衡（公元78~139）发 明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动 仪。
• 公元235年， 中国马钧研 制出用齿轮 传动的自动 指示方向的 指南车(司南 车）
另有发明 击鼓记里
• 公元1637年， 中国明代宋 应星所著 《天工开物》 记载有程序 控制思想的 提花织机结 构图。
• 根据自动控制理论的内容和发展的不 同阶段，控制理论可分为“经典控制 理论”和“现代控制理论”两大部分。 “经典控制理论”的内容是以传递 函数为基础，以频率法和根轨迹法作 为分析和综合系统基本方法，主要研 究单输入，单输出这类控制系统的分 析和设计问题。
• “现代控制理论”是在“经典控制理论” 的基础上，于60年代以后发展起来的。它 的主要内容是以状态空间法为基础，研究 多输入，多输出、时变参数、分布参数、 随机参数、非线性等控制系统的分析和设 计问题。最优控制、最优滤波、系统辨识、 自适应控制等理论都是这一领域重要的研 究课题，近代计算机技术和现代应用数学 的结合，又使现代控制理论在大系统理论 和模仿人类智能活动的人工智能控制等诸 多领域有了重大发展。
控制论的奠基人
美国科学家维纳 （Wiener,N.， 1894~1964）
1954年，我国科学家钱学
森在美国运用控制论思想和 方法，用英文出版《工程控 制论》，首先把控制论推广 到工程技术领域。
“工程控制论是关于工程技术领域各个系统自动控制和 自动调节的理论。维纳博士40年代提示了控制论的基本思 想后，不少工程师和数学博士曾努力寻找通往这座理论顶 峰的道路，但均半途而废。工程师偏重于实践，解决具体 问题，不善于上升到理论高度；数学家则擅长于理论分析 ，却不善于从一般到个别去解决实际问题。钱学森则集中 两者优势于一身，高超地将两只轮子装到一辆战车上，碾 出了工程控制论研究的一条新途径。”
机舱控 制室
主机组全气 遥控系统
§1-1 引言
所谓自动控制，是指在没有人参与的情况下利用控制器 使被控对象（即生产设备或生产过程）自动地按预定的规 律运行。包括参数控制和程序控制 例如： （1）锅炉水位和压力保持在规定的范围或设定值上； （2）船舶的舵角按发出的舵令变化； （3）柴油主机的起动按规定的操作规程进行； （4）分油机的排渣过程按预定的程序进行。
给定 +信号
控制 装置
扰动 补偿
执行 机构
反馈 装置
外部 扰动
控制 被控量 对象
fig.1-3 复合控制系统结构方框图
ST
§1-3 反馈控制系统的概念
1. 反馈控制系统的组成◎ 2. 反馈控制系统的结构方框图◎ 3. 反馈控制系统的分类◎
ST
1. 反馈控制系统的组成
Fig.1-5a◎
1. 控制对象：被控制的设备或过程（冷却器）。系统的输出 就是指被控对象的输出（或称被控量）。
ST
手动控制过程
主 机