自控原理第1章绪论.

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1、参考书:w 现代控制工程 （第三版） 【美】 Katsuhico Ogata 著 卢伯英 于海勋 等译 电子工业出版社 w Matlab/Simulink与控制系统仿真 王正林 王胜开 陈国顺 编 电子工业出版社 （2005）第1章 绪 论 1.1自动控制的概念自动控制的概念w 自动控制的目的自动控制的目的w 自动控制的含义自动控制的含义 一个正在进行的过程或一个正在运行一个正在进行的过程或一个正在运行的设备的设备, ,不需要人直接干预不需要人直接干预, ,能自动地按能自动地按预期要求进行的一切技术手段都称自动预期要求进行的一切技术手段都称自动控制。控制。 动态系统动态系统 性能指标：性能指标

2、：是表征过程进行或设备运行是表征过程进行或设备运行性能性能“优劣优劣”的评价函数。的评价函数。第1章 绪 论w 火电厂热工过程自动控制火电厂热工过程自动控制主要包括（1）自动检测：自动地检查和测量反映生产过程运行情况的各种物理量、化学量以及生产设备的工作状况，以监视生产过程的进行情况和趋势，称为自动检测。（2）顺序控制：根据预先拟定的程序和条件，自动地对设备进行一系列的操作，称为顺序控制。顺序控制也称自动操作，在发电厂中主要用于主机或辅机的启动和停止。（3）自动保护：在发生事故时，自动采取保护措施，以防止事故进一步扩大或保护生产设备使之不受严重破坏，称为自动保护。（4）自动调节：自动维持生产过

3、程在规定的工况下进行，称为自动调节。 1.2 反馈控制的原理反馈控制的原理 加热器出口温度人工手动控制加热器出口温度人工手动控制控制任务：在满足外界负荷（热水用户的控制任务：在满足外界负荷（热水用户的用水量）需要的前提下，希望将加热器出用水量）需要的前提下，希望将加热器出口水温度控制在预期要求的温度上口水温度控制在预期要求的温度上 w 常用术语 （1）被控对象：被控制的生产过程称为被控对象。如图1-1中的加热器。（2）被调量（被控参数）：表征生产过程是否符合规定工况的物理量称被调量或被控参数，如图1-1中的加热器出口水温度。（3）给定值：希望被调量维持的数值称为给定值或规定值。在很多情况下，给

4、定值是不变的，在有些情况下给定值是按一定要求变化的，例如升温、升压、升速等过程中，温度、压力和速度定值就应按要求改变。（4）扰动：引起被调量变化的各种原因都称为扰动。在图1-1中可能引起出口水温度变化的原因，如：热水用户的用水量（外界负荷），加热蒸汽流量，进水温度，蒸汽温度等变化都是扰动。常用术语常用术语（5）控制量控制量（或（或调节量调节量）：）：由控制（调由控制（调节）作用改变去节）作用改变去控制被调量变化控制被调量变化的物理量的物理量称控制量（或调节量），如图称控制量（或调节量），如图1-1中的蒸中的蒸汽流量。汽流量。（6）控制机构控制机构（调节机关调节机关）：）：接受控制接受控制（调节

5、）作用去改变控制量（调节量）的（调节）作用去改变控制量（调节量）的设备称控制（调节）机构，如图设备称控制（调节）机构，如图1-1中的中的蒸汽流量控制阀门。蒸汽流量控制阀门。 反馈控制反馈控制w 开环控制开环控制 信息传输没有构成闭合回路信息传输没有构成闭合回路 w 用上述术语来表示，用上述术语来表示，控制就是消除扰动控制就是消除扰动的影响，使被调量恢复到等于给定值的影响，使被调量恢复到等于给定值。w 反馈控制反馈控制 w 操作人员先从被控对象获得信息（被调操作人员先从被控对象获得信息（被调量的大小），经过判断、分析，确定控量的大小），经过判断、分析，确定控制作用又馈送到被控对象制作用又馈送到被

6、控对象 . w 闭环控制闭环控制 信息传输构成了一个闭合回路信息传输构成了一个闭合回路 开环控制开环控制w 开环控制开环控制 被控量对控制没有影响的系统。被控量对控制没有影响的系统。w 开环控制系统中，无需将被控量与给定值比较，开环控制系统中，无需将被控量与给定值比较，每个参考输入量，有一个固定的工作状态。比每个参考输入量，有一个固定的工作状态。比如洗衣机。如洗衣机。w 扰动出现时，便不能完成既定任务。扰动出现时，便不能完成既定任务。w 只有输入输出关系固定、无扰动的系统才能采只有输入输出关系固定、无扰动的系统才能采用。用。w 构造简单，容易维护，成本低，无稳定性问题。构造简单，容易维护，成本

7、低，无稳定性问题。w 洗衣机的输出品质洗衣机的输出品质: :衣服清洁程度衣服清洁程度.(.(开环开环?)?)开环与闭环系统实例开环与闭环系统实例定时开阀门定时开阀门w 稳定稳定?w 开环开环?闭环闭环?w 精度精度?开环与闭环系统实例开环与闭环系统实例w 闭环闭环?气动阀门气动阀门w 测量单元测量单元? w 控制器控制器?w 执行机构执行机构? w 扰动扰动?方框图方框图 图图1-2 1-2 加热器温度人工调节方框图加热器温度人工调节方框图 01Q2Q+-加热器加热器操作人员调节阀w 表示了在实现控制的过程中各个变量之表示了在实现控制的过程中各个变量之间的关系间的关系 . .负反馈 w 反馈控

8、制反馈控制: :消除被调量与给定值偏差消除被调量与给定值偏差. .w 控制作用正确方向是：被调量高于给定控制作用正确方向是：被调量高于给定值时值时, ,偏差为负偏差为负, ,控制作用应向减小方向控制作用应向减小方向; ; 被调量低于给定值被调量低于给定值, , 偏差为正偏差为正, ,控制作控制作用应向加大方向用应向加大方向. .因此因此控制作用的方向控制作用的方向与被调量的变化相反与被调量的变化相反. .气动阀门气动阀门调节过程与偏差调节过程与偏差 w 调节过程调节过程 从扰动产生（如用水量增加），使从扰动产生（如用水量增加），使被调量变化（出口水温度降低），操作人员被调量变化（出口水温度降低

9、），操作人员改变调节机关（开大调节阀开度）增加蒸汽改变调节机关（开大调节阀开度）增加蒸汽流量使被调量最终又回到给定值的过程流量使被调量最终又回到给定值的过程 。w 动态偏差动态偏差 在调节过程中，被调量暂时偏离给在调节过程中，被调量暂时偏离给定值定值 ，之差为动态偏差。，之差为动态偏差。w 过渡过程时间过渡过程时间 调节过程所经历的时间。调节过程所经历的时间。w 动态偏差的大小和过渡过程时间的长短取决动态偏差的大小和过渡过程时间的长短取决于操作人员的控制经验和水平，也取决于控于操作人员的控制经验和水平，也取决于控制作用对被调量影响的特性（对象特性）。制作用对被调量影响的特性（对象特性）。 加热

10、器自动控制加热器自动控制图图1-3a 加热器出口温度自动控制示意图加热器出口温度自动控制示意图 调 节 单 元调 节 阀蒸 汽1Q2Q液 体0执 行 器定 值 单 元测 量 单 元rb组成自动控制系统所需的设备组成自动控制系统所需的设备 （1）测量单元测量单元：用来测量被调量，并把被调量：用来测量被调量，并把被调量转换为与之成比例（或其他固定函数关系）转换为与之成比例（或其他固定函数关系）的某种便于传输和综合的信号。的某种便于传输和综合的信号。（2）给定单元给定单元：用来设定被调量的给定值，发用来设定被调量的给定值，发出与测量信号同一类型的给定值信号。出与测量信号同一类型的给定值信号。（3）调

11、节单元调节单元：接受被调量信号和给定值信号接受被调量信号和给定值信号比较后的偏差信号，发出一定规律的调节指比较后的偏差信号，发出一定规律的调节指令给执行器。令给执行器。 （4）执行器：执行器：根据调节单元送来的调节指令根据调节单元送来的调节指令去推动调节机构，改变调节量。去推动调节机构，改变调节量。 加热器自动控制系统方框图加热器自动控制系统方框图 图1-3b 加热器出口温度自动控制系统方框图 76543212Q1Qrbvye+-调节对象自动调节设备速度控制系统速度控制系统w 工作原理图工作原理图过程与思考过程与思考w 工作过程工作过程v 工作于希望速度工作于希望速度时，高压油不进入动力油缸时