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1、工业自动控制技术材料科学与工程专业教师:竺培显绪 论工工 业业 自自 动动 化：化：是采用各种自动检测仪器、控制是采用各种自动检测仪器、控制 仪表、显示仪表、及计算机等自动化仪表或装置，对整仪表、显示仪表、及计算机等自动化仪表或装置，对整 个生产过程进行自动检测、监督和控制，以实现各种最个生产过程进行自动检测、监督和控制，以实现各种最优控制和经济指标。优控制和经济指标。自动控制的目的：自动控制的目的：保证生产的质量和产量，提高经济保证生产的质量和产量，提高经济效率和劳动生产率，节约能源，改善劳动条件，保证生效率和劳动生产率，节约能源，改善劳动条件，保证生产安全，保护环境，减少污染等。产安全，保
2、护环境，减少污染等。工业自动化的发展历史一一 仪表化与局部自动化（仪表化与局部自动化（5060年代）阶段年代）阶段二二 综合自动化（综合自动化（6070年代）阶段年代）阶段三三 全盘自动化（全盘自动化（70年代中期至今）阶段年代中期至今）阶段本课 程学习目的 1 了解工业自动化的基础知识，理解自动控制系的组了解工业自动化的基础知识，理解自动控制系的组 成、基本原理及各环节的作用；成、基本原理及各环节的作用；2 能了解工业过程控制对象的基本特性及其对控制过程能了解工业过程控制对象的基本特性及其对控制过程 的影响；的影响；3 了解基本控制规律及其控制器参数与被控制过程的控了解基本控制规律及其控制器
3、参数与被控制过程的控 制质量之间的关系；制质量之间的关系；4 了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基了解主要工艺参数（温度、压力、流量及物位）的基 本测量方法和仪表的工作原理及其特点，在未来的生本测量方法和仪表的工作原理及其特点，在未来的生 产控制、管理和调度中，能正确地选用和使用常见的产控制、管理和调度中，能正确地选用和使用常见的 测量仪表和控制装置，初步掌握自动控制系统的投运测量仪表和控制装置，初步掌握自动控制系统的投运 及控制器的参数整定。及控制器的参数整定。自动控制系统的第一章 基础知识 第一节第一节 自动控制的任务和内容自动控制的任务和内容 1、自动检测、自动检测 自动检测系
4、统：自动检测系统：利用各种检测仪表对利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测主要工艺参数进行测量、指示或记录，量、指示或记录，起起到人的眼睛作用到人的眼睛作用 检测检测仪仪表：表：流量计、流量计、压力表、测温表、记压力表、测温表、记录仪录仪图图1-1 热交换器自动检测系统示意图热交换器自动检测系统示意图2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自
5、动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操
6、纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。4 4 自动控制系统：自动控制系统：利用各种自动化装置（仪表），对生产利用各种自动化装置（仪表），对生产 过程中某些重要工艺变量进行自动控制，是过程中某些重要工艺变量进行自动控制，是 被控制变量在受外界干扰而偏离正常给定值被控制变量在受外界干扰而偏离正常给定值 后，能自动地克服各种扰动作用的影响，并后，能自动地克服各种扰动作用的影响，并
7、不断调节，使被控制变量回到给定范围内。不断调节，使被控制变量回到给定范围内。2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地
8、投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。自动控制系统的任务：使加工过程生产设备的工艺参数使加工过程生产设备的工艺参数自动维持在给定值的范围内，使生产自动维持在给定值的范围内，使生产设备保持在一个稳定、安全、经济、设备保持在一个稳定、安全、经济、快捷快捷的最佳运动状态。的最佳运动状态。2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自
9、动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。第二节 自动控制系统的组成方法一：方法一：人工控制人工控制方法二：方法二：自动控制自动控制实现对工实现对工业生产过业生产过程工艺参程工艺参数控制数控制2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信
10、号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。ab图图1-2 液位人工控制液位人工控制 首先首先通过眼睛通过眼睛观察观察到液到液位仪表的指示值，位仪表的指示值，再再通过通过大脑大脑计算计算出液位示值与工出液位示值与工艺规定值之间的差值，
11、根艺规定值之间的差值，根据偏差值的大小和方向发据偏差值的大小和方向发出相应的出相应的操作命令操作命令，手，手操操作作开启或者关闭阀门的开开启或者关闭阀门的开度。度。2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周
12、期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。动地投入运行或自动停车。观测观测判断判断指令指令操作操作自动控制自动控制2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动
13、地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。图图1-3 液位自动控制系统液位自动控制系统人眼人眼观察察检测变送器送器 控制器控制器 执行器行器人脑判断人脑判断人工操作人工操作 自动控制装置自动控制装置（或仪表）的组成（或仪表）的组成测量变送器测量变送器控制器控制器执行器执行器2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就
14、自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。被控制对象被控制对象（生产设备）（生产设备）自自动动控控制制系系统统组组成成自动化仪表自动化仪表反应器、加热炉反应器、加热炉 、换热器、换热器、加加工机器、工机器、风机、风机、水泵、水泵、压力罐压力罐 、管路、管路
15、、冷却、冷却器、器、锅炉锅炉测量变送仪表、测量变送仪表、控制仪表、执行控制仪表、执行器、显示仪表、器、显示仪表、计算仪表、转换计算仪表、转换器、其他辅助仪器、其他辅助仪表仪器表仪器2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备
16、进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。第三节自动控制系统控制流程图与方框图第三节自动控制系统控制流程图与方框图1 1自动控制系统的工艺控制流程图自动控制系统的工艺控制流程图 储液罐自动液位储液罐自动液位控制系统工艺流程图控制系统工艺流程图图图1-4 自动控制系统示意图自动控制系统示意图2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系
17、统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。1.11.1图形符号图形符号1）测量点（检出点、取样点）测量点（检出点、取样点）2）连接线连接线是由工艺设备轮廓线或工艺是由工艺设备轮廓线或工艺管线引到仪表圆圈的连接线管线引到仪表圆圈的连接线的起点，一般无特定的
18、图形的起点，一般无特定的图形符号。符号。通用的仪表信号通用的仪表信号均以细实线表示均以细实线表示图图1-5 测量点的一般表示方法测量点的一般表示方法图图1-6 连接线的表示法连接线的表示法2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对
19、生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。3）常用的图形符号表表1-1 自控系统常用的图形符号自控系统常用的图形符号2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的
20、步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。1.21.2字母代号字母代号用来表示仪表的小圆圈的上半圆内，一般写有两位（或用来表示仪表的小圆圈的上半圆内，一般写有两位（或两位以上）字母，第一位字母表示被测变量，后继字母两位以上）字母，第一位字母表示被测变量，后继字母表示仪表的功能表示仪表的功能表表1-2 自控系统常用被测变量及仪表功能字母代号自控系统常用被测变量及仪表功能字母代号2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和
21、联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。1.3仪表位号用阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，第一位表示工用
22、阿拉伯数字编号写在圆圈的下半部，第一位表示工段号，后继数字表示仪表序号。段号，后继数字表示仪表序号。图图1-7 压力指示仪表压力指示仪表 图图1-8 温度记录控制仪表温度记录控制仪表 在在1工工段、第段、第21号表号表 在在1工工段、第段、第41号表号表2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根
23、据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。图图1-9a、b 自控原理图自控原理图图图1-9b、c 自控工艺控制流程图自控工艺控制流程图2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取
24、措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。2 2 自动控制系统的方框图和常用术语自动控制系统的方框图和常用术语 用一个长方块代表自动控制系统中的一个组成环节用一个长方块代表自动控制系统中的一个组成环节 用一条带有单向箭头线连接两个方块之间，表示两用一条带有单向箭头线连接两个方块之间，表示两 环节信号联系和传递方向（不代表工艺流程或物料
25、环节信号联系和传递方向（不代表工艺流程或物料 的流动方向）。的流动方向）。2.1 2.1 自动控制系统方框图自动控制系统方框图图图1-10 换热器带控制点换热器带控制点 工艺流程图工艺流程图图图1-11 简单控制系统方框图简单控制系统方框图2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步
26、骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。被控对象：被控对象：生产设备、加工机器生产设备、加工机器 被控变量被控变量y：被控过程的输出变量：被控过程的输出变量 干扰变量干扰变量f：引起波动的外来各种输入参数引起波动的外来各种输入参数 操纵变量操纵变量q：使被控量：使被控量y回到预期值的输入参数回到预期值的输入参数，执行器的操作参数量执行器的操作参数量 给定值给定值X：希望保持被控变量的最佳工艺希望保持被控变量的最佳工艺
27、 参数的预期值参数的预期值 偏偏 差差 e：给定值给定值X与测量值的比较结果与测量值的比较结果 反反 馈：馈：把输出信号引回到输入端进行把输出信号引回到输入端进行 比较的过程比较的过程自动控制系统是一个具有被控变量负反馈的闭环自动控制系统是一个具有被控变量负反馈的闭环控制系统。控制系统。2.2 2.2 自动控制系统常用术语自动控制系统常用术语2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人
28、员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。第四节自动控制系统的分类1 1控制系统的基本结构形式分类控制系统的基本结构形式分类 开环控制系统就是把控制信号从一个环节送到开环控制系统就是把控制信号从一个环节送到另一个环节，而系统的被控对象不引回信号反馈到另一个环节，而系统的被控对象不引回信号反馈到输入端进行比较，还构成闭
29、合回路的工作系统。输入端进行比较，还构成闭合回路的工作系统。2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停
30、车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。a定值控制定值控制 按按设定值进行控制设定值进行控制图图 1-12按设定值而控制的开环系统按设定值而控制的开环系统图图 1-13按扰动量而控制的开环系统按扰动量而控制的开环系统b按扰动量控制按扰动量控制 当扰动出现时，当扰动出现时，操作量随之变化操作量随之变化2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自
31、动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。闭环控制系统闭环控制系统.或反馈或反馈控制系统：它是按系统的偏控制系统：它是按系统的偏差进行控制，从各环节信号差进行控制，从各环节信号的传递关系而言，它们构成的传递关系而言，它们构成了一个闭合回路，输出端被了一个闭合回路，输出端被控变量的信号是经过反馈环控变量的信号是经过反馈环节变回到系统输入端控制器节变回到系统输入端
32、控制器上的，所以闭环控制也就是上的，所以闭环控制也就是反馈控制。反馈控制。图图1-14 换热器带换热器带控制点工艺流程图控制点工艺流程图2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤
33、，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。2 2按被控变量的给定值是否变化分类按被控变量的给定值是否变化分类 1）定值控制系统：定值控制系统：被控变量的设定值保持恒定不变的控被控变量的设定值保持恒定不变的控 制系统；制系统；2）随动控制系统：随动控制系统：被控变量的设定值是不可预测和随机被控变量的设定值是不可预测和随机 变化的系统。要求输出被控变量准确、快速地跟踪输变化的系统。要求输出被控变量准确、快速地跟踪输 入给定值；入给定值；3）程序控制系统：程序控制系统：被控变量的设定值是一个按已知确定被控变量的设定值是一个按已
34、知确定 的时间函数变化，是按规定时间程序变化系统。的时间函数变化，是按规定时间程序变化系统。2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，
35、将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。第五节第五节自动控制系统的过渡与质量指标自动控制系统的过渡与质量指标1 1自动控制系统的过渡过程自动控制系统的过渡过程 2 过渡过程过渡过程被控变量从变化到稳定的整个调被控变量从变化到稳定的整个调节过程，即是从一个平衡到另一个平衡态的动态变化节过程，即是从一个平衡到另一个平衡态的动态变化过程。过程。1）系统的静态与动态系统的静态与动态 静态静态系统被控变量不随时间变化的平衡稳态而静态是系统被控变量不随时间变化的平衡稳态而静态是相对的，暂时的，有条件的相对的，暂时的，有条件的 静态静态不是不是生产状态禁止，生产状态禁止，不是
36、不是系统的能量或物料停止传递系统的能量或物料停止传递（或为零）。（或为零）。动态动态被控变量随时间不断变化的不平衡状态，动态是绝被控变量随时间不断变化的不平衡状态，动态是绝对的、普遍的、无条件的、客观存在的、不可避免的。对的、普遍的、无条件的、客观存在的、不可避免的。2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停
37、车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。干扰信号的形式干扰信号的形式 典型试验干扰信号：阶跃信号、斜坡信号、正弦波典型试验干扰信号：阶跃信号、斜坡信号、正弦波信号、脉冲信号信号、脉冲信号2 2）自动控制系统的过渡过程自动控制系统的过渡过程图图1-14 阶跃信号阶跃信号图图1-15 斜坡信号斜坡信号图图1-16 正弦波信号正弦波信号图图1-17 脉冲信号脉冲信号2 2 自动信号和联锁保护系统
38、：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。控制系统过渡过程的几种形式控制系统过渡过程的几种形
39、式图图1-18 自动控制系统过渡过程的五种形式自动控制系统过渡过程的五种形式a 单调发散单调发散b发散振荡发散振荡c等幅振荡等幅振荡d单调衰减单调衰减e衰减振荡衰减振荡2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期
40、性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。a a非周期单调发散过程：非周期单调发散过程：b b发散振荡过程：发散振荡过程：c c等幅振荡过程：等幅振荡过程：d d非周期衰减过程：非周期衰减过程：e e衰减振荡过程：衰减振荡过程：控制系统过渡的三种状态：控制系统过渡的三种状态：发散型发散型不稳定过程；不稳定过程；等幅振荡型等幅振荡型一般为不稳过渡；一般为不稳过渡；衰减型衰减型稳定过渡。稳定过渡。2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对
41、工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。2 自动控制系统的质量指标 控制系统的过渡过程是衡量自动控制系统质控制系统的过渡过程是衡量自动控制系统质量的重要依据。
42、量的重要依据。稳稳 动态过程的振荡倾向和系统重新恢复平动态过程的振荡倾向和系统重新恢复平 衡工作状态的能力衡工作状态的能力快快动态过渡过程进行的时间长短动态过渡过程进行的时间长短准准系统过渡到新的平衡工作状态或受干扰重系统过渡到新的平衡工作状态或受干扰重 恢复平衡后，最终保持的精度。恢复平衡后，最终保持的精度。2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3
43、自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。图图1-19 衰减振荡控制过程质量指标示意图衰减振荡控制过程质量指标示意图质量指标质量指标最大偏差最大偏差A A（或超调量（或超调量B B）：偏）：偏离给定值的最大差值离给定值的最大差值 超调量超调量B=A-CB=A-C 余差余差C C：被控变量重新稳定值：被控变量重新稳定值与给定值之差与给定值之差 C=y
44、C=y（）y y（0 0）衰减比衰减比n n：第一个波峰值与同：第一个波峰值与同方向上的第二个波峰值比方向上的第二个波峰值比 过渡时间过渡时间t t0 0 ：从干扰作用发生时刻起，到系统重新建立新的平衡止。：从干扰作用发生时刻起，到系统重新建立新的平衡止。振荡周期振荡周期T T：过渡过渡过程同向两波峰之间的间隔时间过程同向两波峰之间的间隔时间 上升时间上升时间tptp：在干扰作用后，开始变化达到第一波峰在干扰作用后，开始变化达到第一波峰最大值时所经过的时间。最大值时所经过的时间。2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许
45、的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。例：某换热器的温度控例：某换热器的温度控制系统在单位阶跃干扰制系统在单位阶跃干扰作用下的过渡过程曲线作用下的过渡过程曲线如图所示。试分别
46、求出如图所示。试分别求出最大偏差、余差、衰减最大偏差、余差、衰减比、振荡周期和过渡时比、振荡周期和过渡时间。（已知给定值为间。（已知给定值为200）图图1-20 温度控制系统过渡过程曲线温度控制系统过渡过程曲线2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据
47、预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。解：解：最大偏差最大偏差A=230-200=30 余差余差C=205-200=5 第一波峰值第一波峰值B=230-205=25 第二波峰值第二波峰值B=210-205=5 衰减比衰减比n B：B=25：5=5：1 振荡周期振荡周期 T=20-5=15（min）过渡时间过渡时间t0 设被控变量进入稳定范围为设被控变量进入稳定范围为2%时，则时，则200（2%）=4，即新稳定值（，即新稳定值（205）两侧宽）两
48、侧宽度为度为4%的区域内，从图中可看出的区域内，从图中可看出t0=22min2 2 自动信号和联锁保护系统：自动信号和联锁保护系统：对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发对工艺参数超过了允许的范围，在事故即将发生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫生之前，信号系统就自动地发出声光信号，告诫操作人员注意，并及时采取措施。操作人员注意，并及时采取措施。3 3 自动操纵及自动开停车系统：自动操纵及自动开停车系统：它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行它是根据预先规定的步骤自动地对生产设备进行某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，某种周期性操作，或是按照预先规定好的步骤，将生产过程自动地投入运行或自动停车。将生产过程自动地投入运行或自动停车。3 3 影响控制系统质量指标的因素影响控制系统质量指标的因素自动控制系统自动控制系统被控对象（生产过程被控对象（生产过程的工艺设备）的工艺设备）自动化装置（测量与变自动化装置（测量与变 送器、控制器送器、控制器、执行器）、执行器）与控制量有关与控制量有关工艺参数设备工艺参数设备的结构、材质的结构、材质因素等因素等装置的选择、调试装置的选择、调试自动化装置两者的自动化装置两者的配合配合 影响影响源源影响源影响源