01 自动控制系统基本概念.ppt

工业仪表及自动化 放射学院 医学工程学教研室（影像楼） 前 言 工业自动化的含义 生产过程自动化的目的 本学科的作用 一、工业自动化的含义 工业自动化：在生产设备上，配备上一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，使生产在不同程度上自动地进行，这种用自动化装置来管理化工生产过程的办法。 是化工、炼油、食品、轻工等工艺类型生产过程自动化的简称。 二、生产过程自动化的目的 对保证现代工业生产过程的平稳运行有着不可替代的作用 加快生产速度，降低生产成本，提高产品产量和质量。 减轻劳动强度，改善劳动条件。 能够保证生产安全，防止事故发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高设备利用能力的目的。 生产过程自动化的实现，能根本改变劳动方式，提高工人文化技术水平，为逐步地消灭体力劳动和脑力劳动之间的差别创造条件。 三、本学科的作用 生产过程自动化是一门综合性的技术学科。它应用自动控制学科、仪器仪表学科及计算机学科的理论与技术服务于工程学科。 对于熟悉工程学科的人员，如能再学习和掌握一些检测技术和控制系统方面的知识，必能在推进中国的工业自动化事业中，起到事半功倍的作用。 树立工程思想；建立工程概念；构造学科知识体系；完善专业知识结构 西咪替丁胶囊的生产 设备一览表及主要设备生产能力(包括仪表) 城市工业废水监测系统 课程结构 以自动控制系统为主线，系统地介绍了过程参数的检测方法、常用仪器仪表的基本原理和选型应用； 过程控制系统的组成原理和设计方法等。 此外，课程还介绍了自动控制技术与装置的必威体育精装版发展，如数字检测、控制、记录仪表，集散控制系统和现场总线技术等。 自动化及仪表发展状况 自动控制系统 自动控制系统 自动控制系统组成及方框图 自动控制系统的分类 自动控制系统的过渡过程和品质指标 控制系统的静态与动态 控制系统的过渡过程 控制系统的品质指标 影响控制系统过渡过程品质的主要因素 1.1自动化及仪表发展状况 二、自动控制系统结构的四个阶段 1.基地式控制结构：50年代前的气动信号控制系统称作第一代。 2.单元组合仪表组成的控制结构：4-20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代。 3.计算机控制结构-数字计算机集中式控制系统；集散控制系统（ DCS ）典型结构第三代。 4.二级优化控制-现场总线系统称为第四代控制系统（ＦＣＳ）；现代互联网通讯管控一体化系统（ CIPS ）等。 分级控制系统方框图 1.2 自动控制系统 1.自动控制系统是具有被控变量负反馈的闭环系统。 2.自动检测、自动操纵等开环系统比较，最本质的区别，就在于自动控制系统有负反馈，开环系统中，被控（工艺）变量是不反馈到输入端的。 1.2.3 自动控制系统的组成及方框图 在研究自动控制系统时，为了便于对系统分析研究，一般都用方块图来表示控制系统的组成。液位自动控制系统的方块图如下。 方块图中， x 指设定值；z 指输出信号；e 指偏差信号；p 指发出信号；q 指出料流量信号；y 指被控变量；f 指扰动作用。当x 取正值，z取负值，e= x- z，负反馈；x 取正值，z取正值， e= x+ z，正反馈。 用同一种形式方块图可以代表不同的控制系统 其他控制系统 注意！方块图中的每一个方块都代表一个具体的装置。 1.2.4 自动控制系统的分类 几种分类方法 按被控变量来分类，如温度、压力等控制系统； 按控制器具有的控制规律来分类，如比例、比例积分、比例微分、比例积分微分等控制系统； 将控制系统按照工艺过程需要控制的被控变量的给定值是否变化和如何变化来分类，这样可将自动控制系统分为三类，即定值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。 “定值” 是恒定给定值的简称。工艺生产中，若要求控制系统的作用是使被控制的工艺参数保持在一个生产指标上不变，或者说要求被控变量的给定值不变，就需要采用定值控制系统。 1.3 自动控制系统的过渡过程和品质指标 1.3.1控制系统的静态与动态 当一个自动控制系统的输入（给定和干扰）和输出均恒定不变时，整个系统就处于一种相对稳定的平衡状态，系统的各个组成环节如变送器、控制器、控制阀都不改变其原先的状态，它们的输出信号也都处于相对静止状态，这种状态就是静态。 系统在过渡过程中，被控变量是随时间变化的。被控变量随时间的变化规律首先取决于作用于系统的干扰形式。 在生产中，出现的干扰是没有固定形式的，且多半属于随机性质。 在分析和设计控制系统时，为了安全和方便，常选择一些定型的干扰形式，其中常用的是阶跃干扰。 自动控制系统在阶跃干扰作用下过渡过程的四种形式 1.3.3控制系统的品质指标-稳定性、快速性和准确性 控制系统的过渡过程