机械工程控制基础教学课件 第一章 自动控制的一般概念.pptVIP

* * * * * * 2002-09-23 自动控制原理 * 控制器：比较、放大的作用 浮子：液面高度的反馈元件 Q2为系统的干扰量 气动阀门：执行机构 被控对象：水箱 2002-09-23 自动控制原理 * 1.3 控制论的研究对象与任务 广义系统动力学问题 例1. 设有一弹簧?质量? 阻尼动力系统如图所示，当外力F(t)作用于系统时，系统将产生运动，试写出外力F(t)与质量块的位移y(t)之间的动态方程。其中弹簧的弹性系数为k，阻尼器的阻尼系数为f，质量块的质量为m。 * 解：分析质量块m受力，有外力F, 弹簧恢复力 Ky（t） 阻尼力 惯性力 由于m受力平衡，所以 式中：Fi是作用于质量块上的主动力，约束力以及惯性力。 将各力代入上等式，则得 式中：y——m的位移（m）； f——阻尼系数（N·s/m); K ——弹簧刚度（N/m)。 将上式的微分方程标准化 1.3 控制论的研究对象与任务 输入F(t) 外界作用 ? 系统固有特性 初始状态 输入x(t) （位移）外界作用 系统固有特性 初始状态 基本电学问题 ? RLC网络 L C R 机电系统微分方程：电枢电压控制直流电动机 电枢回路电压平衡方程 SM 负载 直流电动机模型 电磁转矩方程 电动机轴上转矩平衡方程 基本动力学问题分析 ? ? 1.4 反馈 ? 反馈控制 反馈控制 反馈控制是这样一种控制过程，它能够在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入量(或者任意变化的希望的状态)之间的偏差，而且其工作也正是基于这一偏差基础之上的．在这里，反馈控制仅仅是对无法预计的扰动(即那些预先无法知道的扰动)而设计的，因为对于可以预计的或者是已知的扰动来说，总是可以在系统中加以校正的，因而对于它们的测量是完全不必要的． 　锅炉汽包水位控制系统 工业过程中的反馈控制系统例子 调节器 汽包 变送器 主蒸汽 过热器 省煤器 执行器 给水调节阀 给水泵 给水 反馈控制系统 反馈控制系统 反馈控制系统是一种能对输出量与参考输入量进行比较，并力图保持两者之间的既定关系的系统，它利用输出量与参考输入量的偏差来进行控制．因该指出，反馈控制系统应不限于工程范畴，在各种非工程范畴内，诸如经济学和生物学；也存在着反馈控制系统．例如，人的机体在某种意义上说、就类似于一个只有许多控制变的量化工设备．在这种运输和化学反应网络的过程控制中，包含着许多控制回路．事实上、人的机体是一个极其复杂的反馈控制系统． 随动系统 随动系统 随动系统是一种反馈控制系统，在这种系统中，输出量是机械位移、速度、或者加速度．因此，随动系统这个术语，与位置(或速度，或加速度)控制系统是同义语．在现代工业中，广泛地采用着随动系统．例如，采用程序指令的机床的全自动化操作，就可以应用随动系统来完成． 典型的位置随动系统的组成 自动调整系统 自动调整系统 自动调整系统是一种反馈控制系统，在这种系统中，参考输入或希望的输出量，或者保持常量，或者随时间而缓慢地变化，而这种系统的基本任务，正是要在存在扰动的情况下，将实际的输出量保持在希望的数值上．用恒温器作为控制器的室内加温系统，就是一种自动调整系统．系统中恒温器的温度给定值(即希望温度值)，用来与室内的实际温度进行比较．室外温度变化是该系统的扰动．调整系统的任务，是保证所要求的室内温度不受室外温度变化的影响．自动调整系统的例子很多，例如，压力的自动控制以及电压、电流和频率等电学量的自动控制． 过程控制系统 过程控制系统 当自动调整系统的输出量是温度、压力、流量、液面或PH值(氢离子浓度)等这样一些变量时，就叫过程控制系统．过程控制在工业中获得广泛应用．象在加热炉的温度控制中，炉温是根据预先制定的程序进行控制的，叫做程序控制．程序控制是经常采用的一种过程控制系统．例如，预先制定的程序可以是：炉温在一定的时间间隔内，先上升到某一给定温度，然后在另一段时间间隔内再下降到另一给定温度．在这类程序控制中，给定量是按照预先制定的规律变化的．而控制器则保证炉温紧紧地跟随着给定量变化．应当指出，大多数程序控制系统都包含有随动系统，作为系统的积分部件． 　精馏塔的控制 一、精馏塔工艺操作工艺要求 1)质量指标　塔顶或塔底产品之一应保证合乎规定的纯度, 另一产品成分亦应维持在规定范围内。 2)物料平衡, 能量平衡以保证塔的平稳操作，当然塔压是否恒定，对塔的平稳操作有很大影响。 3)约束条件为了使塔正常操作，必须满足一些约束条件。例如：塔内部气相速度限。 太低会使气液接触不好, 塔板效率降低，太高会产生液泛现象，将完全破坏塔的操作。塔本身还有最高压力限，越过这个压力，容器的安全