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第一章 自动控制系统基本概念 ? 自动控制系统 是自动化生产的核心部分，只有自动控制系统才能自动地排除各种干扰因素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，保持生产维持在正常或最佳的工艺操作状态。 第一节 化工自动化的主要内容 ???? 实现化工生产过程自动化，一般要包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等方面的内容。 由以上所述可以看出： 自动检测系统只能完成“了解”生产过程进行情况的任务； 信号联锁保护系统只能在工艺条件进入某种极限状态时，采取安全措施，以避免生产事故的发生； 自动操纵系统只能按照预先规定好的步骤进行某种周期性操纵； 只有自动控制系统才能自动地排除各种干扰因素对工艺参数的影响，使它们始终保持在预先规定的数值上，保证生产维持在正常或最佳的工艺操作状态。 因此，自动控制系统是自动化生产中的核心部分，也是本课程了解和学习的重点。 第二节 自动控制系统的基本组成及表示形式 一、自动控制系统的基本组成 二、自动控制系统的表示形式 1、方框图 周次：第1周，第2次课 2、管道及仪表流程图 第三节 自动控制系统的分类 定值控制系统：被控变量的给定值保持不变的控制系统。化工生产中大多数属于此系统。 随动控制系统(自动跟踪系统) ：给定值是随机变化的 控制系统。在化工生产中，有些比值控制系统就属于随动控制系统。例如要求甲流体的流量与乙流体的流量保持一定的比值。当乙流体的流量变化时，要求甲流体的流量能快速而准确地随之变化。 程序控制系统：给定值也是变化的、但它是一个已知的时间函数 。 第四节 自动控制系统的过渡过程和品质指标 一、控制系统的静态与动态 二、控制系统的过渡过程 三、控制系统的品质指标 四、影响控制系统过渡过程品质的主要因素 系统在过渡过程中，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，如图1—12所示。 图1-13 阶跃干扰作用 阶跃干扰：就是在某一瞬间t0 ，干扰(即输入量)突然地阶跃式的加到系统上，并继续保持在这个幅度。 为什么要采取阶跃干扰的形式来研究自动控制系统呢？ 因为考虑到这种形式的干扰比较突然，比较危险，它对被控变量的影响也最大。 如果一个控制系统能够有效地克服这种类型的干扰，那么对于其它比较缓和的干扰也一定能很好地克服。 同时，这种干扰的形式简单，容易实现，便于分析、实验和计算。 自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程有图1—13所示的几种基本形式：非周期衰减过程 、衰减振荡过程 、等幅振荡过程 、发散振荡过程 。 1．非周期衰减过程 被控变量在给定值的某一侧作缓慢变化，没有来回波动，最后稳定在某一数值上 。——稳定过程 2．衰减振荡过程 被控变量上下波动，但幅度逐渐减少，最后稳定在某一数值上。——稳定过程，最佳状态 3．等幅振荡过程 被控变量在给定值附近来回波动，且波动幅度保持不变 。——属不稳定过程，但在某种情况下可以使用 4．发散振荡过程 被控变量来回波动，且波动幅度逐渐变大，即偏离给定位越来越远 。——不稳定过程，应尽量避免 控制系统的过渡过程是衡量控制系统品质的依据。由于在多数情况下，都希望得到衰减振荡过程，所以取衰减振荡的过渡过程形式来讨论控制系统的品质指标。 自动控制系统在阶跃输入作用下，被控变量的变化曲线如图所示。这是属于衰减振荡的过渡过程。 * 1、自动检测系统: ??? 利用各种检测仪表对主要工艺参数进行测量、指示或记录。它代替了操作人员对工艺参数的不断观察与记录，因此起到人的眼睛的作用。 ——“了解”生产的任务。 图1-1 热交换器自动检测系统示意图 2、自动信号和联锁保护系统: ??? 对某此关键性参数设有自动信号联锁装置。当工艺参超过了允许范围，系统自动地发出声光报警信号，以提示及时采取措施。如工况已到达危险状态时，联锁系统立即自动采取紧急措施，打开安全阀或切断某些通路，必要时紧急停车，以防止事故的发生和扩大。——生产过程中的一种安全装置。 3．自动操纵及自动开停车系统 自动操纵系统：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。 自动开停车系统：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。 4、自动控制系统: ??? 对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到干扰的影响而偏离正常状态时，能自动地调回到规定的的数值范围内。