对象
y
测量值
测量元件 变送器
输入信号
由外部加到系统中的变量，它不受系统中其他变量的影响和控制。
输出信号
由系统或元件产生的变量，其中最受关注的输出信号又称为被控变 量。 。
输入信号的响应 由某一个输入信号产生的输出信号又称为该输入信
号的响应。
反馈信号
是被控变量经传感器等元件变换并返回到输入端的信 号，一般与被控变量成正比。
热处理炉的温控系统、机床的数码加工系统和仿 形控制系统。
三、连续控制系统和离散控制系统
连续控制系统
控制系统中各部分的信号都是时间的连续函数。
离散控制系统
在控制系统各部分的信号中只要有一个是时间 的离散信号。
离散模型是计算机控制的最主要模型
第五节 自动控制系统的过渡过程及性能 指标
一、控制系统的静态和动态
自动信号和联锁保 护系统
自动信号系统 当工艺参数超出要求范围，自动发出声光信号
联锁保护系统 达到危险状态， 打开安全阀或切 断某些通路，必 要时紧急停车
液位自动报警系统示意图
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 按预先规定好的步骤将生产过程自动的投入运
一般的阶跃信号：突然、危险、对被控参数影响很大。 其它形式的干扰可用多个阶跃信号代替
被控对象
系统在过渡过程中，被控变量是随时间变化的。了解过 渡过程中被控变量的变化规律对于研究自动控制系统是十 分重要的。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。
常见典型信号
阶跃信号、斜坡信号、脉冲信号、加速度信号和正弦信号等。
被测变量和仪表功能的字母代号
字
第一位字母
后继字
母
字
第一位字母
后继字母
母
母
被测变量 修饰词 功能
被测变量 修饰词 功能
A
分析
报警 P
压力
C 电导率
控制 Q
数量
积分
累积
D
密度
差
R 放射性
记录
E
电压
S
速度
安全
开关
F
流量
比
T
温度
传送
I
电流
指示 V
粘度
阀
K
时间
W
力
L
物位
Y
M
水分
Z
位置
执行机构
第四节 自动控制系统分类
闭环控制
结构
简单、成本低
复杂、成本高
精度 精度低、对元器件要 精度高、对元器件要求
求高
低
稳定性
通常不考虑
必须考虑
二、定值控制系统、自动控制系统和程序 控制系统
按照输入信号分类，自动控制系统可分为定值控 制系统、随动控制系统和程序控制系统。
定值控制系统
❖输入信号是恒值，要求被控变量保持相对应的 数值不变
四、影响过渡过程品质的主要因素
自动调节系统由两大部分组成: 1. 工艺过程部分：只与自动控制相关的 工艺部分。 2. 自动化装置部分：实现自动控制必备 的自动化设备。
对一个自动控制系统来说，过度过程品质的 好坏，很大程度上决定于对象的性质。自动控制 装置应按对象的性质合理的选配控制系统。
或外来扰动的变化都比较小，或这些扰动因素可以事先确定并 能给予补偿，则采用开环控制也能取得较为满意的控制效果； 对扰动没有抑制能力。
给定值
（控制装置）
计算
执行
干扰
被控量 控制对象
按给定值操纵的开环控制系统
计算
测 量
执行
干扰
被控量 控制对象
按干扰补偿的开环控制系统
•开环控制系统的方框图
扰动
输入量 控制装置
装置.
●执行器
作用是接受控制器的控制
要求 观察
显示 记录仪 记录 显示器
变变换送器
检测 仪表
信号，直接推动被控对象，使 被控变量发生变化
思考 调节
给定值
执行
执行机器构
调控节制器
调节器
第三节 自动控制系统的表示方法
方块图表示方式
f 干扰作用
给定值 x
偏差
控制器输出
操纵变量
_ e 控制器
p
控制阀 q
阶跃信号 特点
数学表达式为：
r(t) A t≥0
0 t<0
当A=1时称为单位阶跃信号。
易产生 对系统输出影响大 便于分析和计算
斜坡信号
加速度信号
脉冲信号
自动控制系统在阶跃干扰作用下的过渡过程有非周
期衰减过程 、衰减振荡过程、 等副振荡过程 、发散振
荡过程 等四种。
y
y
0
t0
t
1. 非周期衰减过程
一、开环控制和闭环控制
按照控制方式和策略，系统可分为开环控制系统和 闭环控制系统两大类。
输入量
控制器
控制量
输出量控制系统
控制器
控制量
控制对象
输出量
反馈装置
闭环控制系统
开环控制系统
控制器和控制对象间只有正向控制作用，系统的输出量不会对 控制器产生任何影响；
结构简单，成本低，容易控制，但控制精度低 ； 一般适合于干扰不强或可预测的、控制精度要求不高的场合； 如果系统的给定输入与被控量之间的关系固定，且其内部参数
f 干扰作用
给定值 x
偏差 _e
z
控制器输出
控制器
p
操纵变量
控制阀 q
被控变量
对象
y
测量值
测量元件 变送器
操纵变量
受控制器操纵的，用以克服干扰的影响，使被控变 量保持设定值的物料量或能量。
干扰量
除操纵变量以外，作用于被控对象并引起被控变量变
化的因数。
f 干扰作用
给定值 x
偏差 _e
z
控制器输出
控制器
静态：被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态。 动态：被控变量随时间变化的不平衡状态称为系统的动态。
被控对象
平衡（静态）是暂时的、相对的、有条件的， 不平衡（动态）才是普遍的、绝对的、无条件的
研究自动控制系统的重点是研究系统的动态。
被控对象
。
二、控制系统的过渡过程
被控对象
自动控制系统的过渡过程是控制作用不断克服干扰作用 影响的过程。系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的过 度过程中，被控变量随时间变化的规律首先取决于干扰作 用的形式。
蒸汽 凝液
TC TT
出料
测量点
包括检出元件、取样点。是 由工艺设备轮廓线或工艺管线引 到仪表圆圈的连接线的起点。
连接线
通用的仪表信号线和能源线的符号是细实线。 连接线表示相连及交叉时，可采用图（a）（b） 形式。在复杂系统中，当有必要表明信息流动方 向时，应在信号线符号上加箭头,如图(c)所示。
(a)
绘制方框图注意事项
● 方框图中每一个方框都代表一个具体的装置。 ● 方框之间的连接线，只是代表方框之间的信号联 系，并不代表物料联系。
● 箭头也只是代表信号作用的方向，与工艺流程图 上的物料线是不同的。 ● 各个组成部分在信号传递关系上都形成一个闭合 环路。
进料
蒸汽 凝液
TC TT
出料
①指出此控制系统中被控对象、被控变量和操纵变量。 ②试画出此自动控制系统的方框图。
坏； 通常而言，反馈控制就是指负反馈控制。 闭环系统必须考虑稳定性问题
干扰
给定值
比较、计算
－
执行
被控量 控制对象
测量
按偏差调节的闭环控制系统
闭环系统与开环系统 的区别
与开环控制系统相比，闭环控制系统的最大特点是检测偏差、纠正 偏差 ；
从系统结构上看，闭环系统具有反向通道； 从功能上看，闭环系统具有如下特点：
❖ 由于增加了反馈通道，系统的控制精度得到了提高，若采用开环 控制，要达到同样的精度，则需要高精度的控制器，从而大大增 加了成本；
❖ 由于存在系统的反馈，可以较好地抑制系统各环节中可能存在的 扰动和由于器件的老化而引起的结构和参数的不确定性；
❖ 反馈环节的存在可以较好地改善系统的动态性能。
开环控制
p
操纵变量
控制阀 q
被控变量
对象
y
测量值
测量元件 变送器
给定值
被控变量的设定值。
偏差
被控变量的给定值与实际值之差。
f 干扰作用
给定值 x
偏差 _e
z
控制器输出
控制器
p
操纵变量
控制阀 q
被控变量
对象
y
测量值
测量元件 变送器
f 干扰作用
给定值 x
偏差 _e
z
控制器输出
控制器
p
操纵变量
控制阀 q
被控变量
f 干扰作用
给定值 x
偏差 _e
z
控制器输出
控制器
p
控制阀
操纵变量
被控变量
加热器
q
T
测量值
温度测量 变送器
①指出此控制系统中被控对象、被控变量和操纵变量。 ②试画出此自动控制系统的方框图。 ③试分析出水量突然增大时，该系统如何实现水位控制？
反馈
f 干扰作用
给定值 x
偏差 _e
z
控制器输出
控制器
p
操纵变量
控制阀 q
被控变量
对象
y
测量值
测量元件 变送器
通过测量变送装置将被控变量的测量值送回到系统的 输入端。
负反馈
反馈