第三章自动化的基本原理
①系统的概念
是由相互作用、相互联系的若干个组成部分（要素）结合而成的具有完成特定功能能力的整体。

②什么是自动控制系统？一个典型的自动控制系统怎样组成？
自动控制系统是指能够实现“自动化”任务的设备；是工程技术领域的人造系统。

通常由控制部分和控制对象组成。

被控对象只控制系统所要控制的设备和过程，它的输出就是被控量。

给定环节产生给定输入信号的环节
测量环节随时将被控制量检测出来的装置
比较环节将给定的输入信号（被控量的希望值）与测量环节得到的被控制量实际值加以比较。

控制环节根据偏差信号决策如何操作被控对象，是被控量达到所希望的目标。

执行环节根据控制环节的控制决策具体实施对被控对象的操作。

③自动控制理论从哪三个方面去研究系统？
系统的模型抛开具体系统的物理属性，用系统的模型（抽象化表示形式）作为对象来研究。

动态：系统中变量尚处于变化过程的状态。

静态：系统中变量已达到某一定值并不再变化的状态。

将系统的动态和静态所满足的一定规律用数字式子表示出来，得到系统的数学模型，系统的数学模型自描述了系统中各个变量之间的关系。

系统的分析建立在系统数学模型的基础上，自动控制理论有一套定性或定量分析系统特性的方法。

控制系统的综合已知系统性能指标的要求，确定满足性能指标的控制系统结构组成。

④什么是系统的数字模型？建立系统的数字模型有哪两种方法？你怎样理解这两种方法
描述控制系统的输入-输出变量以及系统内部各个变量之间相互关系的数学表达式。

建立被控对象数学模型的方法主要有解析法和实验法。

解析法：根据对象或系统运动的物理、化学机理建立的数学模型成为对象或系统的机理模型，建立数学模型。

实验法：把需建的对象看成一个“黑箱”，通过对它施加的输入信号以及由此产生的输出响应来确定他的动态行为。

即用一个最能拟合它的输入、输出关系的数学式子来近似地描述它的行为。

解析法是在被控对象有明确的物理或其他定律可遵循的情况下使用。

实验法是在被控对象机理虽然清楚但却不能写出表示它的数学式子的情况下使用。

灰箱建模:对研究对象有一定了解，只有少数一些不了解的内容，通过建立灰箱辨识出那些看不见的内容。

⑤对自动控制系统有哪些基本性能要求？
稳定性单调发散和发散震荡过程都是不稳定系统的过渡过程；
单调收敛和衰减震荡过程都是稳定系统的过渡过程；
等幅震荡过程视为临界稳定系统的过渡过程。

快速性系统的响应快速，系统灵敏。

准确性系统进入新的平衡状态后，被控量的实际值与期望值之差越小越好，最好静差为零，称为无差系统。

稳定性（包括平稳性）和快速性反映对系统过渡过程的要求，称为自动控制系统的动态特性。

准确性反映对系统平衡状态的要求，称为自动控制系统的静态特性。

①
⑥什么是开环控制、闭环控制？它们的根本区别是什么？
开环控制是指被控量不反馈至输入端，信号由输入端至输出端单方向传递的控制。

被控量不对控制量产生影响的控制属于开环控制。

闭环控制将被控量测量出来反馈至控制系统的输入蛋与给定信号进行比较得出偏差信号，然后根据偏差对被控对象实施有效控制，形成闭合环路。

根本区别是对外界扰动的抵抗能力。

开环控制完全按照事先设置的给定信号去控制系统，而不顾被控量的真实情况，因此它在系统特征参数变化或外部扰动存在并波及被控量时不具备自身纠正能力，控制精度难以保证。

闭环控制由于“反馈”作用的存在以及消除或减少偏差为控制目的，因此它具有自动修正被控量出现偏差的能力，可以有效地抑制外界扰动或系统内部结构参数变化所引起被控量的变化，具有控制效果好、控制精度高等特点。

⑦在单回路控制中，有哪些基本控制规则？
比例控制偏差信号按比例放大来说明被控量的实际值离期望值大，需要加大控制量。

反之亦然。

缺点：仅当控制量不为零时才有控制作用；比例值如果取得不合适，会使振幅加大，导致失稳，纯比例控制系统的动态性差。

比例+积分控制积分控制对偏差取时间的积分，所得控制量包含现时偏差和历史上产生的累积偏差，几时偏差出现于零，控制器仍会输出较大的控制量，维持住偏差为零的状态，使控制系统成为无静差系统。

作用：消除控制系统的静差，改善控制系统的静态特性。

比例+微分控制考虑被控对象及其环节的惯性和滞后，偏差信号容易由于正反向超调作用导致震荡，且比例K值取值不合适，便会使震荡幅度加大，导致失稳。

比例微分控制即是考虑偏差信号本身，同时还考虑偏差信号的变化（微分）情况。

微分控制具有“超前”的控制作用，能有效提高自动控制系统的平稳性。

比例+积分控制+微分控制
⑧计算机在直接数字控制（DDC）系统中充当什么角色？为很么要用A/D和D/A 转换装置与设备（过程）相连？与传统的控制系统相比，计算机控制系统有哪些特点？
计算机是直接数字控制的核心，它根据输入设备反馈设备的工作信息或过程信息，以既定的控制规则进行运算控制，
A/D与D/A 构成控制系统的模拟量和开关量输入输出系统，负责将设备或过程的开关、触点等开关量信号传送入主机，将主机关于通/断的控制命令传送至设备或过程。

具有灵活性和适应性，因为计算机控制系统中控制器的控制规律是通过计算机程序的形式实现的，修改一个控制规律只需要修改相应的程序，不需要改变硬件电路。

能实现较复杂的控制规律，因为计算机控制系统具有丰富的指令系统，很强的运算能力和逻辑判断功能，而传统控制系统采用模拟电路或机-电形式只能实现较简单的控制规律。

能控制多个回路，因为计算机具有高速的运算处理能力，所以能采用分时控制等方式同时控制多个回路，并可以方便地实现各控制回路之间的协调和管理。

PS.总结：主要利用计算机高速丰富的指令系统（程序多样性）、高速额运算处理能力和逻辑判断功能对控制系统进行控制。

②
⑨你能说出计算机控制系统的大致组成吗？
硬件组成计算机主机、输入输出系统、人机接口设备。

软件组成系统软件、应用软件。

⑩常用的基于网络技术的计算机系统有哪些？它们各自有什么特点？
计算机集散控制系统DCS
采用分散控制和集中管理相结合思路。

分散控制即是用多台独立的计算机完成信号输入输出和控制运算，根据生产过程和工艺情况，承担一个回路或多个回路的控制系统，这些独立的计算机直接面向生产过程，通常称为过程控制站。

集中管理即是采用网络通信技术将系统中的所以计算机构成网络系统，并设置负责系统操作的操作员站、负责系统生成及维护的工程师站以及负责各过程控制站之间的协调及实现复杂控制算法的监控计算机站。

特点：全系统信息的集中管理和数据共享，以及系统的集中监视、操作。

有效避免了用一台计算机承担多个控制回路的集中控制，降低计算机发生故障导致生产过程全面瘫痪的影响、
现场总线控制系统FCS
使用传统模拟控制系统和计算机控制系统结合。

将控制模块、输入输出模块置入现场，是测量设备、执行设备等现场控制设备智能化。

（传统模拟控制系统的体现）
用标准的总线连接所有现场只能设备，形成DCS系统。

特点：系统的高度分散性现场系统可以通过统一组态，在生产现场直接构成多个分散的控制回路，将DCS的控制站功能化整为零，分散到各台现场智能设备中，实现彻底的分散。

系统的开放性FCS已经形成国际标准，凡符合标准规定通信协议的设备或系统都可以互联，从而也就保证了不同厂商产品的互操作性。

使用的经济学因为FCS摒弃了传统的控制器与现场控制系统的一对一的物理连接形式，在双绞线上挂接各种现场智能设备，因此接线简单，节省大量电缆等硬件投资和工程投资。

⑪从信息技术的角度出发，你如何理解自动控制系统及它的各个组成部分？
信息获取---传感器
信息传输---信号转换与传输网络
信号处理---控制器
信号应用---执行器
③。