制冷装置自动化模块一
(d)渐扩振荡过程: 被控量y(t)的动态过程不但是一个振 荡过程,而且振荡的幅值越来越大,以致会大大超过 被控量允许的误差范围,如图1-11(d)所示,这是 一种典型的不稳定过程,设计自动控制系统要绝对避 免产生这种情况。
自动控制系统其动态过程多属于图1-11(b)的情 况。控制系统的动态过程不仅要是稳定的,并且希 望过渡过程时间(又称调整时间)越短越好,振荡 幅度越小越好,衰减得越快越好。
预期行驶方向 实际行驶方向
图1.2 汽车驾驶控制原理框图
预期 路线
测量
大脑
手
方向盘
汽车
实际 路线
眼睛和其他 感觉器官
图1.3 汽车驾驶控制原理框图
案例2: 控制系统可以由人工控制,也可以采用自动控制。
1、人工控制:
进水
如图1-3 所示, 水 位保持系统。
要求水位
实际 水位 水 池
图1-3 水位人工控制原理图
1. 比例调节器 2. 比例积分调节器 3. 比例微分调节器 4. 比例积分微分调节器
1. 比例调节器
比例调节器的微分方程为:
y=KPe(t)
式中
y为调节器输出;Kp为比例系数; e(t)为调节
器输入偏差。
由上式可以看出,调节器的输出与输入偏差成 正比。因此,只要偏差出现,就能及时地产生
自动控制的分类二
一:按被控参数给定值的变化规律 1.定值控制系统 2.程序控制系统 3. 随动控制系统
二:按实现控制动作与时间的关系 1.连续控制系统 2.断续控制系统
一 系统的静态、动态和干扰作用
当自动控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变,被 控量就会发生变化,偏离给定值。通过系统的自动控制作 用,经过一定的过渡过程,被控量又恢复到原来的稳定值 或者稳定到一个新的给定值。被控量在变化过程中的过渡 过程称为动态过程(即随时间而变的过程),被控量处于 平衡状态称为静态或稳态。
0 t
Q1
dG Q2
t
dh h()
t
四描述对象特性的三个参数: 放大系数: K1
时间常数:T1 延迟时间: t1
项目三 常用控制规律 控制器输入与输出之间的关系 一 双位控制
控制器的输出只有两个值,最大输出信号和 最小输出信号。即两个极限位置。
二 、PID控制: PID调节器之所以经久不衰,主要有以下优点。 1. 技术成熟 2. 易被人们熟悉和掌握 3. 不需要建立数学模型 4. 控制效果好
实际水位
<人>
测量
图1-4 水位人工控制系统方框图
第一章 自动控制概论
该水池若改为由自动控制装置代替操作人员:由 浮子测出实际水位,与要求的水位比较。然后得出偏 差再由调节元件根据偏差的大小和正负产生控制信号。 最后由执行元件根据信号产生控制作用。如图1-5所示。
进水
+
M 电机
连 -杆
<
实 际 水 位
二、自动控制的任务
r(t) 控制器
c(t) 被控对象
在没有人直接参与下,利用控制装置操 纵被控对象,使被控量按照给定值的规 律变化。或
c(t) r(t)
上式是自动控制任务的数学表达式。
三、反馈控制原理
在自动控制系统中,被控量是要求严格加以控 制的物理量;而作为对被控对象施加控制作用 的控制装置,可以采用不同的原理和方式完成 赋予的任务。其中,最基本的控制原理就是反 馈控制原理。基于反馈控制原理组成的控制系 统被称为反馈控制系统。
综上所述,对于一个自动控制的性能要求可以概括 为三方面:稳定性,快速性和准确性。
一、稳定性
稳定性是保证控制系统正常工作的先决条 件。 对于稳定的控制系统,被控量偏离期望值 后,经过一段过渡时间后,被控量应恢复 到原来状态。 对于不稳定的控制系统,其被控量偏离期 望值的偏差将会越来越大,最终发散。
c(t)
自动控制系统,是指能够对被控制对象的工作 状态进行自动控制的系统。
一技术术语:
1. 被控对象:是指要求实现自动控制的机器、设备 或生产过程。
2. 被控量:表征被控对象工作状态的物理参量(或 状态参量),如转速、压力、温度、电压、位移 等。
3. 控制器:又称调节器、控制装置,由控制元件 组成,它接受指令信号,输出控制作用信号于 被控对象。
缺点是使用的元件多,线路复杂,系统的 分析和设计都比较麻烦。
二、开环控制 1. 按给定值控制
给定值
计算
执行
干扰
+
被控对象
被控量
图1.8 开环控制框图
2.按干扰补偿
测量
计算
执行
干扰
+
被控对象
被控量
图1.9 按干扰补偿框图
3.复合控制
给定值 计算
-
计算 执行
干扰 测量
+
被控对象
被控量
测量
图1.10 复合控制框图
1.系统组成及过渡过程 2.可在对象特性 3.常用控制规律 4.其他环节特性 5.自动化仪表和元件的质量特性
1.1 自动控制系统的基本知识
自动控制:是指在没有人直接参与的情况下, 利用外加的设备或装置(称为控制器或控 制装置),使机器、设备或生产过程(统 称被控对象)的某个工作状态或参数(统 称被控量)自动地按照预定的规律运行。
出水量
要求水位 电位器连杆比较
〉 电机
阀门
水池 实际水位
浮子 <控制器>
图1-6水位自动控制系统方框图
第一章 自动控制概论
(1) 自动控制—在没有人直接参与的情况下,利用外 加的设备或装置使整个生产过程或工作机械自动 的按预定规律运行、或使其某个参数按要求变化。
(2) 控制装置—外加的设备或装置,亦叫控制器。 (3) 受控对象—被控制的机器或物体。 (4) 被控量—表征被控对象工作状态的物理参量,也
(7) 反馈量:由系统输出端取出并反向送回系统输 入端的信号。反馈有主反馈和局部反馈之分。
(8) 偏差量:给定量与主反馈信号之差。
(9) 自动控制系统:由受控对象和控制器按一定方
式连接起来的、完成一定自动控制任务的总体。
如图1-7所示。
干扰量
给定量
控制器
被控量 受控对象
自控系统
图1-7 自动控制系统
第一章 自动控制概论
自动控制系统的基本组成及方框图
自动控制的任务—利用控制器操纵受控对象,使其
被控量按技术要求变化。若r(t)—给定量,c(t)—被
控量,则自控的任务之数学表达式为:使被控量满
足c(t) ≈r(t)。自控系统的组成如1-6图所示。
输入量
输出量
串联校正
放大
执行
受控对象
反馈校正
测量
图1-6 系统的组成方框图
浮子
图1-5 水位自动控制系统原理图
出水
自动控制(续)
第一章 自动控制概论
在此:浮子测水位,由连杆和电位器进行比较:
浮子低则电位器上得到正电压,经放大后使电机向进 水阀门开大的方向旋转;反之,当浮子高时,电位器 上得到负电压,电机向阀门关小的方向旋转;若水位 正好,则电位器上电压为零,电机不转,阀门不动。
与之成比例的调节作用,具有调节及时的特点。
比例调节器的特性曲线,如下图所示。
e(t) 0
y
0
t
KP e(t)
t
阶跃响应特性曲线
2. 比例积分调节器 所谓积分作用是指调节器的输出与输入偏差的积
基本组成(续)
第一章 自动控制概论
<4>放大元件:其职能是将比较元件给出的偏差 信号进行放大,用来推动执行元件去控制受 控对象。如:晶体管、集成电路、晶闸管等 组成的电压、功率放大器。
<5>执行元件:其职能是直接推动受控对象,使 其被控量发生变化。如:阀门、电机、液压 马达等。
基本组成(续)
第一章 自动控制概论
叫输出量。 (4) 给定量—要求被控量所应保持的数值。也叫输入
量或叫参考输入。 (5) 干扰量—系统不希望的外作用,也叫扰动输入。
如水位自动控制系统:
第一章 自动控制概论
进水
比较元件
+
M 电机
连 -杆
<
测量
元件
实 际 水 位
浮子
输出量
干扰 信号
出水
图1-6 水位自动控制系统原理图 受控对象
第一章 自动控制概论
4. 执行元件的职能是直接推动被控对象, 使被控量发生变化 。
自动控制的分类一 一、闭环控制
给定值
比较、计算
执行
-
测量干扰Leabharlann +被控对象
被控量
图1.7 闭环控制框图
闭环控制有三大特点:信号按箭头方向传 递是封闭的(闭环)、负反馈和按偏差控制。 因此,闭环控制也被称作反馈控制或按偏 差控制。
闭环控制的主要优点:控制精度高,抗干 扰能力强。
出水
人工控制(续)
第一章 自动控制概论
若要求在出水量随意的条件下,保持水位高 度不变:操作人员需先测实际水位,并在脑 子中与要求的水位进行比较。若低于要求的 水位,则需开大进水阀门。否则应关小进水 阀门。若两者正好相等,则进水阀门不动。
人工控制(续)
第一章 自动控制概论
要求水位 比较、计算
执行
出水量 水池
自动控制系统最基本的要求是被控量的稳态误差(偏 差)为零或在允许的范围内。对于一个好的自动控制系统 来说,一般要求稳态误差在被控量额定值的2%~5%之内
(a)单调过程 被控量y(t)单调变化(即没有“正”,
“负”的变化),缓慢地到达新的平衡状态 (新的稳态值)。如图1-11(a)所示,一般这种 动态过程具有较长的动态过程时间(即到达新 的平衡状态所需的时间)。