控制系统常识一、控制系统的种类控制方式一般分为手动或自动两大类，如果纠正系统的偏差是由 人直接操作，这种回路称为手动控制系统；如果系统具有反馈通道组 成的闭环回路并能自动纠正偏差，这种系统称为自动控制系统，或叫 自动调节系统自动调节系统一般由变送器、调节器及调节阀组成，其作用是把 来自变送器的标准测量值，并与给定值比较，若产生偏差，调节器则 按事先选定的调节规律调整偏差，并通过调节阀来执行调节器的调节 指令自动控制系统的种类很多，可分为如下几种：（一）按给定值的不同来分类的调节系统1、定值调节系统:定值是恒给定值的简称在工艺生产中，要求调节系统的被调参 数保持在一个生产技术指标上不变，这个技术指标就是给定值这种 在生产过程中给定值不变的自动调节系统称为定值调节系统2、程序（或顺序）调节系统：这种类型的调节系统的给定值，在工艺生产中是不断变化的但 是它是一个已知的时间函数，即生产技术指标需按一定的时间程序变 化3、随动调节系统（又称自动跟踪调节系统）：这类调节系统的给定值也是不断变化的，而且要求系统的输出也跟着变化，随动调节系统的输出应严格、及时地随着输入的变化而变 化二）按自动化工具不同分类的调节系统1、常规调节系统：凡是用模拟控制装置，对生产过程进行调节 控制的系统，通常称为常规调节系统，或称为常规过程控制系统。
常 规调节系统中的调节器和执行器是关键仪表设备2、计算机调节系统：凡是用计算机代替常规调节器，对生产过 程进行调节控制的系统，通常称为计算机调节系统，或称计算机过程 控制系统计算机调节系统中工业控制计算机是主要设备三）按调节参数多少分类的调节系统：1、简单调节系统：简单调节系统是指只有一个测量元件和变送 器、一个调节器、一个调节阀，只对一个参数进行调节的系统它是 自动化控制系统中，使用最广泛的一类系统2、复杂调节系统：在生产过程控制中，各种不同于简单调节系 统的调节系统统称为复杂调节系统复杂调节系统种类繁多，根据系 统结构和所担负的任务不同，可分为串级、均匀、比值、分程、前馈、 取代等调节系统此外，按生产工艺参数分为压力调节系统、温度调节系统、流量 调节系统、液位调节系统按调节规律分为双位调节系统、比例调节 系统、比例积分调节系统、比例积分微分调节系统二、自动控制系统的常用术语（1）调节对象，又称被调对象，简称对象在自动调节系统中， 把需要调节的工艺设备的有关部分称为调节对象2）被调参数指能够表征设备运转情况并需要进行调节的工 艺参数3）调节参数用来克服干扰对被调参数的影响，实现调节作 用的参数叫调节参数。
4） 给定值x工艺上希望被调参数所保持的数值5） 偏差e被调参数的测量值与给定值之差6） 干扰f指引起被调参数偏离给定的一切因素7） 反馈将被调参数的信号反送到调节器的比较元件去的通 道称为反馈回路，简称反馈三、自动控制系统的常识（一）系统的静态、动态和干扰作用在自动化领域内，把被调参数不随时间变化的平衡状态称为系统 的静态，而把被调参数随时间变化的不平衡状态称为系统的动态当一个自动调节系统的输入（给定和干扰）和输出均恒定不变时， 整个系统就处于一种相对的平衡状态系统的各个组成环节，如变送 器、调节器、调节阀等都不改变其原先的状态，它们的输出信号都处 于相对静止状态，这种状态就是系统的静态通常平衡状态是相对、暂时、有条件的一个原来处于静态的系统，由于干扰的作用，被调参数发生变化，使调节器等自动化装置改 变调节系数，以克服干扰作用的影响，并力图使系统恢复平衡从干 扰的发生，经过调节，直到系统重新建立平衡整个系统的各个环节和 参数都处于变动状态之中，所以这种状态就叫做动态在实际生产过 程中，干扰是客观存在且不可避免的二）调节系统的品质指标 为了定量地评定调节系统的品质，规定了以下几个质量指标：1、最大偏差是指系统瞬时偏离给定值的最大程度，它是衡量自 动调节系统的品质指标之一。
对于一些有约束条件的系统，都规定有 具体的允许最大偏差值2、超调量是指被调参数第一个波峰值与新的稳态值之差如果 系统新的稳态值与给定值相等，那么最大偏差就和超调量相等了通 常在对给定值改变的调节系统作分析时，多采用超调量这个品质指标3、衰减 减比是指过渡曲线中第一个波峰的高度与第二个波峰高度之比，习惯 上写成n ： 1形式显然，凡是衰减振荡，n值必大于1n值越大， 表示过程衰减得越快，系统稳定性越好通常n的取值范围在4〜10 之间4、余差当过渡过程终了时，被调参数所达到的新的稳态值与 给定值的偏差叫做余差（又称静差、稳态误差），也就是最后残余的 偏差余差的数值可正可负在生产中，给定值是生产的技术指标， 当然希望经过调节以后，被调参数越接近给定值越好，也就是余差越 小越好5、过渡时间从干扰作用发生的时刻起，直到系统重新建立新的 平衡为止，过渡过程所经历的时间叫做“过渡时间”或“调节时间” 严格地讲，对于具有一定衰减比的衰减振荡过程来说，要完全达到新 的平衡状态需要无限长的时间然而，实际上由于仪表灵敏度的限制， 当被调参数接近稳态值时，指示值就基本不变了因此，一般是在新 的稳定值的上下规定一个小的范围，当被调参数进入这一范围并且不 再超出时，就认为被调参数已经达到新的稳定值，亦即过渡过程至此 结束。
这个范围一般定为余差的±5%三）调节对象的负荷与自衡负荷就是对象的生产能力或运转能力，例如锅炉的出汽量、精馏 塔的处理量、液体贮槽的流量等在自动调节系统中，对象负荷变化 的大小和快慢是系统的主要干扰作用，它直接影响调节过程的稳定性 如果负荷变化很大又很频繁，调节系统就很难稳定下来，因此要求负 荷应尽量稳定当系统的平衡被破坏后，在没有外界的调节作用下，被调参数自 行趋向一个新的稳定值的性质就称之为对象的自衡四、自动控制系统的表示方法在研究自动控制系统时，为了能够清楚地表示出一个自动调节系 统各个组成部分之间的相互影响和信号联系，便于对系统分析研究，般都用方框图来表示自动调节系统的组成方框图是用图的形式表示系统中各组成部分的功能和信号（或变 量）传递关系，它的每一个方块表示组成部分的一种功能，箭头的方 向标明信号（或变量）的传递方向在方块图中有四种基本符号：1、信号线：即带箭头的直线，箭头方向表示信号传递的方向2、引出点：表示信号引出或测量的位置，从同一位置引出的信 号线在数据和性质方面是完全相同的3、比较点：对两个或两个以上信号进行代数运算的点4、方块：箭头进入广场的信号称为输入信号，箭头离开方块的 信号称为输出信号。
方框图中的每个方块为系统或元件的传递函数， 它反映了各个环节间的因果关系实际工作中，根据系统的不同，可以有各种各样的方框图但任 何一种复杂的方块图都是由串联、并联、反馈这三种基本形式组成的五、自动控制系统类型简介（一）简单控制系统所谓简单控制系统，通常是指由一个测量元件及变送器、一个调 节器、一个调节阀和一个对象所组成的单闭环控制系统，又称为单回 路控制系统简单控制系统在轻化工生产中应用广泛，所占的比重很大即便 是大型现代化工厂中，简单控制系统仍占自动控制系统总数的80%左 右另外，简单控制系统设计、投运等方面的许多基本问题，在复杂 控制系统中同样存在因此，我们有必要对这些基本问题进行研究二）串级控制系统串级控制系统是应用最早，效果最好，使用最广泛的一种复杂控 制系统特点是两个控制器相串接，主控制器的输出作为副控制器的 设定，适用于时间常数及纯滞后较大的被控制对象，具有可减少副控 对象的等效时间常数、提高系统的工作频率、抑制进入副控回路的扰 动、适应负荷变化等特点三）比值控制系统工业生产上为保持两种或两种以上物料比值为一定的控制叫比 值控制常见的比值控制系统有单闭环比值、双闭环比值和串级比值等三 级。
1、单闭环比值控制系统从物料流量的控制部分看，是一个随 动的闭环控制回路，而主物料流量的控制部分则是开环的，主流量 G1 经比值运算后使输出信号与输入信号成一定比例，并作为副流量 控制器的给定信号值单闭环比值控制系统的优点是：两种物料流量的比值较为精确， 实施方便，从而得到了广泛的应用但是这种控制方案当主流量出现 大的扰动或负荷频繁波动时，副流量在调节过程中，相对于控制器的 给定值会出现较大的偏差因此，这种方案对严格要求动态比值的化学反应是不合适的2、双闭环比值控制系统如果要求主流量也要保持定值，那么 对主流量也要有个闭合的控制回路，主、副流量通过比值器来实现比 值关系，这样就构成了双闭环比值控制系统双闭环比值控制系统实质上是由一个定值控制系统和一个随动 控制系统所组成，它不仅能保 持两个流量之间的比值关系，而且能 保证总流量不变与采用两个单回路流量控制系统相比，其优越性在 于主流量一旦失调，仍能保持原定的比值并且当主流量因扰动而发 生变化时，在控制过程中仍能保持原定的比值关系双闭环比值控制系统除了能克服单闭环比值控制的缺点外，另一 个优点是提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量控制器设定值， 就可提、降主流量，同时副流量也就自动地跟踪主流量，并保持两者 比值不变。
它的缺点是采用单元组合仪表时，所用设备多，投资高；而当今采用 功能丰富的数字式仪表，它的缺点则可安全消失3、串级比值控制系统以上介绍的两种比值控制系统，其流量 比是固定不变的，故也可称定比值控制系统然而，在某些生产过程 中，却需要两种物料的比值按具体工况而改变，比值的大小由另一个 控制器来设定，比值控制作为副回路，从而构成串级比值控制系统， 也称变化值控制系统例如在合成氨变换炉生产过程中，用蒸汽控制 一段触媒层温度，蒸汽与半水煤气的比值应随一段触媒层温度而变， 这样就构成了串级比值控制系统这种控制系统控制精度高，应用范围广四）集散控制系统集散控制系统①CS）又名分散控制系统，它们都是集中分散控制 系统的简称它是集计算机技术、控制技术、通讯技术和RT技术为 一体的综合性高科技产品DCS通过操作站对整个工艺过程进行集中 监视、操作、管理，通过控制站对工艺过程各部分进行分散控制，既 不同于常规仪表控制系统，又不同于集中式的计算机控制系统，而是 集中了两者的优点，克服了它们各自的不足 DCS 以其可靠性、灵活 性、人机界面友好性和通讯的方便性等特点日益被广泛应用ODCS具 有如下特点：控制功能多样化、操作简便、系统便于扩展、维护方便， 可靠性高、便于与其计算机联用。
PID 控制简介目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重 要标志同时，控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理 论和智能控制理论三个阶段智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣 机等自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统一个控制 系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口控制 器的输出经过输出接口、执行机构，加到被控系统上；控制系统的 被控量，经过传感器，变送器，通过输入接口送到控制器不同的控 制系统，其传感器、变送器、执行机构是不一样的比如压力控制系 统要采用压力传感器电加热控制系统的传感器是温度传感器目前， PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多，产品已在 工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大 公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自 校正、自适应算法来实现有利用 PID 控制实现的压力、温度、流量、 液位控制器，能实现PID控制功。