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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.教学目的要求：1、了解何为(过程)自动化和自动化技术、自动化仪表的简要发展过程2、掌握如何来构筑一个控制系统 教学重点：自动化技术术、自动化仪仪表的简要发发展过程教学难点：如何来构筑筑一个控制系系统教学时数：1教学内容：第一章 绪论论1.1 何为(过程)自动化：从工艺的眼光来来看在工艺设备上，配配备一些自动动化装置，用用它们来代替替操作人员的的（部分）直直接劳动，使使生产在不同同程度上按照照规定的要求求自动地进行行，也即：用用自动化装置置来管理设备备（生产过
2、程程），使之正正常运行换一种说法所谓自动化是使使工艺参数保保持在需要的的值或者状态态上，或者使使生产过程按按照一定的程程序或者步骤骤运行，保证证生产过程运运行在最佳状状态所谓“自动控制制”是指应用自自动化仪器仪仪表或自动控控制装置代替替人自动地对对仪器设备或或工业生产过过程进行控制制，使之有目目的地修正被被控对象的动动力学行为，以以达到预期的的状态或满足足预期的性能能要求。为什么要实现自自动控制？原因一：代替人人的劳动，减减轻劳动强度度，提高生产产效率原因二：炼油、化化工、冶金、电电力、生物、制制药等工业过过程的生产规规模越来越向向大型化、复复杂化方向发发展，各种类类型的自动控控制技术已经经成
3、了现代工工业生产实现现安全、高效效、优质、低低耗的基本条条件和重要保保证 1.2 如何何来构筑一个个控制系统？ 进料口出料口H玻璃管液位计测量仪表设定值控制器1.3自动化技技术的简要发发展过程1、控制理论的的简要发展过过程自动控制的本质质：是指应用用自动化仪器器仪表、自动动控制装置代代替人，自动动地对仪器设设备或工业生生产过程进行行控制，使之之有目的地修修正被控对象象的动力学行行为，以达到到预期的状态态或满足预期期的性能要求求控制问题的本质质：就是要求求基于对象内内在的动力学学本质和规律律，运用适当当的数学工具具求取问题的的解。 “控制”这一概概念本身即反反映了人们对对征服自然与与外在的渴望望
4、，作为自动动控制科学的的核心的控制制理论与技术术也自然而然然地在人们征征服自然与改改造自然的历历史中发展起起来。 2、经典控制理理论1868年J.C. Maaxwelll为了解决蒸蒸汽机调速器器的精度和稳稳定性之间的的矛盾，首先先提出了微分分方程模型和和稳定性分析析的数学方法法，从微分方方程角度讨论论了调节器系系统可能产生生的不稳定现现象，他所发发表的“论调节器”是目前比较较公认的第一一篇控制理论论论文。 1877年E.J. Roouth和1895年A. Huurwitzz创造性地提提出了称为RRouth，它它是经典控制制理论中最基基础的稳定性性分析工具之之一。 1932年Nyyquistt提
5、出了“Nyyquistt稳定性判据据”。1945年Boode建立了了控制系统的的频域设计方方法（Bodde图法）。之之后，经过WWienneer、Nichools等人的的杰出贡献，终终于形成了经经典的反馈控控制和频域理理论，并于220世纪50年代趋于于成熟经典控制理论建建立在传递函函数基础上的的，主要针对对线性定常、SISO对象，基于反馈控制的主导思想，完成控制系统的镇定任务。经典控制理论最辉煌的成果首推PID控制规律，对于无时间延迟的SISO系统极为有效。直到目前，在工业过程控制中仍然被广泛应用。 （90以上）3、现代控制理理论由于工业生产过过程也向着大大型化、连续续化的方向发发展。 导致（
6、a）控制系统统渐趋复杂： 在在整体结构上上，表现为非非线性、不确确定性、无穷穷维、多层次次等； 在在被处理的信信息上，表现现为信号的不不确定性、随随机性、不完完全性等。（b）控制要求求越来越高，除除了实现单纯纯的稳定控制制以外，控制制器的设计往往往还要追求求最佳的性能能要求 经典控制理论已已无法满足解解决多变量、非非线性、不确确定性以及最最佳性能要求求等问题的需需要，这在客客观上促使现现代控制理论论得以建立和和发展。 4、经典控制理理论和现代控控制理论的关关系对于经典控制理理论、现代控控制理论以及及智能控制理理论而言，并并非意味着相相互的否定和和排斥，它们们之间有着共共同发展、互互相渗透、相相
7、互结合的发发展关系。需要提出的是，在在当今的过程程控制领域中中，几乎有990以上的的控制回路仍仍然沿用经典典的PID控制算算法或PIDD控制算法的的变形，并能能够获取比较较满意的控制制效果 5、仪表的简要要发展过程常见的测控参数数：T、P、LL、F、A（五五大参数） 测控仪表的分类类：变送器（传传感器）、执执行器、控制制器三大类 控制器：常规调调节器、智能能调节器、计计算机系统 6、自动化装置置的简要发展展过程1.4 本课程程的主要知识识点自动控制究竟是是一个什么“东西”？不是名词词解释 需要学学习自控回路路（系统）的的组成、基本本工作原理、如如何评价自动动质量怎么样来构建一一个自动控制制回路
8、？ 需要学学习构建自控控回路的各环环节的作用，各各环节的特性性对自控系统统的影响，（最最常用）检测测仪表、控制制仪表的基本本工作原理，如如何选择合适适的自控设备备（仪表）如何工程实施施？ 即使一个个象空调器温温度控制那么么简单的自动动控制回路的的实施？需要学习自动系系统的设计、控控制参数的整整定更复杂的控制回回路如何工程程实施？计算机控制是什什么一回事？怎么样来设设计一个计算算机控制系统统？教学目的要求求：1、了解自控系系统的组成、自自控系统的分分类、系统运运行的基本要要求自动控制制、系统的过过渡过程和品品质指标2、掌握方块图图、管道及仪仪表流程教学时数：2教学重点：自控系统的的组成、自控控系
9、统的分类类、系统运行行的基本要求求自动控制、系系统的过渡过过程和品质指指标教学难点：方块图、管管道及仪表流流程教学内容：第2章 自控控系统基本概概念2.1自控系统统的组成 控制系统统的 4 个个基本环节： 被控对象象、检测仪表表(测量变送送环节)、控控制器、执行行器几个常用术语 ：（1）被控对象象：需要实现控控制的设备、机机械或生产过过程称为被控控对象，简称称对象。（2）被控变量量：对象内要求求保持一定数数值（或按某某一规律变化化）的物理量量称为被控变变量。（3）控制变量量（操纵变量）：受执行器控控制，用以使使被控变量保保持一定数值值的物料或能能量称为控制制变量或操纵纵变量。 （4）干扰（扰扰
10、动） 除控控制变量（操操纵变量）以以外，作用于于对象并引起起被控变量变变化的一切因因素称为干扰扰。（5）设（给）定定值 工艺规规定被控变量量所要保持的的数值。（6）偏差：偏偏差本应是设设定值与被控控变量的实际际值之差。但但能获取的信信息是被控变变量的测量值值而非实际值值，因此，在在控制系统中中通常把设定定值与测量值值之差定义为为偏差。2.2系统运行行的基本要求求 自动控制系统的的（最）基本本要求是系统统运行必须是是稳定的反馈是控制系统统的输出（即即被控变量）通通过测量变送送返回到控制制系统的输入入端，并与设设定值比较的的过程。若反馈的结果是是使系统的输输出减小，则则称为负反馈馈若反馈的结果是是
11、使系统的输输出增加，则则称为正反馈馈工业控制系统一一般情况下都都应为负反馈馈。 闭环与开环 闭环系统的的输出被反馈馈到输入端并并与设定值进进行比较的系系统称为闭环环系统，此时时系统根据设设定值与测量量值的偏差进进行控制，直直至消除偏差差开环系统的的输出没有被被反馈回输入入端，执行器器仅只根据输输入信号进行行控制的系统统称为开环系系统，此时系系统的输出与与设定值与测测量值之间的的偏差无关调节器被控对象测量变送装置+SP执行器要实现自动控制制，系统必须须闭环。闭环控制系统稳稳定运行的必必要条件是负负反馈正作用与反作用用(如何保证证系统是负反反馈的？） 1、输出信号随随输入信号的的增加而增加加的环节
12、称为为正作用环节节2、输出信号随随输入信号的的增加而减小小的环节称为为反作用环节节例如：对于调节节器来说，测测量值增大，输输出增大，称称为正作用调调节器3、能否构成负负反馈系统和和系统中各环环节的特性有有关 液位调节器液体储槽+SP执行器液位变送器由于被控对象和和执行器的特特性是由实际际的工艺现场场条件决定的的，所以应当当通过控制器器的正、反作作用特性来满满足系统负反反馈的要求。 2.3控制系统统的分类 1）按被控变量量对操作变量量的影响分 闭闭环控制系统统如：反馈馈控制 开开环控制系统统如：前馈馈控制2）按补偿干扰扰的方法分反馈调节器执行器对象传感器、变送器+SPxzeuqyf 干扰扰f（t
13、）被控变量调节节器操作变量量补偿干扰 前馈前馈补偿器执行器对象传感器、变送器pqy干扰f 干扰扰f（t）变变送器补偿器器操作变量补偿偿干扰 反馈+前馈 调节器执行器对象传感器、变送器+SPxzey干扰f变送器前馈补偿器+3）按设定值的的特点区分 定值控制系系统设定值是是由工艺要求求给出的不变变常数 通通常要求被控控变量尽量与与设定值保持持一致。随动控制系统设定值随随时间不断发发生变化 通通常要求被控控变量尽可能能地与设定值值一起变化。 教材中的程序控控制事实上可可以理解为随随动控制 4）按控制系统统的复杂程度度区分简单控制系统 复杂控制系系统5）按控制变量量的名称区分分 温度控制系统 压力控制
14、系系统 6）按调节规律律区分 PP、PI、PD、PID、预估估控制 2.4 过渡过过程和品质指指标 （1）静态（稳稳态）和动态态控制系统的作用用：尽可能使使被控变量与与设定值保持持一致（或随随设定值一起起变化），当当被控变量受受干扰影响而而偏离设定值值时，控制作作用必须驱使使被控变量回回到设定值静态被控变变量不随时间间变化的平衡衡状态（变化化率为0，不不是静止）。 如果控控制系统是稳稳定的，假设设设定值和干干扰都保持不不变，经过足足够长的时间间，控制系统统中各参数必必然会到达一一个“相对”平衡状态，这这种状态就是是所谓的“静态”，在控制领领域中更多的的称之为“稳态”。 静态”是物料、能能量、传热、传传质、化学反反应速度等平平衡关系的最最终体现。 很明显显，单纯用“静态”的概念来衡衡量控制系统统的品质指标标是不充分的的。 动态被控变变量随时间变变化的不平衡衡状态。 如果系系统原来处于
