《控制基础》PPT课件(I)

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1、化工自动化及仪表华东理工大学信息学院自动化系学习这门课的重要性：控制系统在化工领域的应用很普遍，比如：炼油厂、化肥厂、纯碱生产过程在涤纶短纤维生产过程、制浆、造纸过程、制药等等。工艺人员也应该充分了解所用的控制系统，以及控制系统的特性。这样才能设计出合理、高效的生产工艺。1自动控制系统概述本章的主要内容：1.1自动化及仪表发展概述1.2自动控制系统1.3控制系统过渡过程及品质指标什么是自动化？图1-1(a)手动控制(b)自动控制自动化，是指机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序或指令自动地进行操作或运行。自动控制是关于受控系统的分析、设计和运行的理论和

2、技术。两者既有联系，但也有一定的区别。自动化主要研究的是人造系统的控制问题，自动控制则除了上述研究外，还研究社会、经济、生物、环境等非人造系统的控制问题。例如生物控制、经济控制、社会控制及人口控制等，显然这些都不能归入自动化的研究领域的。不过人们提到自动控制，通常是指工程系统的控制，在这个意义上自动化和自动控制是相近的。控制和自动化的概念我国古代自动装置中国古代能工巧匠发明许多原始的自动装置，以满足生产、生活和作战的需要。其中比较著名有下述的几种：(1)指南车(2)铜壶滴漏(3)浮子式阀门(4)饮酒速度的自动调节(5)计里鼓车(6)漏水转浑天仪(7)候风

3、地动仪(8)水运仪象台（1）指南车是中国古代用来指示方向的一种具有能自动离合的齿轮系装置的车辆。指南车是一种马拉的双轮独辕车，车箱上立一个伸臂的木人。车箱内装有能自动离合的齿轮系。当车子转弯偏离正南方向时车辕前端就顺此方向移动，而后端则向反方向移动，并将传动齿轮放落，使车轮的传动带动木人下的大齿轮向相反方向转动，恰好抵消车子转弯产生的影响（图1-2）齿轮系车身木人方向车辆转弯图1-2指南车方框图图1-3指南车复原模型图1-4指南车原理（2）铜壶滴漏中国古代的自动计时（测量时间）装置，又称刻漏或漏刻。这种计时装置最初只有两个壶，由上壶滴水到下面的受水壶

4、，液面使浮箭升起以示刻度（即时间）（图1-5）。保持上壶的水位恒定是滴漏计时准确的关键。这个问题后来是用互相衔接的多极（3-5极）水壶来解决的。图1-5两壶滴漏根据宋朝杨军的《六经图》（公元1155）转述：莲华漏（图1-6）由4个壶组成。天地壶、平水壶逐级向平水小壶供水。平水小壶上有溢水口，可使多余的水泄入减水桶以保持水面恒定。在莲华漏中还采用一个浮子式阀门作为自动切断阀。当受水壶的水位升至满刻度时，浮子式阀门就会自动阻塞上级平水壶的出水小孔，切断水滴（见图1-6上平水壶前的一个小鸟式装置）。图1-64壶滴漏（3）饮酒速度自动调节图1-7饮酒速度自动

5、调节（4）计里鼓车图1-8计里鼓车复原模型及原理（5）漏水转浑天仪公元2世纪，中国东汉的天文学家张衡创制的一种天文表演仪器。它是一种用漏水推动的水运浑象，和现在的天球仪相似，可以用来实现天体运行的自动仿真。图1-9张衡水力天文仪器中齿轮系推想图（6）候风地动仪图图1-10候风地动仪图(复原模型)及剖面图（7）水运仪象台公元1088年，中国苏颂等人把浑仪（天文观测仪器）、浑象（天文表演仪器）和自动计时装置结合在一起建成了水运仪象台。（7）水运仪象台图1-11水运仪象台图1-12水运仪象台枢轮和天衡装置示意图自动装置的出现和应用（18世纪以前）“自

6、动控制”作为一种技术掌握在发明家的手中中国和巴比伦出现了自动计时装置—刻漏、指南车、水运仪象台等。公元1世纪古埃及和希腊的发明家也创造了教堂庙门自动开启、铜祭司自动洒圣水、投币式圣水箱等自动装置。中国天文学家张衡（公元78-139）曾经发明了对天体运行情况自动仿真的漏水转浑天仪和自动检测地震的候风地动仪。公元1088年，中国苏颂等人把浑仪（天文观测仪器）、浑象（天文表现仪器）和自动计时装置结合在一起建成了水运仪象台。(1)古代自动装置(2)近代自动装置17世纪以来，随着生产的发展，在欧洲的一些国家相继出现了多种自动装置，其中比较典型的有：法国物理学家B.

7、帕斯卡（Pascal）在公元1642年发明的加法器；荷兰机械师C.惠更斯（Huygens）于公元1657年发明钟表；英国机械师E.李（Lee）在公元1745年发明带有风向控制的风磨；俄国机械师И.И.波尔祖诺夫（Ползунов）于公元1765年发明为蒸汽锅炉水位保持恒定用的浮子式阀门水位调节器。自动化技术形成时期（18世纪末至20世纪30年代）公元1788年J.瓦特将离心式调速器与蒸汽机的阀门连接起来，构成蒸汽机转速的闭环自动调速系统。图1-13蒸汽机转速的闭环自动调速系统1.1自动化及仪表发展概述控制理论的发展经典控制理论:20世纪40年～20世纪

8、50年代Nyquist(1932)频域分析技术Bode(1945)图根轨迹分析方