自动控制系统基本知识.ppt

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1、自动控制基本知识陶若虹2011年8月主要内容一、控制系统概述1.自动化技术所涉及的内容2.控制系统的发展3.过程控制的特点4.过程控制的要求和任务二、控制系统的基本知识1.自动控制的概念2.自动控制系统的组成3.自动控制系统的分类4.自动控制系统的过渡过程与质量指标三、被控对象的特性1.工业过程被控对象2.被控对象数学模型的建立3.描述被控对象特性的参数4.被控对象特性的实验测定方法1.自动化技术所涉及的内容自动化（automation），指以无人化为目标的自动化技术。它在生产现场为使生产合理化而

2、进行的自动操作（automaticoperation）和自动化技术（automatization）的简称。自动化技术所涉及的内容大致可分为四种类型：CAMP2.控制系统的发展50年代—集中型气动仪表控制系统。工业自动化仪表以气动仪表为流，理论基础是用传递函数进行数学描述，以根轨迹法和频率法作为分析和综合系统基本方法的经典控制理论。60年代—集中型模拟电动仪表控制系统。工业自动化仪表以模拟电动DDZⅡ、DDZⅢ为主流，产生了为实现空间探索需要而发展起来的现代控制理论。现代控制理论以状态空间分析方法为

3、基础，内容包括三大部分：以最小二乘法为基础的系统辨识；以极大值原理和动态规划为主要方法的最优控制；以卡尔曼滤波理论为核心的最佳估计。60年代末至70年代初—引入集中型计算机控制系统，出现了用计算机代替模拟调节器的直接数字控制（DDC—DirectDigitalControl）和由计算机确定模拟调节器或DDC回路最优设定值的监督控制（SCC—SupervisoryComputerControl）。70年代中期—出现以微处理器为基础的集散型计算机控制系统（DCS—DistributedControlS

4、ystem）以及与之相关的监督、控制和数据采集系统SCADA系统。为自动化发展的第三阶段。形成了所谓第三代控制理论，即大系统理论和智能控制理论。2.控制系统的发展80年代—工业控制计算机开始发展，自动化进入计算机时代，通过网络形成分布式计算机系统（HCS——HierarchicalControlSystem）。90年代—进入CIPS和CIMS时代。即计算机集成过程系统CIPS—ComputerIntegratedProductionSystems和计算机集成制造系统CIMS—ComputerInt

5、egratedManufactureSystems。出现了EI、EIC（E（electrical）电控、I（instrumentation）仪控和C（computer）计算机“三电”一体化）集成产品。2.控制系统的发展3.过程控制的特点系统由系列化生产的过程检测控制仪表组成；控制方案的多样性，有单变量控制，也有多变量控制；有传统的PID控制，也可以有自适应控制、预测控制、推理控制和模糊控制等；控制过程多属于慢过程参量控制，被控对象动态特性一般具有大惯性、大滞后和非线性的特点；定值控制是过程控制的一

6、种主要形式，即控制的主要目的是如何减小或消除外界扰动对被控制量的影响。4.过程控制的要求和任务对过程控制的要求安全性：生产过程中确保人身和设备的安全；经济性：生产成本低而效率高；稳定性：具有抑制外部干扰，保持生产过程长期稳定运行的能力。过程控制的任务在了解掌握工艺流程和生产过程的静、动态特性的基础上，根据以上要求，应用控制理论对控制系统进行分析和综合，采用适宜的手段加以实现4.过程控制的要求和任务控制方式和自动化水平控制方式大致可分成三个层面纯手动的就地控制，即电气控制（硬手操）上位机对设备一对一

7、的点动操作（软手操）由程序完成系统的自动控制自动控制控制系统设计达到的自动化水平为系统全自动运行，具备无人值守的能力和条件，特殊情况下能满足运行人员半自动程序控制、跳步以及手动控制要求，应急手动操作切换在就地控制箱或其它就地设备上进行。主要内容一、控制系统概述1.自动化技术所涉及的内容2.控制系统的发展3.过程控制的特点4.过程控制的要求和任务二、控制系统的基本知识1.自动控制的概念2.自动控制系统的组成3.自动控制系统的分类4.自动控制系统的过渡过程与质量指标三、被控对象的特性1.工业过程被控对

8、象2.被控对象数学模型的建立3.描述被控对象特性的参数4.被控对象特性的实验测定方法1.自动控制的概念人工控制和自动控制锅炉给水自动调节汽包水位—调节对象（被控对象）水位值（H）—被调量（被控变量）须维持在给定范围规定水位（H0）—给定值给水阀门—调节机构（控制装置）图1-1所示的控制过程是由人来直接进行的，所以叫做人工控制（调节）。人工控制过程通过人的三个器官来完成，其质量取决于运行人员的运行经验和操作熟练程度，控制精度较低。图1-2所示，若用一套自动控制装置来代替上述人工操作，