自动化反馈控制系统的基本概念.ppt

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1、船舶电气与自动化（船舶自动化）第五章反馈控制系统的基础知识第一节反馈控制系统的基本概念一、反馈控制系统的组成反馈控制系统对机器设备或生产过程参数的控制过程实际上是直接模拟人的手动操作过程。例1、辅锅炉水位自动控制系统例2、主机冷却水温度自动控制系统主机冷却水温度自动控制系统示意图在自动控制过程中，由于不需要人来干预控制过程，因此必须采用相应的自动化仪表来代替人的功能器官。比如可用温度传感器和变送器来代替人的眼睛，随时测量冷却水的实际温度并把该值送给调节器。调节器代替人的大脑，并对冷却水实际温度进行分析和计算，然

2、后输出控制信号给执机构。执行机构代替人的双手，改变三通调节阀的开度。不论是手动控制，还是自动控制，反馈的作用都是存在的。我们把包含反馈作用的控制过程称为反馈控制过程。组成一个反馈控制系统，必须有四个最基本的环节，即控制对象、测量单元、调节单元和执行机构。（1）控制对象控制对象是指所要控制的机器、设备或装置。把所要控制的运行参数叫做被控量。在锅炉水位自动控制系统中，锅炉是控制对象，水位是被控量。在柴油机冷却水温度自动控制系统中，淡水冷却器是控制对象，冷却水温度是被控量。在柴油机转速自动控制系统中，柴油机是控制对象

3、，转速是被控量。（2）测量单元测量单元的作用：检测被控量的实际值，并把它转换成标准的统一信号，该信号叫被控量的测量值。在气动控制系统中，其统一的标准气压信号是0.02～0.1MPa；在电动控制系统中，其统一的标准电流信号是0～10mA或4～20mA。在温度自动控制系统中，测量单元采用温度传感器和温度变送器；在压力自动控制系统中，测量单元采用压力传感器和压力变送器；在锅炉水位自动控制系统中，测量单元采用水位发讯器（参考水位罐）和差压变送器。（3）调节单元调节单元是指具有各种调节作用规律的调节器。把运行参数所希望控

4、制的最佳值叫给定值，用r表示；被控量的测量值用z表示。把被控量的测量值偏离给定值的数量叫偏差值，用e表示,显然，e=r-z。若e＞0，则说明测量值低于设定值，为正偏差；若e＜0，则说明测量值大于设定值，为负偏差；若e＝0，则说明测量值等于设定值，为无偏差。调节器首先接收测量单元送来的被控量的测量信号，并与被控量的给定值相比较得到偏差信号，再根据偏差信号的大小和方向（正偏差还是负偏差），依据某种调节作用规律输出一个控制信号，对被控量施加控制作用，直到偏差等于零或接近零为止。在实际应用中，调节器一般有位式调节器、比

5、例调节器、比例积分调节器、比例微分调节器和比例积分微分调节器等五种，根据控制对象特性的不同及对被控量控制精度的要求，控制系统可选用不同调节作用规律的调节器。（4）执行机构执行机构的输入量是调节单元输出的控制信号，调节单元输出的控制信号一般都要经过执行机构才能作用到控制对象上，从而改变流入控制对象的物质或能量，使之能适应控制对象的负荷变化。在气动控制系统中，执行机构—般是气动薄膜调节阀或气动活塞式调节阀；在电动控制系统中，一般采用伺服电机。以上四个基本单元在组成反馈控制系统中是缺一不可的。但对于一个完整的反馈控制

6、系统，一般还设有显示单元，用来指示被控量的给定值和测量值。同时，对气动控制系统来说，应设有气源装置和定值器；对电动控制系统尚需设稳压电源等辅助装置。二、自动控制系统传递方框图控制单元执行机构被控对象测量单元图5-2反馈控制系统传递方框图R(t)－设定值z(t)－测量值e(t)－偏差值y(t)－被控量q(t)－执行量p(t)－控制量d(t)－外部扰动值A（1）环节在控制系统传递方框图中，代表实际单元的每个小方框称为一个环节。每个环节都有输入量和输出量，并用带箭头的信号线来表示。其中箭头指向该环节的信号线为输入量，

7、箭头离开该环节的信号线为输出量。任何环节输出量的变化均取决于输入量的变化以及该环节的特性，而输出量的变化不会直接影响输入量，这叫信号传递的单向性。（2）扰动控制对象作为反馈控制系统的组成环节，其输出量是被控量，而引起被控量变化的因素统称为扰动。扰动可分为两类：外部扰动、基本扰动。基本扰动是指来自控制系统内部控制通道（调节通道）的扰动。基本扰动通过调节通道影响被控量。例如，在水位控制系统中，给水调节阀开度的改变将引起水位的变化；在冷却水温度控制系统中，三通调节阀开度的改变将引起水温的变化，等等。外部扰动是指来

8、自系统外部环境的扰动，外部扰动通过扰动通道影响被控量。例如，以锅炉为控制对象的水位控制系统，水位是被控量，锅炉负荷（外部用汽量）的变化将引起水位的变化；在柴油机气缸冷却水温度控制系统中，水温是被控量，柴油机负荷的变化、海水温度的变化、淡水冷却器中水管结垢的多少等都会引起冷却水温度的变化。这种扰动是由于设备负荷或外界环境的扰动变化而导致控制对象内部的能量平衡遭到破坏而引起的。（3）系统