第1章自动控制系统的基本知识
●1.1自动控制的基本概念
●1.2自动控制系统的组成与系统原理框图
●1.3控制系统的分类
●1.4对自动控制系统的基本要求
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1.1自动控制的基本概念
·1.1.1自动控制
·自动控制是在人工控制的基础上发展起来的。
·以水箱液位控制系统为例，如图1一1所示，工艺要求保持水箱中的液位恒定。当出水量发生变化时，水箱水位会上下变动，操作者用眼睛观察液位计中液位的高低，通过神经系统告诉大脑；经过大脑的思考，与要求的水位进行比较，得出偏差的大小和方向，根据经验由大脑发出命令；用双手去控制进水阀的开度，引起进水量发生变化，最终使
水箱中的液位达到要求的高度。
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1.1自动控制的基本概念
·1.1.2常用术语
·(1)被控对象。将需要控制的设备或生产过程称为被控对象，简称对象。本例中的被控对象是水箱。
·(2)被控量。将被控对象运行时需要控制的参数称为被控量，用c(t)表示。本例中的被控量是水箱液位。
·(3)给定值。工艺要求被控量所要达到的数值称为给定值、设定值或参考输入，用r(t)表示。
·(4)扰动量。将引起被控量变化的一切因素称为干扰量或扰动量，简称扰动，用d(t)表示。
·自动控制的口的就是在没有人直接参与的情况下，被控对象在各种扰动d(t)的作用下，始终能保证被控量等于给定值或接近给定值。数学表达式为c(t)≈r(t)
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1.2自动控制系统的组成与系统原理
框图
·1.2.1自动控制系统的组成
·自动控制系统主要是由被控对象和自动控制装置组成的。
·水箱液位自动控制系统如图1-2所示，工艺要求保持液位恒定。为了控制好水箱液位，控制系统需包括以下几个部分：
·(1)检测变送装置(或传感器)。将被控量的实际数值，转化为某种便于传送、符合规范、标准统一的信号的装置，称为检测变送装置或传感器。本例中的压力变送器就是检测变送装置，它实时测出被控量的实际数值，并送出一个相应规范的、标准统一的信号作为被控量的测量值。Cm(t),它相当于人工控制中“眼”的作用。
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1.2自动控制系统的组成与系统原理
框图
·(2)控制装置。接收检测变送装置送来的被控量的测量信号。cm(t),并与工艺上要求的给定值信号r(t)进行比较，再根据比较的结果—偏差信号的极性与大小，按照一定的控制规律或算法，发出相应的控制信号u(t)。本例中的智能控制仪，可起相当于人工控制中“脑”的作用，用于比较、决策并发出控制命令。可见，控制装置是自动控制系统中最关键、核心的组成部分。
·(3)执行装置(或执行器)。接收控制装置输出的控制信号u(t),并将其转变为一个能对被控对象实际施加的控制作用。本例中的进水阀，可起相当于人工控制中“手”的作用，能依据大脑发出的控制命令，来改变控制阀的流量。
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1.2自动控制系统的组成与系统原理
框图
·1.2.2自动控制系统的原理框图
·为了表明自动控制系统的组成以及信号之间的传递关系，在控制中经常使用自动控制系统的原理框图，简称系统框图或系统方块图。图1-3就是自动控制系统的原理框图。
·控制系统的原理框图是由4部分组成的。
·1.环节
·环节为图中方框，指自动控制系统中的各个组成部分。
·2.作用线
·作用线为图中箭头线，指朝向方框的作用线，称为该环节的输入量
(或输入信号),它是引起该环节运动的原因；背向方框的作用线，称为该环节的输出量(或输出信号),它是该环节在输入量作用下，所引起的运动结果。信号在每个环节中只能按箭头方向单向传递。
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1.2自动控制系统的组成与系统原理
框图
·3.比较点或综合点、汇交点
·其为图1一3中用“×”符号表示的点。
·偏差信号e(t)的定义为：e(t)=r(t)-cm(t)
·4.分叉点或引出点
·其系图1-3中用符号““表示的点。
·图1-3中，被控量e(t)一方面作为被控对象的输出量往外输出，同时又被作为检测变送装置的输入量，把一个信号大小不变地同时送到不同的地方。
·从图1-3可以看出，整个自动控制系统输入量为给定值e(t)和扰动量d(t),输出量为被控量e(t)。
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1.2自动控制系统的组成与系统原理
框图
·把系统(或环节)的输出信号直接或