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1、,自动控制系统：主体客体,自动控制简介,经典控制理论以传递函数为基础，研究单输入、单输出自动控制系统的分析和设计问题。,现代控制理论以状态空间法为基础，研究多输入、多输出、定参数或变参数、线性或非线性一类自动控制系统的分析和设计问题。,自动控制理论用数学方法研究自动控制系统的理论。主要包括控制系统的分析（数学模型、性能指标）和控制系统的设计（性能要求、结构和参数设计、性能校核）。,一、反馈控制系统的组成二、反馈控制系统传递方框图三、反馈控制系统的工作过程四、反馈控制系统的分类五、自动控制系统的其他形式,第一节反馈控制系统的组成,一、反馈控制系统的组成,图1-1-1 柴油机气缸冷却水温度控制过程

2、示意图l-淡水泵；2-温度表；3-感温元件；4-柴油机；5-温度变送器；6-调节器；7-执行机构；8-三通电磁阀；9-淡水冷却器,测量单元,调节单元,执行机构,控制对象,一、反馈控制系统的组成,1.控制对象控制对象是指所要控制的机器、设备或装置，控制对象上所要控制的运行参数则称为被控量。例：柴油机气缸冷却水温度自动控制系统锅炉水位自动控制系统锅炉蒸汽压力控制系统燃油粘度自动控制系统柴油机转速控制系统,一、反馈控制系统的组成,2.测量单元测量单元的作用是检测被控量的实际值，并把它转换成统一的标准信号。常用标准信号：气压信号0.02-0.1MPa电流信号0-10mA或4-20mA电压信号0-10V

3、测量单元传感器变送器,一、反馈控制系统的组成,3.调节单元调节单元是指具有某种调节作用规律的调节器。调节单元根据设定值和测量值的偏差，按照某种调节作用规律，输出一个控制信号给执行机构。调节器的作用规律：位式调节器比例调节器比例积分调节器比例微分调节器比利积分微分调节器,一、反馈控制系统的组成,4.执行机构执行机构接收调节单元输出的控制信号，并将该信号转换为作用到控制对象的实际控制作用。气动控制系统气动薄膜式调节阀或气动活塞式调节阀电动控制系统伺服电机,一、反馈控制系统的组成,反馈控制系统的组成：控制对象测量单元调节单元执行机构辅助单元如：指示给定值和测量值的指示单元设定给定值的给定单元气源装置

4、或稳压电源装置等,一、反馈控制系统的组成二、反馈控制系统传递方框图三、反馈控制系统的工作过程四、反馈控制系统的分类五、自动控制系统的其他形式,第一节反馈控制系统的组成,二、反馈控制系统传递方框图,二、反馈控制系统传递方框图,1.环节2.扰动：引起被控量变化的因素统称扰动。基本扰动通过调节通道引起的被控量的变化 外部扰动系统外部环境对被控量产生的影响3.系统的输入与输出：输入设定值、外部扰动输出被控量4.反馈：系统输出的变化经测量单元又送回到系统的输入端，称为反馈。反馈有正反馈、负反馈。5.前向通道与反馈通道6.闭环系统：封闭的控制回路,一、反馈控制系统的组成二、反馈控制系统传递方框图三、反馈控

5、制系统的工作过程四、反馈控制系统的分类五、自动控制系统的其他形式,第一节反馈控制系统的组成,三、反馈控制系统的工作过程,平衡状态外部扰动被控量变化测量单元比较偏差调节器控制信号执行机构控制对象被控量,平衡状态给定值变化被控量变化测量单元比较偏差调节器控制信号执行机构控制对象被控量,一、反馈控制系统的组成二、反馈控制系统传递方框图三、反馈控制系统的工作过程四、反馈控制系统的分类五、自动控制系统的其他形式,第一节反馈控制系统的组成,四、反馈控制系统的分类,1、按所用能源分类气动控制系统、电动控制系统2、按仪表的结构形式分类单元组合仪表：各单元分别制成一台独立仪表基地式仪表：各单元组装成一台仪表3、

6、按给定值的变化规律分类定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统4、按信号特征分类连续系统、离散系统线性系统和非线性系统，单输入单输出系统和多输入多输出系统，温度控制系统，转速控制系统，液位控制系统，压力控制系统。,一、反馈控制系统的组成二、反馈控制系统传递方框图三、反馈控制系统的工作过程四、反馈控制系统的分类五、自动控制系统的其他形式,第一节反馈控制系统的组成,五、自动控制系统的其他形式,1、开环控制:无反馈,缸套水温度控制系统为例：温度给定值旁通阀开度温度给定值主机负荷旁通阀开度,五、自动控制系统的其他形式,2、复合控制复合控制是指在一个控制系统中同时包含有开环和闭环控制方式,一、控制系统动

7、态过程的概念二、控制系统的典型输入信号三、评定控制系统动态过程品质的指标,第二节反馈控制系统的动态过程,一、控制系统动态过程的概念,1、稳态系统输出量不随时间变化而是稳定在给定值上或给定值附近的状态称为稳态。稳态特性：y（t=）=f（x）,一、控制系统动态过程的概念,2、动态系统从受到扰动开始到被控量稳定在新稳态值，达到新的平衡状态的过程称为动态过程，又称过渡过程。,一、控制系统动态过程的概念二、控制系统的典型输入信号三、评定控制系统动态过程品质的指标,第二节反馈控制系统的动态过程,二、控制系统的典型输入信号,1、研究典型输入信号的必要性2、几种典型的输入信号形式1）阶跃输入函数2）速度输入函

8、数3）脉冲输入函数4）正弦输入函数,二、控制系统的典型输入信号,1）阶跃输入函数如果R=1，则称为单位阶跃输入函数,二、控制系统的典型输入信号,2）速度输入函数如果R=1，则称为单位速度输入或单位斜坡输入,二、控制系统的典型输入信号,3）脉冲输入函数当脉冲函数波形曲线包含的面积为1时，则称为单位脉冲函数 当h0时，r（t），此时称为理想的单位脉冲函数。理想的单位脉冲函数只有在理论研究时才有意义，现实中是不存在的,二、控制系统的典型输入信号,4）正弦输入函数,一、控制系统动态过程的概念二、控制系统的典型输入信号三、评定控制系统动态过程品质的指标,第二节反馈控制系统的动态过程,三、评定控制系统动态

9、过程品质的指标,阶跃函数是自动控制系统在实际工作中经常遇到的一种外作用形式。例如电源电压的突然跳动，负载突然增大或减小，都可近似成阶跃函数形式。因此，在控制系统的分析设计中，阶跃函数是用的最多的一种评价系统动态性能的典型实验输入信号。因为常用，所以一些性能指标才根据阶跃函数的响应来定义。,三、评定控制系统动态过程品质的指标,1、稳定性指标：衰减率和振荡次数N2、精确性指标：最大动态偏差、静态偏差 和超调量 3、快速性指标：过渡过程时间、上升时间 和峰值时间,对控制系统的要求可以概括为以下几个字：稳、准、快、壮、省,三、评定控制系统动态过程品质的指标,1、稳定性指标：衰减率和振荡次数N衰减率是指

10、在衰减振荡中，第一个波峰幅值与第二个同向波峰幅值的差值与第一个波峰幅值之比。衰减比是第一个波峰幅值与第二个同向波峰幅值的比值。振荡次数N是指在衰减振荡中，被控量的振荡次数。理想值：0.750.9；衰减比：4：1；振荡次数：23,三、评定控制系统动态过程品质的指标,2、精确性指标：最大动态偏差、静态偏差、超调量衰减率是指在衰减振荡中，第一个波峰幅值与第二个同向波峰幅值的差值与第一个波峰幅值之比。23,第三章调节器基本作用规律,调节器作用规律简介第一节双位作用规律第二节比例作用规律第三节比例积分作用规律第二节比例微分作用规律第二节比例积分微分作用规律,调节器作用规律简介,1、调节器对控制系统的动态

11、过程品质起着决定性的影响。2、调节器的作用规律是指调节器的输出量p（t）与输入量e（t）之间的函数 关系，即p（t）=fe（t）3、依据输出的变化方向，调节器有正作用式和反作用式两种。4、船舶机舱常用的调节器作用规律：双位作用规律、比例（P）作用规律、比例积分（PI）作用规律、比例微分（PD）作用规律、比例积分微分（PID）作用规律,第三章调节器基本作用规律,调节器作用规律简介第一节双位作用规律第二节比例作用规律第三节比例积分作用规律第二节比例微分作用规律第二节比例积分微分作用规律,一、双位作用规律二、浮子式水位双位控制系统三、双位式压力调节器,第一节双位作用规律,一、双位作用规律,特点：对应被控量的上限和下限，调节器只有两个输出状态。这种作用规律不能使被控量稳定在某个值上，而是使被控量在上限值和下限值之间波动。应用：液位、压力、温度,ymin ymax y（t）,二、浮子式水位双位控制系统,如：热水井的水位控制、主机燃油日用柜的液位控制、小型辅锅炉的 水位自动控制,三、双位式压力调节器,如：船舶辅锅炉蒸汽压力、日用海淡水压力柜压力、空气瓶压力,