一级造价工程师

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一、自动控制系统基本概念

（一）自动控制系统的组成

1.被控对象：是控制系统所控制和操纵的对象，它接受控制量并输出被控量。

2.控制器：接收变换和放大后的偏差信号，转换为被控对象进行操作的控制信号。

3.放大变换环节：将偏差信号变换为适合控制器执行的信号。它根据控制的形式、幅值及功率来放大变换。

4.校正装置：为改善系统动态和静态特性而附加的装置。如果校正装置串联在系统的前向通道中，称为串联校正装置；如果校正装置接成反馈形式，称为并联校正装置，又称局部反馈校正。

5.反馈环节：用来测量被控量的实际值，并经过信号处理，转换为与被控量有一定函数关系，且与输入信号同一物理量的信号。反馈环节一般也称为测量变送环节。

6.给定环节：产生输入控制信号的装置。

（二）自动控制系统的常用术语

二、开、闭环及复合控制系统

控制系统按其结构可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。

（一）开环控制系统

--开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程，即需要控制的是被控对象的某一量（被控量），而测量的只是给定信号，被控量对于控制作用没有任何影响的系统。结构图如图8.5.2所示。

开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产生的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开环系统控制是有利的。

--当扰动量无法预计或控制系统的精度达不到预期要求时，则采用闭环控制。

（二）闭环控制系统

--闭环控制是有被控量反馈的控制系统，其结构框图如图8.5.3所示。

从系统中信号流向看，系统的输出信号沿反馈通道又回到系统的输入端，构成闭合通道，故称闭环控制系统或反馈控制系统。

闭环控制方式，无论是由于干扰造成，还是由于结构参数的变化引起被控量出现偏差，系统就利用偏差去纠正偏差，故这种控制方式为按偏差调节。

闭环控制系统的突出优点是利用偏差来纠正偏差，使系统达到较高的控制精度。

（三）复合控制系统

当生产机构对自动控制系统提出很高的要求时，单独采用开环控制或者闭环控制实现都是有困难的。

--可以设计一种开环控制和闭环控制相结合的复合控制系统，如图8.5.4所示。图中圆圈代表比较器；负号代表负反馈。在这种系统中，带有负反馈的闭环起主要的调节作用。开环控制部分，可以按输入量进行控制或按扰动量进行控制（当扰动量可测量时）。

三、自动控制系统的性能指标

（一）自动控制系统的评价指标

1.稳定性（稳）

2.稳态精度（准）

3.动态过程（好）

四、自动控制系统的类型

自动控制系统的种类很多，其结构性能和完成的任务各不相同，因此有多种分类方法，下面介绍几种常见的分类。

（一）按信号流向划分

1.开环控制系统

2.闭环控制系统

（二）按系统输入信号划分

1.恒值调节系统

这种系统的特征是输入量为一恒值，通常称为系统的给定值。

--控制系统的任务是尽量排除各种干扰因素的影响，使输出量为给定值（期望值上。如工业工程中恒温、恒压、快速等控制系统。

2.随动系统

该系统的控制输入量是一个事先无法确定的任意变化量，

--要求系统的输入量能迅速平稳地复现或跟踪输入信号的变化。

如雷达天线的自动跟踪系统和高炮自动瞄准系统就是典型的随动系统。

3.程序控制系统

系统的控制输入信号不是常值，而是事先确定的运动规律，编成程序装在输入装置中，即控制输入信号的是事先确定的程序信号，控制的目的是被控对象的控制量按照要求的程序动作。如数控机床就属此类系统。

（三）按数学特性划分

1.线性系统

2.非线性系统

（四）按信号连续性划分

1.连续系统

2.离散系统

五、计算机控制系统（了解计算机控制系统基本概念）

（一）计算机控制系统的一般概念

在生产过程中，广泛涉及对生厂设备运行状态（如电机启停、转速及转角）和生产过程参数（如温度、压力、流量及物位等）的自动控制。一般前者称为拖动自动控制，后者称为过程自动控制。

--自动控制系统，既包括拖动自动控制系统，也包括过程自动控制系统。

典型的计算机控制系统的基本结构如图8.5.5所示。

--由被控对象、传感变送器、执行器和计算机系统组成。

计算机系统的核心是处理器。由于计算机处理的是数字量，而执行器的输入和传感变送器的输出通常都是模拟信号，所以计算机系统一般都包含有数/模（D/A）及模/数（A/D）转换器。

计算机系统的任务是实现对被控对象的数据采集和偏差计算，并根据对控制指标的要求做出控制决策，产生相应的控制信号，对被控对象进行实时控制，计算机系统的控制规律由软件编程实现。

（二）计算机控制系统的组成

--计算机控制系统的组成：广义对象（被控对象+传感变送器+执行器）和计算机系统两部分组成，而计算机系统又包括硬件和软件两部分。

1.计算机硬件系统

计算机硬件系统主要包括主机、过程输入输出通道和人机联系装置三部分。

2.计算机软件系统

软件系统是计算机程序的总和。主要分为以下两种：

（1）系统软件

（2）应用软件

（三）计算机控制系统的类型

通常根据计算机参与控制方式、特点以及系统的结构，可以将计算机控制系统分为以下四种类型。

1.数据采集系统

数据采集系统（DAS）又称操作指导系统，在数据采集系统中计算机并不直接参与控制，它主要作用是进行被控对象的参数采集、数据处理，通过输出设备（如显示器、打印机、绘图装置等）给出数据处理结果，以实现对生产过程的集中监视，并提供操作指导意见。它可以进行参数越限判断和报警，以确保生产安全。

2. 直接数字控制系统

直接数字控制系统（DDC）是计算机控制系统的基本类型，这类系统的计算机不仅可以进行对象参数采集和数据处理，而且可以直接代替模拟控制仪表通过执行器对生产设备进行实时控制。系统的控制规律由软件编程实现，可以实现传统的PID控制，也可以实现复杂的控制规律。

3. 监督控制系统

监督控制系统（SCC）是由SCC计算机和DDC系统组成的两级控制系统。

SCC计算机主要负责系统的数据采集和DDC系统的给定值实时设定。

4.集散控制系统

集散控制系统（DCS）是根据分散控制、集中操作、分级管理的原则设计的多级控制系统，一般自下而上可分为三级。

集散控制系统（DCS）又名分散控制系统，它们都是集中分散控制系统的简称。它是集计算机技术、控制技术、通讯技术和CRT技术为一体的综合性高科技产品。DCS通过操作站对整个工艺过程进行集中监视、操作、管理，通过控制站对工艺过程各部分进行分散控制，既不同于常规仪表控制系统，又不同于集中式的计算机控制系统，而是集中了两者的优点，克服了它们各自的不足。DCS以其可靠性、灵活性、人机界面友好性和通讯的方便性等特点日益被广泛应用。

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