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建筑给排水工程 Outline 给排水概论 自动控制基础知识 自动化仪表与设备 控制系统调节 自动控制系统 定义 在人不直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(自动控制装置)来代替人，使生产过程或工作机械(被控对象)自动地按照预定规律运行，或使某一参数(被控量)按照预定要求变化 发展历程 经典控制理论：50年代末；传递函数；时域分析法、根轨迹法 现代控制理论：60年代初；状态空间；研究对象复杂（多变量、非线性、强干扰、高精度、变结构）；最优控制、模糊、神经网络、自适应控制 目前状态：极端争议中！ 自动控制系统 应用： The Impact of Control Technology—Overview, Success Stories, and Research Challenges. Edited by Tariq Samad and Anuradha Annaswamy 给排水工程： 全自动化水厂(遥感技术；优化调度) 水位自动控制系统(逻辑控制；阀门调节) 恒压给水系统（变频调速控制） 供水、排水泵站的自动控制系统 水处理单元环节的自动控制系统 自动控制系统 水位控制系统(人工控制系统) 自动控制系统 水位控制系统(自动控制系统) 自动控制系统 自动控制装置 测量元件（传感器）：测量被控量的实际值或对被控量进行物理量的变化； 比较元件：将测量结果和要求值进行比较，得到偏差 调节元件(调节器)：根据偏差大小产生控制信号，通常包括放大器和矫正装置，它能放大偏差信号并使控制信号和偏差具有一定关系（调节规律） 执行元件（执行器）：由控制信号产生控制作用，从而使被控量达到预定要求 自动控制系统=自动控制装置+被控对象 自动控制系统 方框图 系统各环节用方框图来表示，各环节之间的因果关系（输入输出）用箭头表示，信号只能沿箭头方向单向传递，能够代替系统示意图来更清晰直观地表示出各环节之间的联系及因果关系 自动控制系统 方框图 自动控制系统 炉温控制(人工) 自动控制系统 炉温控制(自动) 自动控制系统 炉温控制(方框图) 自动控制系统 主要基本元件 整定元件：给定元件，给出被控量期望值 测量元件：传感器,实现检测、变送、显示等功能 比较元件：用来得到给定值与被控量之间的差值，常用差动放大器、电桥等。有时含在调节元件中 调节放大元件：将误差信号放大，并产生控制信号 执行元件: 实现控制命令，推动被控对象。电机是典型的执行元件 校正元件：用来改善系统的动、静态性能，它可以用模拟/数字电路来实现，也可以通过计算机程序来实现 能源元件：用来提供控制系统所需要的能量 自动控制系统 专业术语 被控量：指被测量和被控制的量或状态，如上述系统中的炉温 控制量：一种由控制器改变的量或状态，它将影响被控量的值，如上述系统中加热电阻丝两端的电压 对象：它一般是一个设备，通常由一些机器零件有机的组合在一起，我们通常将被控物体称为对象，如电加热炉 系统：系统是一些部件的组合，这些部件组合在一起，完成一定的任务。系统并不限于物理系统，系统的概念有时是很抽象的，它可以指一个特定的动态现象 扰动：一种对系统的输出量产生不利影响的因素或信号，如果扰动来自于系统内部，称为内部扰动；如果扰动来自于系统外部，则称之为外部扰动 自动控制系统 按照结构进行分类：闭环控制、开环控制、复合控制（同时具有开环和闭环结构） 自动控制系统 闭环控制 自动控制系统 自动控制系统 自动控制系统 自动控制系统 按元件类型：可分为机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统等； 按系统功用：可分为温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统等； 按系统性能：可分为线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统、确定性系统和不确定性系统等； 按输入量形式：可分为恒值控制系统、随动系统和程序控制系统等 为全面反映自动控制系统特点，常将上述分类方法组合应用 自动控制系统 线性连续控制系统 描述：线性微分方程 自动控制系统 线性离散控制系统 描述：线性差分方程 传递函数与环节特性 作用：自动控制系统是由各个相互联系的环节组成，每一个环节都有输入输出信号，方框图和传递函数分别从直观和数理角度来描述输入输出信号的关系，是经典自动控制理论分析和综合的基本手段 传递函数与环节特性 传递函数：系统或环节的输出与输入拉氏变换之比 传递函数与环节特性 自动控制系统更科学的分类，应根据其动态特性分类，具有相同动态特性(相同的微