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计算机控制

第1章计算机控制系统概述; 在现代企业的生产管理中，大量的物理量、工艺参数、特性参数需要进行实时检测、监督管理和自动控制。这是现代化生产必不可少的基本手段。从单台计算机的直接监督控制到多级计算机监督控制系统，以及分布式、网络化、智能化的集控制和管理为一体的计算机控制系统，正在各行各业中得到越来越普遍的应用。因此，在我国实现四个现代化的过程中，计算机控制技术充当着极其重要的角色。;1.1自动控制系统的工作原理

1.1.1自动控制的任务

物理量退火炉、电冰箱都是机器设备；电压、 炉温、冰室温度是表征这些机器设备工作 状态的物理量；

对状态参量的要求：额定电压、规定的炉温、 冰室设定温度就是机器设备在运行过程中 对这些状态参量的要求。

;自动控制没有人直接参与的前提下，应用 控制装置自动地、有目的地控制或操纵 机器设备或生产过程，使它们具有一定 的状态或性能。

自动控制装置能自动地使发电机的输出稳 定在额定电压，使退火炉的温度在要求 的时间内达到规定的温度，使电冰箱的 冰室温度降低到用户的设定温度，这些 装置就是发电机、退火炉及电冰箱的自 动控制装置。;

各种控制装置的实质对被控 对象的某些物理量进行控 制，自动保持其应有的规 律性。;1.1.2反馈控制系统工作原理

1.热器自动控制系统的工作过程：

蒸汽加热器自动控制系统示意图 ;蒸汽加热炉出口温度控制系统方框图 ;2.反馈控制系统

控制器将设定值和反馈信号进行比较，求得实际输出信号和设定值之间的偏差，再根据偏差的大小去调节执行机构，由执行机构的输出（称为操纵变量）去影响被控制量，达到减小或消除偏差的目的，最后使系统又恢复到原先的平衡状态。

这种系统中，输出量反馈到输入端与设定值进行比较，故称为反馈控制系统。

3.反馈控制系统的工作原理

检测偏差，纠正偏差。;4.闭环控制系统加入反馈之后，整个系统构成一个闭合回路，所以反馈控制系统又称为???环控制系统。;1.1.3反馈控制系统的组成

（1）被控对象：自动控制系统需要进行控制的机器、 设备或生产过程。

（2）被控制量：被控对象内要求实现自动控制的物理 量。

（3）检测元件：对系统输出量进行测量的装置。

（4）比较元件：对系统的输入量和输出量进行比较， 给出偏差信号，起信号综合作用。

（5）放大元件：对微弱偏差信号进行放大，使之可输 出足够的功率。

（6）控制器：或称为校正装置，将偏差信号进行比例、 积分、微分等控制运算的器件，产生控制信 号操纵执行元件，用于改善系统的性能。

（7）执行元件：根据控制器的命令，改变操纵变量的 大小，使被控制的输出量与给定值一致。; ;1.1.4自动控制系统的类型

1．定值控制系统反馈控制系统中的输入量如果恒定不 变，就称为定值控制系统。如给定量按已知规律 变化，该系统仍称为定值控制系统。

2．随动系统给定量的变化不为人们所预知，但仍要求 系统输出量能迅速地跟随给定量变化。这类系统 既要迅速跟随给定量的变化，又要克服扰动量对 系统的影响，所以称为随动系统。

3．程序控制系统如果设定信号r(t)的变化规律为已知 函数，即事先确定的程序，则称这类控制系统为 程序控制系统。

4．数字控制用数字量控制机器部件运动的一种控制。;1.2.2被控对象特性的一般分析

1.放大系数K0

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控制通道放大系数K0

放大系数K0的值大，表示它的控制作用显著。;2.时间常数T

时间常数T表征了阻容电路充电过程的快慢。

当t=(3～5)T时，uo=(0.950～0.993)ui，这时就可以认为充电完毕或过渡过程结束。

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控制通道放大系数K0

放大系数K0的值大，表示它的控制作用显著。;热容、液容、气容许多工业被控对象都具有储存物 料或能量的能力，所以可以像用电容来描述电容 器储存电量的能力一样，用热容、液容、气容分 别描述被控对象储存热量、液体和气体的能力。

热阻、液阻、气阻同导体传递电流过程中会存在电阻 一样，任何被控对象在物料或能量的传递过程 中，总是存在着一定的阻力，如热阻、液阻、气 阻等。

许多工业对象具有RC电路一样的阶跃响应，在阶跃输 入下，被控变量以非周期（不振荡）的形式变 化，因此称为一阶非周期环节。同时被控变量是 逐渐趋向稳态值，在时间上有惯性，因此也称为 一阶惯性环节。;3.时滞?

（1）滞后现象和时滞?0。;1.3对控制系统的基本要求

当系统受到外作用时，其输