1.自動控制系統(tǒng)的基本概念更新日期：2021-05-07
77化工自動化的主要內容有哪些？
為了實現(xiàn)化工生產過程自動化，化工自動化的主要內容包括自動系統(tǒng)，程序控制、自動聯(lián)鎖保護系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)等。自動控制系統(tǒng)包含了自動和自動功能，是自動化系統(tǒng)的核心問題。78自動控制系統(tǒng)有哪幾部分組成？
自動控制系統(tǒng)由三部分組成。
①測量元件及變送器(LT)：將測得的物理量轉換為另一個特定的物理量(如氣壓信號、電流信號)。這部分稱測量變送。
②自動調節(jié)器(LC)：它接受變送器送來的信號，與工藝需要保持的參數相比較得出偏差，并按某種運算規(guī)律算出結果，然后用特定信號(氣壓或電流)發(fā)送出去。
③執(zhí)行機構：本書指調節(jié)閥，它能自動地根據接受到的信號值改變閥門開度。
79方塊圖的作用是什么？如何畫方塊圖？
為清楚地說明自動控制系統(tǒng)的結構及各部分（環(huán)節(jié)）之間相互關系和信號聯(lián)系，一般可用方塊圖表示。
方塊圖中每個方塊代表系統(tǒng)中一個環(huán)節(jié)，方塊之間用一條帶箭頭的直線表示它們相互間的聯(lián)系，箭頭所指方向表示信號傳遞方向，線上字母說明信號的名稱。以圖2-1為例，圖中的水槽可用一個“被控對象”方塊表示。
按前面所述作出自動控制系統(tǒng)方塊圖，如圖2-2所示。
80為什么自動控制系統(tǒng)是一個采用負反饋的閉環(huán)回路？
對于一個簡單的自動控制系統(tǒng)，其方塊圖不論在表面上有多大差別，它的各個組成部分在信號傳遞關系上總會形成一個閉合的環(huán)路。其中一個信號，只要沿著箭頭方向方向前進，通過若干個環(huán)節(jié)后，終又會回到原來的起點。所以，自動控制系統(tǒng)是一個閉環(huán)系統(tǒng)。
再看“自動控制系統(tǒng)方塊圖”，系統(tǒng)的輸出參數是被調參數，但是它經過測量元件和變送器后，又返回在到系統(tǒng)輸入端，與給定值進行比較。這種反系統(tǒng)（或環(huán)節(jié)）的輸出信號直接或經過一些環(huán)節(jié)重新返回輸入端的做法叫做反饋。從“自動控制系統(tǒng)方塊圖”還可以看到，在反饋信號z帝有一個負號“一”而在給定值x旁有一個正事情“+”（也可省略），這里正和負的意思是指在比較時，以x作為正值，以x作為負值，也就是到調節(jié)器的偏差信息e=x-z。因為“自動控制系統(tǒng)方塊圖”中的反饋信號z取負值，所以叫做負反饋，負反饋信號能夠使原來的信號減弱。如果反饋信號不取負值，而取正值，反饋信號使原來的信號加強，那么就叫做正反饋。在這種情況下，方塊圖中反饋信號z旁則要用正號“+”，此時偏差e=x+z。在自動控制系統(tǒng)中都采用負反饋。因為只有負反饋才能使被調 參數y受到干擾的影響而升高時，反饋信號z將升高，經過比較而到調節(jié)器去的偏差信號e將，此時調節(jié)器將發(fā)出信號而使調節(jié)閥的開充發(fā)生變化，變化的方向為負，從而使被調參數下降回到給定值。這樣就達到了調節(jié)的目的。如果采用正反饋的形式，那么調節(jié)作用不僅不能克服干擾的影響，反而起到推波助瀾的作用，即當被調參數受到干擾升高時，z亦升高，調節(jié)閥的動作方向是使被調參數進一步上升，而且只要有一點微波的偏差，調節(jié)作用就會使偏差越來越大，直被調參數超出范圍而破壞生產。所以，調節(jié)系統(tǒng)不能單獨采用正反饋。
綜上所述，自動調節(jié)系統(tǒng)是具有被調參數負反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。
81什么是被控對象、給定值和偏差？
自動控制系統(tǒng)的工藝生產設備叫做被控對象或簡稱對象。生產中要求保持的工藝指標，被稱為給定值。在自動控制系統(tǒng)中，習慣上采用給定值x減去測量值z作為偏差e，即e=x-z，給定值x大于測量值z時為正偏差，而給定值x小于測量值z時為負偏差。
***節(jié)簡單的調節(jié)系統(tǒng)
82構成方塊圖重要的一步是什么？
構成方塊圖重要的是確定被控對象，隨即需要選定對象的輸入信號——調節(jié)參數與對象的輸出信號——被調參數。一旦調節(jié)參數與被調參數選定后，調節(jié)通道中對象特性也就能確定了。
有時，選擇被調參數與調節(jié)參數并不難。自動控制系統(tǒng)是為工藝上某一目的的服務的，若工藝參數是液位、壓力、流量、溫度等，顯然被調參數就是液位、壓力、流量、溫度；于調節(jié)參數，則往往是能夠調整的物料量或能量參數。
被調參數的選擇重要，它是決定控制系統(tǒng)有無價值的關鍵。若被調參數選擇不當，儀表、調節(jié)器配備再好也是無用的。
83怎樣選擇被調參數？被調參數的個數選擇怎樣確定?
對于一個生產過程，要實現(xiàn)自動控制，其被調參數的選擇實質上反映在兩個方面。
①應該選擇幾個被調參數，選哪幾個為好？
②構成簡單調節(jié)回路后，回路之間有否影響？相互關聯(lián)的程度如何？用下例說明以上兩個方面內容的考慮。
例如，要對一個產生飽和蒸汽的鍋爐蒸汽質量進行控制，提出了三種方案？
①壓力p與溫度T皆為被調參數；
②溫州T為被調參數；
③壓力P為被調參數。
被調參數個數選擇應按照被調參數個數等于自由度確定。
根據物理化學中介紹的相律關系，自由度表達式為F=C-P+2
式中 F——自由度；C——組分數；P——相數。
作為飽和蒸汽，實質上存在著氣、液兩相，即P=2，而組分數皆為水，即C=1，故得F=1-2+2=1
表示飽和蒸汽的自由度為1，或獨立變量只有一個。所以，要反映蒸汽質量，不必選兩個被調參數，只要選取溫度或壓力其中之一就夠了。于選壓力還是溫度，可從測量元件時間常數小、元件簡單可靠等方面來考慮，一般以選擇壓力為宜。
如果不按照被調參數的個數等于自由度的原則，設計出既有溫度又有壓力作為被調參數的方案，那么，這種控制系統(tǒng)將是無法投運的。
84選擇被調參數的原則是什么？
選擇被調參數的原則如下:
①選擇質量指標作為被調參數，它直接也有效。
②當不能用質量指標作為被調參數時，應選擇一個與產品質量有單值對應關系的參數作為被調參數。
③當被表征的質量指標變化時，被調參數必須具有足夠的變化靈敏度或足夠大的信號。
④選擇被調參數時，必須考慮到工藝過程的合理性和國內外儀表和生產的現(xiàn)狀。
85調節(jié)參數的作用是什么？
當對象的被調參數被選定以后，下一步是考慮如何構成簡單控制回路，選擇什么調節(jié)參數去克服干擾對被調參數的影響。為此，在設計控制回路時，要認真分析各種干擾，深入研究對象的特性，正確地選擇調節(jié)參數。干擾是影響控制系統(tǒng)平穩(wěn)運行的破壞因素，調節(jié)參數的作用則是克服干擾影響，使控制系統(tǒng)正常運行的因素。只要合理地確定調節(jié)參數，正確地選擇調節(jié)通道，組成一個性能良好的控制系統(tǒng)后，就能有效地克服干擾影響，使被調參數回復到給定值。
86選擇調節(jié)參數的原則是什么？
選擇調節(jié)參數的原則是：首先要考慮工藝上的合理性，除物料平衡調節(jié)外，一般避免用主物料流量作為調節(jié)參數；同時調節(jié)參數的選擇應從靜態(tài)和動態(tài)兩方面進行考慮，即調節(jié)通道克服干擾的校正能力要強，調節(jié)通道的動態(tài)響應要較干擾通道的動態(tài)響應為快。
