一、控制系統(tǒng)的種類
控制方式一般分為手動(dòng)或自動(dòng)兩大類，如果糾正系統(tǒng)的偏差是由人直接操作，這種回路稱為手動(dòng)控制系統(tǒng)；如果系統(tǒng)具有反饋通道組成的閉環(huán)回路并能自動(dòng)糾正偏差，這種系統(tǒng)稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)，或叫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般由變送器、調(diào)節(jié)器及調(diào)節(jié)閥組成，其作用是把來(lái)自變送器的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量值，并與給定值比較，若產(chǎn)生偏差，調(diào)節(jié)器則按事先選定的調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)整偏差，并通過(guò)調(diào)節(jié)閥來(lái)執(zhí)行調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)指令。自動(dòng)控制系統(tǒng)的種類很多，可分為如下幾種：
（一）按給定值的不同來(lái)分類的調(diào)節(jié)系統(tǒng)
1、定值調(diào)節(jié)系統(tǒng):
定值是恒給定值的簡(jiǎn)稱。在工藝生產(chǎn)中，要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)上不變，這個(gè)技術(shù)指標(biāo)就是給定值。這種在生產(chǎn)過(guò)程中給定值不變的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱為定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
2、程序(或順序)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：
這種類型的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值，在工藝生產(chǎn)中是不斷變化的。但是它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。
3、隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(又稱自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)系統(tǒng))：
這類調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值也是不斷變化的，而且要求系統(tǒng)的輸出也跟著變化，隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出應(yīng)嚴(yán)格、及時(shí)地隨著輸入的變化而變化。
（二）按自動(dòng)化工具不同分類的調(diào)節(jié)系統(tǒng)
1、常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：凡是用模擬控制裝置，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的系統(tǒng)，通常稱為常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或稱為常規(guī)過(guò)程控制系統(tǒng)。常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器是關(guān)鍵儀表設(shè)備。
2、計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：凡是用計(jì)算機(jī)代替常規(guī)調(diào)節(jié)器，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的系統(tǒng)，通常稱為計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或稱計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是主要設(shè)備。
（三）按調(diào)節(jié)參數(shù)多少分類的調(diào)節(jié)系統(tǒng)：
1、簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)：簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)是指只有一個(gè)測(cè)量元件和變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器、一個(gè)調(diào)節(jié)閥，只對(duì)一個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。它是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，使用最廣泛的一類系統(tǒng)。
2、復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)：在生產(chǎn)過(guò)程控制中，各種不同于簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)稱為復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)。復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)種類繁多，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)不同，可分為串級(jí)、均勻、比值、分程、前饋、取代等調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
此外，按生產(chǎn)工藝參數(shù)分為壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。按調(diào)節(jié)規(guī)律分為雙位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)、比例積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)、比例積分微分調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的常用術(shù)語(yǔ)
（1）調(diào)節(jié)對(duì)象，又稱被調(diào)對(duì)象，簡(jiǎn)稱對(duì)象。在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，把需要調(diào)節(jié)的工藝設(shè)備的有關(guān)部分稱為調(diào)節(jié)對(duì)象。
（2）被調(diào)參數(shù)。指能夠表征設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況并需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)。
（3）調(diào)節(jié)參數(shù)。用來(lái)克服干擾對(duì)被調(diào)參數(shù)的影響，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用的參數(shù)叫調(diào)節(jié)參數(shù)。
（4）給定值x。工藝上希望被調(diào)參數(shù)所保持的數(shù)值。
（5）偏差e。被調(diào)參數(shù)的測(cè)量值與給定值之差。
（6）干擾f。指引起被調(diào)參數(shù)偏離給定的一切因素。
（7）反饋。將被調(diào)參數(shù)的信號(hào)反送到調(diào)節(jié)器的比較元件去的通道稱為反饋回路，簡(jiǎn)稱反饋。
三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的常識(shí)
（一）系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和干擾作用
在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，把被調(diào)參數(shù)不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被調(diào)參數(shù)隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。
當(dāng)一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)的平衡狀態(tài)。系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)，如變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥等都不改變其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號(hào)都處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是系統(tǒng)的靜態(tài)。
通常平衡狀態(tài)是相對(duì)、暫時(shí)、有條件的。一個(gè)原來(lái)處于靜態(tài)的系統(tǒng)，由于干擾的作用，被調(diào)參數(shù)發(fā)生變化，使調(diào)節(jié)器等自動(dòng)化裝置改變調(diào)節(jié)系數(shù)，以克服干擾作用的影響，并力圖使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。從干擾的發(fā)生，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)重新建立平衡整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和參數(shù)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，所以這種狀態(tài)就叫做動(dòng)態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，干擾是客觀存在且不可避免的。
（二）調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)
為了定量地評(píng)定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)，規(guī)定了以下幾個(gè)質(zhì)量指標(biāo)：
1、偏差是指系統(tǒng)瞬時(shí)偏離給定值的程度，它是衡量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)之一。對(duì)于一些有約束條件的系統(tǒng)，都規(guī)定有具體的允許偏差值。
2、超調(diào)量是指被調(diào)參數(shù)第一個(gè)波峰值與新的穩(wěn)態(tài)值之差。如果系統(tǒng)新的穩(wěn)態(tài)值與給定值相等，那么偏差就和超調(diào)量相等了。通常在對(duì)給定值改變的調(diào)節(jié)系統(tǒng)作分析時(shí)，多采用超調(diào)量這個(gè)品質(zhì)指標(biāo)。
3、衰減比是指過(guò)渡曲線中第一個(gè)波峰的高度與第二個(gè)波峰高度之比，習(xí)慣上寫成n ：1 形式。顯然，凡是衰減振蕩，n值必大于1。n值越大，表示過(guò)程衰減得越快，系統(tǒng)穩(wěn)定性越好。通常n的取值范圍在4～10之間。
4、余差。當(dāng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被調(diào)參數(shù)所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值的偏差叫做余差（又稱靜差、穩(wěn)態(tài)誤差），也就是最后殘余的偏差。余差的數(shù)值可正可負(fù)。在生產(chǎn)中，給定值是生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)，當(dāng)然希望經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)以后，被調(diào)參數(shù)越接近給定值越好，也就是余差越小越好。
5、過(guò)渡時(shí)間從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡為止，過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間叫做“過(guò)渡時(shí)間”或“調(diào)節(jié)時(shí)間”。嚴(yán)格地講，對(duì)于具有一定衰減比的衰減振蕩過(guò)程來(lái)說(shuō)，要完全達(dá)到新的平衡狀態(tài)需要無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間。然而，實(shí)際上由于儀表靈敏度的限制，當(dāng)被調(diào)參數(shù)接近穩(wěn)態(tài)值時(shí)，指示值就基本不變了。因此，一般是在新的穩(wěn)定值的上下規(guī)定一個(gè)小的范圍，當(dāng)被調(diào)參數(shù)進(jìn)入這一范圍并且不再超出時(shí)，就認(rèn)為被調(diào)參數(shù)已經(jīng)達(dá)到新的穩(wěn)定值，亦即過(guò)渡過(guò)程至此結(jié)束。這個(gè)范圍一般定為余差的±5%。
（三）調(diào)節(jié)對(duì)象的負(fù)荷與自衡
負(fù)荷就是對(duì)象的生產(chǎn)能力或運(yùn)轉(zhuǎn)能力，例如鍋爐的出汽量、精餾塔的處理量、液體貯槽的流量等。在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，對(duì)象負(fù)荷變化的大小和快慢是系統(tǒng)的主要干擾作用，它直接影響調(diào)節(jié)過(guò)程的穩(wěn)定性。如果負(fù)荷變化很大又很頻繁，調(diào)節(jié)系統(tǒng)就很難穩(wěn)定下來(lái)，因此要求負(fù)荷應(yīng)盡量穩(wěn)定。
當(dāng)系統(tǒng)的平衡被破壞后，在沒有外界的調(diào)節(jié)作用下，被調(diào)參數(shù)自行趨向一個(gè)新的穩(wěn)定值的性質(zhì)就稱之為對(duì)象的自衡。
四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的表示方法
在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了能夠清楚地表示出一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)各個(gè)組成部分之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)系，便于對(duì)系統(tǒng)分析研究，一般都用方框圖來(lái)表示自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成。
方框圖是用圖的形式表示系統(tǒng)中各組成部分的功能和信號(hào)（或變量）傳遞關(guān)系，它的每一個(gè)方塊表示組成部分的一種功能，箭頭的方向標(biāo)明信號(hào)（或變量）的傳遞方向。
在方塊圖中有四種基本符號(hào)：
1、信號(hào)線：即帶箭頭的直線，箭頭方向表示信號(hào)傳遞的方向。
2、引出點(diǎn)：表示信號(hào)引出或測(cè)量的位置，從同一位置引出的信號(hào)線在數(shù)據(jù)和性質(zhì)方面是完全相同的。
3、比較點(diǎn)：對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上信號(hào)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算的點(diǎn)。
4、方塊：箭頭進(jìn)入廣場(chǎng)的信號(hào)稱為輸入信號(hào)，箭頭離開方塊的信號(hào)稱為輸出信號(hào)。方框圖中的每個(gè)方塊為系統(tǒng)或元件的傳遞函數(shù)，它反映了各個(gè)環(huán)節(jié)間的因果關(guān)系。
在實(shí)際工作中，根據(jù)系統(tǒng)的不同，可以有各種各樣的方框圖。但任何一種復(fù)雜的方塊圖都是由串聯(lián)、并聯(lián)、反饋這三種基本形式組成的。
五、自動(dòng)控制系統(tǒng)類型簡(jiǎn)介
（一）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)
所謂簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，通常是指由一個(gè)測(cè)量元件及變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器、一個(gè)調(diào)節(jié)閥和一個(gè)對(duì)象所組成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)，又稱為單回路控制系統(tǒng)。
簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)在輕化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，所占的比重很大。即便是大型現(xiàn)代化工廠中，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)仍占自動(dòng)控制系統(tǒng)總數(shù)的80%左右。另外，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、投運(yùn)等方面的許多基本問題，在復(fù)雜控制系統(tǒng)中同樣存在。因此，我們有必要對(duì)這些基本問題進(jìn)行研究。
（二）串級(jí)控制系統(tǒng)
串級(jí)控制系統(tǒng)是應(yīng)用最早，效果，使用最廣泛的一種復(fù)雜控制系統(tǒng)。特點(diǎn)是兩個(gè)控制器相串接，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定，適用于時(shí)間常數(shù)及純滯后較大的被控制對(duì)象，具有可減少副控對(duì)象的等效時(shí)間常數(shù)、提高系統(tǒng)的工作頻率、抑制進(jìn)入副控回路的擾動(dòng)、適應(yīng)負(fù)荷變化等特點(diǎn)。
（三）比值控制系統(tǒng)
工業(yè)生產(chǎn)上為保持兩種或兩種以上物料比值為一定的控制叫比值控制。
常見的比值控制系統(tǒng)有單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值和串級(jí)比值等三級(jí)。
1、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。從物料流量的控制部分看，是一個(gè)隨動(dòng)的閉環(huán)控制回路，而主物料流量的控制部分則是開環(huán)的，主流量G1經(jīng)比值運(yùn)算后使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)成一定比例，并作為副流量控制器的給定信號(hào)值。
單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：兩種物料流量的比值較為精確，實(shí)施方便，從而得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種控制方案當(dāng)主流量出現(xiàn)大的擾動(dòng)或負(fù)荷頻繁波動(dòng)時(shí)，副流量在調(diào)節(jié)過(guò)程中，相對(duì)于控制器的給定值會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。因此，這種方案對(duì)嚴(yán)格要求動(dòng)態(tài)比值的化學(xué)反應(yīng)是不合適的。
2、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。如果要求主流量也要保持定值，那么對(duì)主流量也要有個(gè)閉合的控制回路，主、副流量通過(guò)比值器來(lái)實(shí)現(xiàn)比值關(guān)系，這樣就構(gòu)成了雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。
雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是由一個(gè)定值控制系統(tǒng)和一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)所組成，它不僅能保持兩個(gè)流量之間的比值關(guān)系，而且能保證總流量不變。與采用兩個(gè)單回路流量控制系統(tǒng)相比，其優(yōu)越性在于主流量一旦失調(diào)，仍能保持原定的比值。并且當(dāng)主流量因擾動(dòng)而發(fā)生變化時(shí)，在控制過(guò)程中仍能保持原定的比值關(guān)系。
雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)除了能克服單閉環(huán)比值控制的缺點(diǎn)外，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提降負(fù)荷比較方便，只要緩慢地改變主流量控制器設(shè)定值，就可提、降主流量，同時(shí)副流量也就自動(dòng)地跟蹤主流量，并保持兩者比值不變。
它的缺點(diǎn)是采用單元組合儀表時(shí)，所用設(shè)備多，投資高；而當(dāng)今采用功能豐富的數(shù)字式儀表，它的缺點(diǎn)則可安全消失。
3、串級(jí)比值控制系統(tǒng)。以上介紹的兩種比值控制系統(tǒng)，其流量比是固定不變的，故也可稱定比值控制系統(tǒng)。然而，在某些生產(chǎn)過(guò)程中，卻需要兩種物料的比值按具體工況而改變，比值的大小由另一個(gè)控制器來(lái)設(shè)定，比值控制作為副回路，從而構(gòu)成串級(jí)比值控制系統(tǒng)，也稱變化值控制系統(tǒng)。例如在合成氨變換爐生產(chǎn)過(guò)程中，用蒸汽控制一段觸媒層溫度，蒸汽與半水煤氣的比值應(yīng)隨一段觸媒層溫度而變，這樣就構(gòu)成了串級(jí)比值控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)控制精度高，應(yīng)用范圍廣。
（四）集散控制系統(tǒng)
集散控制系統(tǒng)（DCS）又名分散控制系統(tǒng)，它們都是集中分散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。它是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)和CRT技術(shù)為一體的綜合性高科技產(chǎn)品。DCS通過(guò)操作站對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理，通過(guò)控制站對(duì)工藝過(guò)程各部分進(jìn)行分散控制，既不同于常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，而是集中了兩者的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們各自的不足。DCS以其可靠性、靈活性、人機(jī)界面友好性和通訊的方便性等特點(diǎn)日益被廣泛應(yīng)用。DCS具有如下特點(diǎn)：控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)便于擴(kuò)展、維護(hù)方便，可靠性高、便于與其計(jì)算機(jī)聯(lián)用。
例題1．自動(dòng)調(diào)節(jié)是控制器對(duì)某些量值進(jìn)行比較，然后根據(jù)偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，這些比較的量值有( )。
A. 測(cè)量值 B. 撓動(dòng)值
C. 給定值 D. 組態(tài)值
答案：A C
例題2．自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成包括（ ）。
A．執(zhí)行器 B．變送器
C．調(diào)節(jié)器 D．調(diào)節(jié)閥
答案：BCD
例題3．在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，引起被調(diào)參數(shù)偏離給定值的因素稱為（ ）。
A. 衰減 B. 差值 C. 偏差 D. 干擾
答案：D. 干擾
控制方式一般分為手動(dòng)或自動(dòng)兩大類，如果糾正系統(tǒng)的偏差是由人直接操作，這種回路稱為手動(dòng)控制系統(tǒng)；如果系統(tǒng)具有反饋通道組成的閉環(huán)回路并能自動(dòng)糾正偏差，這種系統(tǒng)稱為自動(dòng)控制系統(tǒng)，或叫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般由變送器、調(diào)節(jié)器及調(diào)節(jié)閥組成，其作用是把來(lái)自變送器的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量值，并與給定值比較，若產(chǎn)生偏差，調(diào)節(jié)器則按事先選定的調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)整偏差，并通過(guò)調(diào)節(jié)閥來(lái)執(zhí)行調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)指令。自動(dòng)控制系統(tǒng)的種類很多，可分為如下幾種：
（一）按給定值的不同來(lái)分類的調(diào)節(jié)系統(tǒng)
1、定值調(diào)節(jié)系統(tǒng):
定值是恒給定值的簡(jiǎn)稱。在工藝生產(chǎn)中，要求調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)保持在一個(gè)生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)上不變，這個(gè)技術(shù)指標(biāo)就是給定值。這種在生產(chǎn)過(guò)程中給定值不變的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)稱為定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
2、程序(或順序)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：
這種類型的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值，在工藝生產(chǎn)中是不斷變化的。但是它是一個(gè)已知的時(shí)間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)需按一定的時(shí)間程序變化。
3、隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)(又稱自動(dòng)跟蹤調(diào)節(jié)系統(tǒng))：
這類調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定值也是不斷變化的，而且要求系統(tǒng)的輸出也跟著變化，隨動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出應(yīng)嚴(yán)格、及時(shí)地隨著輸入的變化而變化。
（二）按自動(dòng)化工具不同分類的調(diào)節(jié)系統(tǒng)
1、常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：凡是用模擬控制裝置，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的系統(tǒng)，通常稱為常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或稱為常規(guī)過(guò)程控制系統(tǒng)。常規(guī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器是關(guān)鍵儀表設(shè)備。
2、計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)：凡是用計(jì)算機(jī)代替常規(guī)調(diào)節(jié)器，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的系統(tǒng)，通常稱為計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或稱計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是主要設(shè)備。
（三）按調(diào)節(jié)參數(shù)多少分類的調(diào)節(jié)系統(tǒng)：
1、簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)：簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)是指只有一個(gè)測(cè)量元件和變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器、一個(gè)調(diào)節(jié)閥，只對(duì)一個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。它是自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，使用最廣泛的一類系統(tǒng)。
2、復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)：在生產(chǎn)過(guò)程控制中，各種不同于簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)稱為復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)。復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)種類繁多，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)不同，可分為串級(jí)、均勻、比值、分程、前饋、取代等調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
此外，按生產(chǎn)工藝參數(shù)分為壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)。按調(diào)節(jié)規(guī)律分為雙位調(diào)節(jié)系統(tǒng)、比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)、比例積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)、比例積分微分調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的常用術(shù)語(yǔ)
（1）調(diào)節(jié)對(duì)象，又稱被調(diào)對(duì)象，簡(jiǎn)稱對(duì)象。在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，把需要調(diào)節(jié)的工藝設(shè)備的有關(guān)部分稱為調(diào)節(jié)對(duì)象。
（2）被調(diào)參數(shù)。指能夠表征設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況并需要進(jìn)行調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)。
（3）調(diào)節(jié)參數(shù)。用來(lái)克服干擾對(duì)被調(diào)參數(shù)的影響，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)作用的參數(shù)叫調(diào)節(jié)參數(shù)。
（4）給定值x。工藝上希望被調(diào)參數(shù)所保持的數(shù)值。
（5）偏差e。被調(diào)參數(shù)的測(cè)量值與給定值之差。
（6）干擾f。指引起被調(diào)參數(shù)偏離給定的一切因素。
（7）反饋。將被調(diào)參數(shù)的信號(hào)反送到調(diào)節(jié)器的比較元件去的通道稱為反饋回路，簡(jiǎn)稱反饋。
三、自動(dòng)控制系統(tǒng)的常識(shí)
（一）系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)和干擾作用
在自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)，把被調(diào)參數(shù)不隨時(shí)間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被調(diào)參數(shù)隨時(shí)間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)。
當(dāng)一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)就處于一種相對(duì)的平衡狀態(tài)。系統(tǒng)的各個(gè)組成環(huán)節(jié)，如變送器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥等都不改變其原先的狀態(tài)，它們的輸出信號(hào)都處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，這種狀態(tài)就是系統(tǒng)的靜態(tài)。
通常平衡狀態(tài)是相對(duì)、暫時(shí)、有條件的。一個(gè)原來(lái)處于靜態(tài)的系統(tǒng)，由于干擾的作用，被調(diào)參數(shù)發(fā)生變化，使調(diào)節(jié)器等自動(dòng)化裝置改變調(diào)節(jié)系數(shù)，以克服干擾作用的影響，并力圖使系統(tǒng)恢復(fù)平衡。從干擾的發(fā)生，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)重新建立平衡整個(gè)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和參數(shù)都處于變動(dòng)狀態(tài)之中，所以這種狀態(tài)就叫做動(dòng)態(tài)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，干擾是客觀存在且不可避免的。
（二）調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)
為了定量地評(píng)定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)，規(guī)定了以下幾個(gè)質(zhì)量指標(biāo)：
1、偏差是指系統(tǒng)瞬時(shí)偏離給定值的程度，它是衡量自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)之一。對(duì)于一些有約束條件的系統(tǒng)，都規(guī)定有具體的允許偏差值。
2、超調(diào)量是指被調(diào)參數(shù)第一個(gè)波峰值與新的穩(wěn)態(tài)值之差。如果系統(tǒng)新的穩(wěn)態(tài)值與給定值相等，那么偏差就和超調(diào)量相等了。通常在對(duì)給定值改變的調(diào)節(jié)系統(tǒng)作分析時(shí)，多采用超調(diào)量這個(gè)品質(zhì)指標(biāo)。
3、衰減比是指過(guò)渡曲線中第一個(gè)波峰的高度與第二個(gè)波峰高度之比，習(xí)慣上寫成n ：1 形式。顯然，凡是衰減振蕩，n值必大于1。n值越大，表示過(guò)程衰減得越快，系統(tǒng)穩(wěn)定性越好。通常n的取值范圍在4～10之間。
4、余差。當(dāng)過(guò)渡過(guò)程終了時(shí)，被調(diào)參數(shù)所達(dá)到的新的穩(wěn)態(tài)值與給定值的偏差叫做余差（又稱靜差、穩(wěn)態(tài)誤差），也就是最后殘余的偏差。余差的數(shù)值可正可負(fù)。在生產(chǎn)中，給定值是生產(chǎn)的技術(shù)指標(biāo)，當(dāng)然希望經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)以后，被調(diào)參數(shù)越接近給定值越好，也就是余差越小越好。
5、過(guò)渡時(shí)間從干擾作用發(fā)生的時(shí)刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡為止，過(guò)渡過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間叫做“過(guò)渡時(shí)間”或“調(diào)節(jié)時(shí)間”。嚴(yán)格地講，對(duì)于具有一定衰減比的衰減振蕩過(guò)程來(lái)說(shuō)，要完全達(dá)到新的平衡狀態(tài)需要無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間。然而，實(shí)際上由于儀表靈敏度的限制，當(dāng)被調(diào)參數(shù)接近穩(wěn)態(tài)值時(shí)，指示值就基本不變了。因此，一般是在新的穩(wěn)定值的上下規(guī)定一個(gè)小的范圍，當(dāng)被調(diào)參數(shù)進(jìn)入這一范圍并且不再超出時(shí)，就認(rèn)為被調(diào)參數(shù)已經(jīng)達(dá)到新的穩(wěn)定值，亦即過(guò)渡過(guò)程至此結(jié)束。這個(gè)范圍一般定為余差的±5%。
（三）調(diào)節(jié)對(duì)象的負(fù)荷與自衡
負(fù)荷就是對(duì)象的生產(chǎn)能力或運(yùn)轉(zhuǎn)能力，例如鍋爐的出汽量、精餾塔的處理量、液體貯槽的流量等。在自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，對(duì)象負(fù)荷變化的大小和快慢是系統(tǒng)的主要干擾作用，它直接影響調(diào)節(jié)過(guò)程的穩(wěn)定性。如果負(fù)荷變化很大又很頻繁，調(diào)節(jié)系統(tǒng)就很難穩(wěn)定下來(lái)，因此要求負(fù)荷應(yīng)盡量穩(wěn)定。
當(dāng)系統(tǒng)的平衡被破壞后，在沒有外界的調(diào)節(jié)作用下，被調(diào)參數(shù)自行趨向一個(gè)新的穩(wěn)定值的性質(zhì)就稱之為對(duì)象的自衡。
四、自動(dòng)控制系統(tǒng)的表示方法
在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了能夠清楚地表示出一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)各個(gè)組成部分之間的相互影響和信號(hào)聯(lián)系，便于對(duì)系統(tǒng)分析研究，一般都用方框圖來(lái)表示自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成。
方框圖是用圖的形式表示系統(tǒng)中各組成部分的功能和信號(hào)（或變量）傳遞關(guān)系，它的每一個(gè)方塊表示組成部分的一種功能，箭頭的方向標(biāo)明信號(hào)（或變量）的傳遞方向。
在方塊圖中有四種基本符號(hào)：
1、信號(hào)線：即帶箭頭的直線，箭頭方向表示信號(hào)傳遞的方向。
2、引出點(diǎn)：表示信號(hào)引出或測(cè)量的位置，從同一位置引出的信號(hào)線在數(shù)據(jù)和性質(zhì)方面是完全相同的。
3、比較點(diǎn)：對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上信號(hào)進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算的點(diǎn)。
4、方塊：箭頭進(jìn)入廣場(chǎng)的信號(hào)稱為輸入信號(hào)，箭頭離開方塊的信號(hào)稱為輸出信號(hào)。方框圖中的每個(gè)方塊為系統(tǒng)或元件的傳遞函數(shù)，它反映了各個(gè)環(huán)節(jié)間的因果關(guān)系。
在實(shí)際工作中，根據(jù)系統(tǒng)的不同，可以有各種各樣的方框圖。但任何一種復(fù)雜的方塊圖都是由串聯(lián)、并聯(lián)、反饋這三種基本形式組成的。
五、自動(dòng)控制系統(tǒng)類型簡(jiǎn)介
（一）簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)
所謂簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)，通常是指由一個(gè)測(cè)量元件及變送器、一個(gè)調(diào)節(jié)器、一個(gè)調(diào)節(jié)閥和一個(gè)對(duì)象所組成的單閉環(huán)控制系統(tǒng)，又稱為單回路控制系統(tǒng)。
簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)在輕化工生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，所占的比重很大。即便是大型現(xiàn)代化工廠中，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)仍占自動(dòng)控制系統(tǒng)總數(shù)的80%左右。另外，簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、投運(yùn)等方面的許多基本問題，在復(fù)雜控制系統(tǒng)中同樣存在。因此，我們有必要對(duì)這些基本問題進(jìn)行研究。
（二）串級(jí)控制系統(tǒng)
串級(jí)控制系統(tǒng)是應(yīng)用最早，效果，使用最廣泛的一種復(fù)雜控制系統(tǒng)。特點(diǎn)是兩個(gè)控制器相串接，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定，適用于時(shí)間常數(shù)及純滯后較大的被控制對(duì)象，具有可減少副控對(duì)象的等效時(shí)間常數(shù)、提高系統(tǒng)的工作頻率、抑制進(jìn)入副控回路的擾動(dòng)、適應(yīng)負(fù)荷變化等特點(diǎn)。
（三）比值控制系統(tǒng)
工業(yè)生產(chǎn)上為保持兩種或兩種以上物料比值為一定的控制叫比值控制。
常見的比值控制系統(tǒng)有單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值和串級(jí)比值等三級(jí)。
1、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。從物料流量的控制部分看，是一個(gè)隨動(dòng)的閉環(huán)控制回路，而主物料流量的控制部分則是開環(huán)的，主流量G1經(jīng)比值運(yùn)算后使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)成一定比例，并作為副流量控制器的給定信號(hào)值。
單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：兩種物料流量的比值較為精確，實(shí)施方便，從而得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種控制方案當(dāng)主流量出現(xiàn)大的擾動(dòng)或負(fù)荷頻繁波動(dòng)時(shí)，副流量在調(diào)節(jié)過(guò)程中，相對(duì)于控制器的給定值會(huì)出現(xiàn)較大的偏差。因此，這種方案對(duì)嚴(yán)格要求動(dòng)態(tài)比值的化學(xué)反應(yīng)是不合適的。
2、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。如果要求主流量也要保持定值，那么對(duì)主流量也要有個(gè)閉合的控制回路，主、副流量通過(guò)比值器來(lái)實(shí)現(xiàn)比值關(guān)系，這樣就構(gòu)成了雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。
雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是由一個(gè)定值控制系統(tǒng)和一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)所組成，它不僅能保持兩個(gè)流量之間的比值關(guān)系，而且能保證總流量不變。與采用兩個(gè)單回路流量控制系統(tǒng)相比，其優(yōu)越性在于主流量一旦失調(diào)，仍能保持原定的比值。并且當(dāng)主流量因擾動(dòng)而發(fā)生變化時(shí)，在控制過(guò)程中仍能保持原定的比值關(guān)系。
雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)除了能克服單閉環(huán)比值控制的缺點(diǎn)外，另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提降負(fù)荷比較方便，只要緩慢地改變主流量控制器設(shè)定值，就可提、降主流量，同時(shí)副流量也就自動(dòng)地跟蹤主流量，并保持兩者比值不變。
它的缺點(diǎn)是采用單元組合儀表時(shí)，所用設(shè)備多，投資高；而當(dāng)今采用功能豐富的數(shù)字式儀表，它的缺點(diǎn)則可安全消失。
3、串級(jí)比值控制系統(tǒng)。以上介紹的兩種比值控制系統(tǒng)，其流量比是固定不變的，故也可稱定比值控制系統(tǒng)。然而，在某些生產(chǎn)過(guò)程中，卻需要兩種物料的比值按具體工況而改變，比值的大小由另一個(gè)控制器來(lái)設(shè)定，比值控制作為副回路，從而構(gòu)成串級(jí)比值控制系統(tǒng)，也稱變化值控制系統(tǒng)。例如在合成氨變換爐生產(chǎn)過(guò)程中，用蒸汽控制一段觸媒層溫度，蒸汽與半水煤氣的比值應(yīng)隨一段觸媒層溫度而變，這樣就構(gòu)成了串級(jí)比值控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)控制精度高，應(yīng)用范圍廣。
（四）集散控制系統(tǒng)
集散控制系統(tǒng)（DCS）又名分散控制系統(tǒng)，它們都是集中分散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。它是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)和CRT技術(shù)為一體的綜合性高科技產(chǎn)品。DCS通過(guò)操作站對(duì)整個(gè)工藝過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理，通過(guò)控制站對(duì)工藝過(guò)程各部分進(jìn)行分散控制，既不同于常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，而是集中了兩者的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們各自的不足。DCS以其可靠性、靈活性、人機(jī)界面友好性和通訊的方便性等特點(diǎn)日益被廣泛應(yīng)用。DCS具有如下特點(diǎn)：控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)便于擴(kuò)展、維護(hù)方便，可靠性高、便于與其計(jì)算機(jī)聯(lián)用。
例題1．自動(dòng)調(diào)節(jié)是控制器對(duì)某些量值進(jìn)行比較，然后根據(jù)偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，這些比較的量值有( )。
A. 測(cè)量值 B. 撓動(dòng)值
C. 給定值 D. 組態(tài)值
答案：A C
例題2．自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成包括（ ）。
A．執(zhí)行器 B．變送器
C．調(diào)節(jié)器 D．調(diào)節(jié)閥
答案：BCD
例題3．在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，引起被調(diào)參數(shù)偏離給定值的因素稱為（ ）。
A. 衰減 B. 差值 C. 偏差 D. 干擾
答案：D. 干擾