一、控制系統(tǒng)的種類
控制方式一般分為手動或自動兩大類，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)回路并能自動糾正偏差，這種系統(tǒng)稱為自動控制系統(tǒng)，或叫自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
自動調(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，其作用是把來自變送器的標準測量值，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，并通過調(diào)節(jié)閥來執(zhí)行調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)指令。自動控制系統(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)保持在一個生產(chǎn)技術(shù)指標上不變，這個技術(shù)指標就是給定值。這種在生產(chǎn)過程中給定值不變的自動調(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。但是它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標需按一定的時間程序變化。
3、隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)(又稱自動跟蹤調(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，隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出應(yīng)嚴格、及時地隨著輸入的變化而變化。
（二）按自動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，對生產(chǎn)過程進行調(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、計算機調(diào)節(jié)系統(tǒng)：凡是用計算機代替常規(guī)調(diào)節(jié)器，對生產(chǎn)過程進行調(diào)節(jié)控制的系統(tǒng)，通常稱為計算機調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或稱計算機過程控制系統(tǒng)。計算機調(diào)節(jié)系統(tǒng)中工業(yè)控制計算機是主要設(shè)備。
（三）按調(diào)節(jié)參數(shù)多少分類的調(diào)節(jié)系統(tǒng)：
1、簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)：簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)是指只有一個測量元件和變送器、一個調(diào)節(jié)器、一個調(diào)節(jié)閥，只對一個參數(shù)進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。它是自動化控制系統(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)過程控制中，各種不同于簡單調(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)和所擔負的任務(wù)不同，可分為串級、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、自動控制系統(tǒng)的常用術(shù)語
（1）調(diào)節(jié)對象，又稱被調(diào)對象，簡稱對象。在自動調(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)對象。
（2）被調(diào)參數(shù)。指能夠表征設(shè)備運轉(zhuǎn)情況并需要進行調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)。
（3）調(diào)節(jié)參數(shù)。用來克服干擾對被調(diào)參數(shù)的影響，實現(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)的信號反送到調(diào)節(jié)器的比較元件去的通道稱為反饋回路，簡稱反饋。
三、自動控制系統(tǒng)的常識
（一）系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)和干擾作用
在自動化領(lǐng)域內(nèi)，把被調(diào)參數(shù)不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被調(diào)參數(shù)隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。
當一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時，整個系統(tǒng)就處于一種相對的平衡狀態(tài)。系統(tǒng)的各個組成環(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)，它們的輸出信號都處于相對靜止狀態(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、暫時、有條件的。一個原來處于靜態(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)過調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)重新建立平衡整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和參數(shù)都處于變動狀態(tài)之中，所以這種狀態(tài)就叫做動態(tài)。在實際生產(chǎn)過程中，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
為了定量地評定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)，規(guī)定了以下幾個質(zhì)量指標：
1、偏差是指系統(tǒng)瞬時偏離給定值的程度，它是衡量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)指標之一。對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。通常在對給定值改變的調(diào)節(jié)系統(tǒng)作分析時，多采用超調(diào)量這個品質(zhì)指標。
3、衰減比是指過渡曲線中第一個波峰的高度與第二個波峰高度之比，習慣上寫成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。當過渡過程終了時，被調(diào)參數(shù)所達到的新的穩(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。在生產(chǎn)中，給定值是生產(chǎn)的技術(shù)指標，當然希望經(jīng)過調(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、過渡時間從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡為止，過渡過程所經(jīng)歷的時間叫做“過渡時間”或“調(diào)節(jié)時間”。嚴格地講，對于具有一定衰減比的衰減振蕩過程來說，要完全達到新的平衡狀態(tài)需要無限長的時間。然而，實際上由于儀表靈敏度的限制，當被調(diào)參數(shù)接近穩(wěn)態(tài)值時，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)定一個小的范圍，當被調(diào)參數(shù)進入這一范圍并且不再超出時，就認為被調(diào)參數(shù)已經(jīng)達到新的穩(wěn)定值，亦即過渡過程至此結(jié)束。這個范圍一般定為余差的±5%。
（三）調(diào)節(jié)對象的負荷與自衡
負荷就是對象的生產(chǎn)能力或運轉(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。在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，對象負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)過程的穩(wěn)定性。如果負荷變化很大又很頻繁，調(diào)節(jié)系統(tǒng)就很難穩(wěn)定下來，因此要求負荷應(yīng)盡量穩(wěn)定。
當系統(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)自行趨向一個新的穩(wěn)定值的性質(zhì)就稱之為對象的自衡。
四、自動控制系統(tǒng)的表示方法
在研究自動控制系統(tǒng)時，為了能夠清楚地表示出一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)各個組成部分之間的相互影響和信號聯(lián)系，便于對系統(tǒng)分析研究，一般都用方框圖來表示自動調(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（或變量）傳遞關(guān)系，它的每一個方塊表示組成部分的一種功能，箭頭的方向標明信號（或變量）的傳遞方向。
在方塊圖中有四種基本符號：
1、信號線：即帶箭頭的直線，箭頭方向表示信號傳遞的方向。
2、引出點：表示信號引出或測量的位置，從同一位置引出的信號線在數(shù)據(jù)和性質(zhì)方面是完全相同的。
3、比較點：對兩個或兩個以上信號進行代數(shù)運算的點。
4、方塊：箭頭進入廣場的信號稱為輸入信號，箭頭離開方塊的信號稱為輸出信號。方框圖中的每個方塊為系統(tǒng)或元件的傳遞函數(shù)，它反映了各個環(huán)節(jié)間的因果關(guān)系。
在實際工作中，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、自動控制系統(tǒng)類型簡介
（一）簡單控制系統(tǒng)
所謂簡單控制系統(tǒng)，通常是指由一個測量元件及變送器、一個調(diào)節(jié)器、一個調(diào)節(jié)閥和一個對象所組成的單閉環(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，簡單控制系統(tǒng)仍占自動控制系統(tǒng)總數(shù)的80%左右。另外，簡單控制系統(tǒng)設(shè)計、投運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，我們有必要對這些基本問題進行研究。
（二）串級控制系統(tǒng)
串級控制系統(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)。特點是兩個控制器相串接，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定，適用于時間常數(shù)及純滯后較大的被控制對象，具有可減少副控對象的等效時間常數(shù)、提高系統(tǒng)的工作頻率、抑制進入副控回路的擾動、適應(yīng)負荷變化等特點。
（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)比值和串級比值等三級。
1、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。從物料流量的控制部分看，是一個隨動的閉環(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)比值運算后使輸出信號與輸入信號成一定比例，并作為副流量控制器的給定信號值。
單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：兩種物料流量的比值較為精確，實施方便，從而得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種控制方案當主流量出現(xiàn)大的擾動或負荷頻繁波動時，副流量在調(diào)節(jié)過程中，相對于控制器的給定值會出現(xiàn)較大的偏差。因此，這種方案對嚴格要求動態(tài)比值的化學反應(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，那么對主流量也要有個閉合的控制回路，主、副流量通過比值器來實現(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)實質(zhì)上是由一個定值控制系統(tǒng)和一個隨動控制系統(tǒng)所組成，它不僅能保持兩個流量之間的比值關(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。并且當主流量因擾動而發(fā)生變化時，在控制過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)比值控制的缺點外，另一個優(yōu)點是提降負荷比較方便，只要緩慢地改變主流量控制器設(shè)定值，就可提、降主流量，同時副流量也就自動地跟蹤主流量，并保持兩者比值不變。
它的缺點是采用單元組合儀表時，所用設(shè)備多，投資高；而當今采用功能豐富的數(shù)字式儀表，它的缺點則可安全消失。
3、串級比值控制系統(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控制器來設(shè)定，比值控制作為副回路，從而構(gòu)成串級比值控制系統(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)的簡稱。它是集計算機技術(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通過操作站對整個工藝過程進行集中監(jiān)視、操作、管理，通過控制站對工藝過程各部分進行分散控制，既不同于常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式的計算機控制系統(tǒng)，而是集中了兩者的優(yōu)點，克服了它們各自的不足。DCS以其可靠性、靈活性、人機界面友好性和通訊的方便性等特點日益被廣泛應(yīng)用。DCS具有如下特點：控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)便于擴展、維護方便，可靠性高、便于與其計算機聯(lián)用。
例題1．自動調(diào)節(jié)是控制器對某些量值進行比較，然后根據(jù)偏差進行調(diào)節(jié)，這些比較的量值有( )。
A. 測量值 B. 撓動值
C. 給定值 D. 組態(tài)值
答案：A C
例題2．自動控制系統(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或自動兩大類，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)回路并能自動糾正偏差，這種系統(tǒng)稱為自動控制系統(tǒng)，或叫自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
自動調(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，其作用是把來自變送器的標準測量值，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，并通過調(diào)節(jié)閥來執(zhí)行調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)指令。自動控制系統(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)保持在一個生產(chǎn)技術(shù)指標上不變，這個技術(shù)指標就是給定值。這種在生產(chǎn)過程中給定值不變的自動調(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。但是它是一個已知的時間函數(shù)，即生產(chǎn)技術(shù)指標需按一定的時間程序變化。
3、隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)(又稱自動跟蹤調(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，隨動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出應(yīng)嚴格、及時地隨著輸入的變化而變化。
（二）按自動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，對生產(chǎn)過程進行調(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、計算機調(diào)節(jié)系統(tǒng)：凡是用計算機代替常規(guī)調(diào)節(jié)器，對生產(chǎn)過程進行調(diào)節(jié)控制的系統(tǒng)，通常稱為計算機調(diào)節(jié)系統(tǒng)，或稱計算機過程控制系統(tǒng)。計算機調(diào)節(jié)系統(tǒng)中工業(yè)控制計算機是主要設(shè)備。
（三）按調(diào)節(jié)參數(shù)多少分類的調(diào)節(jié)系統(tǒng)：
1、簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)：簡單調(diào)節(jié)系統(tǒng)是指只有一個測量元件和變送器、一個調(diào)節(jié)器、一個調(diào)節(jié)閥，只對一個參數(shù)進行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。它是自動化控制系統(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)過程控制中，各種不同于簡單調(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)和所擔負的任務(wù)不同，可分為串級、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、自動控制系統(tǒng)的常用術(shù)語
（1）調(diào)節(jié)對象，又稱被調(diào)對象，簡稱對象。在自動調(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)對象。
（2）被調(diào)參數(shù)。指能夠表征設(shè)備運轉(zhuǎn)情況并需要進行調(diào)節(jié)的工藝參數(shù)。
（3）調(diào)節(jié)參數(shù)。用來克服干擾對被調(diào)參數(shù)的影響，實現(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)的信號反送到調(diào)節(jié)器的比較元件去的通道稱為反饋回路，簡稱反饋。
三、自動控制系統(tǒng)的常識
（一）系統(tǒng)的靜態(tài)、動態(tài)和干擾作用
在自動化領(lǐng)域內(nèi)，把被調(diào)參數(shù)不隨時間變化的平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的靜態(tài)，而把被調(diào)參數(shù)隨時間變化的不平衡狀態(tài)稱為系統(tǒng)的動態(tài)。
當一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入（給定和干擾）和輸出均恒定不變時，整個系統(tǒng)就處于一種相對的平衡狀態(tài)。系統(tǒng)的各個組成環(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)，它們的輸出信號都處于相對靜止狀態(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、暫時、有條件的。一個原來處于靜態(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)過調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)重新建立平衡整個系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)和參數(shù)都處于變動狀態(tài)之中，所以這種狀態(tài)就叫做動態(tài)。在實際生產(chǎn)過程中，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
為了定量地評定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)，規(guī)定了以下幾個質(zhì)量指標：
1、偏差是指系統(tǒng)瞬時偏離給定值的程度，它是衡量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的品質(zhì)指標之一。對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。通常在對給定值改變的調(diào)節(jié)系統(tǒng)作分析時，多采用超調(diào)量這個品質(zhì)指標。
3、衰減比是指過渡曲線中第一個波峰的高度與第二個波峰高度之比，習慣上寫成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。當過渡過程終了時，被調(diào)參數(shù)所達到的新的穩(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。在生產(chǎn)中，給定值是生產(chǎn)的技術(shù)指標，當然希望經(jīng)過調(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、過渡時間從干擾作用發(fā)生的時刻起，直到系統(tǒng)重新建立新的平衡為止，過渡過程所經(jīng)歷的時間叫做“過渡時間”或“調(diào)節(jié)時間”。嚴格地講，對于具有一定衰減比的衰減振蕩過程來說，要完全達到新的平衡狀態(tài)需要無限長的時間。然而，實際上由于儀表靈敏度的限制，當被調(diào)參數(shù)接近穩(wěn)態(tài)值時，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)定一個小的范圍，當被調(diào)參數(shù)進入這一范圍并且不再超出時，就認為被調(diào)參數(shù)已經(jīng)達到新的穩(wěn)定值，亦即過渡過程至此結(jié)束。這個范圍一般定為余差的±5%。
（三）調(diào)節(jié)對象的負荷與自衡
負荷就是對象的生產(chǎn)能力或運轉(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。在自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，對象負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)過程的穩(wěn)定性。如果負荷變化很大又很頻繁，調(diào)節(jié)系統(tǒng)就很難穩(wěn)定下來，因此要求負荷應(yīng)盡量穩(wěn)定。
當系統(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)自行趨向一個新的穩(wěn)定值的性質(zhì)就稱之為對象的自衡。
四、自動控制系統(tǒng)的表示方法
在研究自動控制系統(tǒng)時，為了能夠清楚地表示出一個自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)各個組成部分之間的相互影響和信號聯(lián)系，便于對系統(tǒng)分析研究，一般都用方框圖來表示自動調(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（或變量）傳遞關(guān)系，它的每一個方塊表示組成部分的一種功能，箭頭的方向標明信號（或變量）的傳遞方向。
在方塊圖中有四種基本符號：
1、信號線：即帶箭頭的直線，箭頭方向表示信號傳遞的方向。
2、引出點：表示信號引出或測量的位置，從同一位置引出的信號線在數(shù)據(jù)和性質(zhì)方面是完全相同的。
3、比較點：對兩個或兩個以上信號進行代數(shù)運算的點。
4、方塊：箭頭進入廣場的信號稱為輸入信號，箭頭離開方塊的信號稱為輸出信號。方框圖中的每個方塊為系統(tǒng)或元件的傳遞函數(shù)，它反映了各個環(huán)節(jié)間的因果關(guān)系。
在實際工作中，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、自動控制系統(tǒng)類型簡介
（一）簡單控制系統(tǒng)
所謂簡單控制系統(tǒng)，通常是指由一個測量元件及變送器、一個調(diào)節(jié)器、一個調(diào)節(jié)閥和一個對象所組成的單閉環(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，簡單控制系統(tǒng)仍占自動控制系統(tǒng)總數(shù)的80%左右。另外，簡單控制系統(tǒng)設(shè)計、投運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，我們有必要對這些基本問題進行研究。
（二）串級控制系統(tǒng)
串級控制系統(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)。特點是兩個控制器相串接，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定，適用于時間常數(shù)及純滯后較大的被控制對象，具有可減少副控對象的等效時間常數(shù)、提高系統(tǒng)的工作頻率、抑制進入副控回路的擾動、適應(yīng)負荷變化等特點。
（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)比值和串級比值等三級。
1、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。從物料流量的控制部分看，是一個隨動的閉環(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)比值運算后使輸出信號與輸入信號成一定比例，并作為副流量控制器的給定信號值。
單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：兩種物料流量的比值較為精確，實施方便，從而得到了廣泛的應(yīng)用。但是這種控制方案當主流量出現(xiàn)大的擾動或負荷頻繁波動時，副流量在調(diào)節(jié)過程中，相對于控制器的給定值會出現(xiàn)較大的偏差。因此，這種方案對嚴格要求動態(tài)比值的化學反應(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，那么對主流量也要有個閉合的控制回路，主、副流量通過比值器來實現(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)實質(zhì)上是由一個定值控制系統(tǒng)和一個隨動控制系統(tǒng)所組成，它不僅能保持兩個流量之間的比值關(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。并且當主流量因擾動而發(fā)生變化時，在控制過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)比值控制的缺點外，另一個優(yōu)點是提降負荷比較方便，只要緩慢地改變主流量控制器設(shè)定值，就可提、降主流量，同時副流量也就自動地跟蹤主流量，并保持兩者比值不變。
它的缺點是采用單元組合儀表時，所用設(shè)備多，投資高；而當今采用功能豐富的數(shù)字式儀表，它的缺點則可安全消失。
3、串級比值控制系統(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控制器來設(shè)定，比值控制作為副回路，從而構(gòu)成串級比值控制系統(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)的簡稱。它是集計算機技術(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通過操作站對整個工藝過程進行集中監(jiān)視、操作、管理，通過控制站對工藝過程各部分進行分散控制，既不同于常規(guī)儀表控制系統(tǒng)，又不同于集中式的計算機控制系統(tǒng)，而是集中了兩者的優(yōu)點，克服了它們各自的不足。DCS以其可靠性、靈活性、人機界面友好性和通訊的方便性等特點日益被廣泛應(yīng)用。DCS具有如下特點：控制功能多樣化、操作簡便、系統(tǒng)便于擴展、維護方便，可靠性高、便于與其計算機聯(lián)用。
例題1．自動調(diào)節(jié)是控制器對某些量值進行比較，然后根據(jù)偏差進行調(diào)節(jié)，這些比較的量值有( )。
A. 測量值 B. 撓動值
C. 給定值 D. 組態(tài)值
答案：A C
例題2．自動控制系統(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