认识PID(1)| 何为自动控制?


自动控制就是通过“感知-决策-执行”将某个量维持在期望值,或者以某种方式动作的方式或方法。人参与其中的手动控制在生产、生活中随处可见。例如淋浴时,假定冷水龙头不变,只调节热水。人们首先需要感知水温的高低,然后根据自己的感觉做出决策。如果感觉水温高了,就把热水龙头关小一点;如果感觉水温低了,就把热水龙头开大一点。换句话说,控制作用应该向减少偏差的方向变化,也就是所谓负反馈。控制方向对了,还有一个控制量的问题。温度高了1℃,热水龙头该关小多少呢?这个决策过程就是控制,因为人参与了决策制定所以称为手动控制。把人的这个决策过程的知识固化下来通过程序自动化实现就是自动控制。

自动控制技术通过知识自动化模拟人的作用将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高生产效率。通过自动控制可以避免操作人员不同导致的性能不一致性。而且大部分工厂里都有成百上千个工艺参数需要控制,手动控制既不经济有不安全。化工装置引起异常状态的原因有42%是操作人员失误引起,装置的自动化程度越高,人员的操作越少,人的失误就会越少,装置的安全风险也就越低。分钟级的手动控制既危险又会因为没有意义的操作引起人员流失。

不需要操作员干预的情况下控制过程变量。这就是自动过程控制的含义。

自动过程控制的经典框图

这张图上发生了什么?设定值(SP)是我们希望过程达到的值。

例如,我们家的温度控制系统的设定值(SP)可能为22°C。这意味着“我们希望我们家中的加热和冷却过程达到尽可能接近22°C的稳定温度”。控制器查看设定值,并将其与过程变量(PV)的实际值进行比较。回到我们的房子里,我们的加热和冷却系统中的控制器设备查看房间中的温度传感器的值,并看到它有多接近22°C。

如果设定值(SP)和过程变量(PV)相同,那么控制器就是不必做任何事情,它会将输出设置保持不变。

然而,如果设定值(SP)和过程变量(PV)之间存在差异,我们会出现偏差,需要采取纠正措施。在我们的房子里,是制冷还是供暖,这取决于过程变量(PV)分别高于还是低于设定值(SP)。

让我们想象一下,我们家的温度过程变量(PV)比设定值(SP)高。它太热了。空调打开,温度下降,传感器获取较低的温度,并将其反馈给控制器,控制器发现“温度偏差”没有那么大,因为过程变量(PV)(温度)下降了,空调开得有点小。重复此过程,直到房屋冷却至22°C且无偏差。然后系统受到干扰,控制器必须再次启动。在我们的房子里,干扰可能是太阳打在屋顶上,使室内空气温度升高。这是一个简单反馈控制系统的基本概述。听起来很简单吧!

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