1、被控量(controlled plant)
被控量又稱被控對(duì)象。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，一般指被控制的設(shè)備或過程，如反應(yīng)器、精餾設(shè)備的控制，或傳熱過程、燃燒過程的控制等。從定量分析和方案設(shè)計(jì)角度來看，控制對(duì)象只是被控設(shè)備或過程中影響對(duì)象輸入、輸出參數(shù)的部分因素，并不是設(shè)備的全部。例如：在精餾過程控制中，定回流控制系統(tǒng)的控制對(duì)象，只涉及設(shè)備的回流管道；塔釜液位控制系統(tǒng)的對(duì)象，只與塔釜有關(guān)。在簡單控制系統(tǒng)中，工程上也可以把被控參數(shù)叫做對(duì)象，如流量控制、壓力控制和溫度控制等。
比如在溫控系統(tǒng)中，我們要達(dá)到的目的是恒溫，那么這里能使溫度升高或降低的設(shè)備就是被控量。在有些時(shí)候，這個(gè)被控對(duì)象又不是某個(gè)可以確定的設(shè)備，這個(gè)很好理解，比如現(xiàn)在房價(jià)太高了，我們要抑制一下，房價(jià)就是被控對(duì)象，對(duì)于導(dǎo)致房價(jià)升高的始作俑者-熱錢的炒作，也可以被稱為被控對(duì)象，控制的方法就是增加資金流動(dòng)的成本，降低資金的流動(dòng)性。
2、擾動(dòng)量(perturbation)
干擾或破壞系統(tǒng)按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行的輸入量，也稱為擾動(dòng)輸入。例如，本來房價(jià)是按市場規(guī)律漲跌的，但是我們的專家們說了幾話，使本來正常的市場被攪亂了(請(qǐng)注意亂，這個(gè)亂有兩個(gè)方向，加速漲或者加速跌)，這就是擾動(dòng)，再比如，銀行加息了，這是間接擾動(dòng)，它增加了資金流動(dòng)的成本，降低了投資利潤率。凡是影響系統(tǒng)運(yùn)行的輸入，都稱為擾動(dòng)。有些擾動(dòng)的結(jié)果是加速系統(tǒng)達(dá)到目的，稱為正作用；有些是減慢系統(tǒng)達(dá)到目的，稱為反作用。自動(dòng)調(diào)節(jié)的目的就是控制設(shè)備的運(yùn)行，來抵消或利用各種擾動(dòng)，滿足工藝要求。
3、給定值(specified value)
根據(jù)生產(chǎn)的需要，我們給一些控制對(duì)象設(shè)定一個(gè)目標(biāo)值，當(dāng)這個(gè)被控對(duì)象達(dá)到目標(biāo)值時(shí)才能生產(chǎn)出滿足要求的產(chǎn)品，這個(gè)目標(biāo)值就被稱為給定值。比如閥門位置在20%時(shí)，給水量就能滿足生產(chǎn)用水的需要，這里的20%就是給定值。在自動(dòng)控制時(shí)，我們會(huì)制定某種控制方案，使閥門在20%開度附近波動(dòng)，如果實(shí)際開度大了，系統(tǒng)就命令閥門關(guān)小一些，相反，如果實(shí)際開度小了，就命令閥門開大一些。由于工藝過程的變化，導(dǎo)致很多時(shí)候這個(gè)給定值是沒有具體值的，這就需要控制方案來計(jì)算出給定值，因此它也不一定就是個(gè)定值。給定值通常與測(cè)量值做比較，看看偏差有多少，如果偏差在我們?cè)试S范圍，就不去管它，如果超出允許范圍，就要命令閥門去動(dòng)作以消除偏差或者說使偏差回到允許范圍內(nèi)。
4、反饋 (feedback)
通過測(cè)量裝置將系統(tǒng)或元件的輸出量反送到輸入端，這個(gè)量就稱為反饋。反饋的概念是最重要的，可以說自動(dòng)控制的精髓就是反饋。怎么樣理解呢？比如我們回家之后，進(jìn)屋先開燈，之后干什么呢？有人說找個(gè)水果吃，在控制系統(tǒng)中，這樣做的結(jié)果就很可能吃到的不是水果，而是碰了一鼻子灰。為什么呢，因?yàn)槲覀兪÷粤艘粋€(gè)重要的步驟，看看燈有沒有亮！對(duì)于我們習(xí)以為常的東西，我們幾乎不去考慮這樣細(xì)微的問題(也許是人大腦的處理速度比計(jì)算機(jī)還要快)，因?yàn)橹灰须?，我們的燈就是?huì)亮的，誰也不會(huì)每天都重復(fù)這樣愚笨的行為，打開燈，抬頭看看亮沒亮。請(qǐng)記住，計(jì)算機(jī)是最笨的，它僅僅是算得比較快，它的所有行為都是人教的，因此必須要教他檢查一下開燈的結(jié)果，也就是燈亮了沒有，依據(jù)這個(gè)結(jié)果我們?cè)龠M(jìn)行以后的動(dòng)作。所以，燈亮了還是沒亮這個(gè)開燈的結(jié)果就是反饋，如果計(jì)算機(jī)沒有對(duì)此做出判斷，就不能執(zhí)行正確的動(dòng)作，或者進(jìn)入異常處理。
按反饋的信號(hào)極性分類，反饋可分為正反饋和負(fù)反饋。若反饋信號(hào)與輸入信號(hào)極性相同或同相，則兩種信號(hào)混合的結(jié)果將使放大器的凈輸入信號(hào)大于輸出信號(hào)，這種反饋叫正反饋(positive feedback)。正反饋主要用于信號(hào)產(chǎn)生電路。反之，反饋信號(hào)與輸入信號(hào)極性相反或變化方向相反(反相)，則疊加的結(jié)果將使凈輸入信號(hào)減弱，這種反饋叫負(fù)反饋(negative feed-back)。自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)通常采用負(fù)反饋技術(shù)以穩(wěn)定系統(tǒng)的工作狀態(tài)。
5、開環(huán)控制系統(tǒng)(open-loop control system)
開環(huán)控制系統(tǒng)是指被控對(duì)象的輸出(被控制量)對(duì)控制器(controller) 的輸出沒有影響。在這種控制系統(tǒng)中，不依賴將被控量返送回來以形成任何閉環(huán)回路。有點(diǎn)繞嘴，可以簡單理解為，只管做事，不看結(jié)果的處理方式。
6、閉環(huán)控制系統(tǒng)(closed-loop control system)
閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是，系統(tǒng)被控對(duì)象的輸出(被控量)會(huì)返送回來影響控制器的輸出，形成一個(gè)或多個(gè)閉環(huán)。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負(fù)反饋，若反饋信號(hào)與系統(tǒng)給定值信號(hào)相反，則稱為負(fù)反饋；若極性相同，則稱為正反饋。一般閉環(huán)控制系統(tǒng)(見圖2-1)均采用負(fù)反饋，又稱負(fù)反饋控制系統(tǒng)。
閉環(huán)控制系統(tǒng)的例子很多。上面講的開燈的例子就是個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，如果沒有眼睛，無法判斷燈是否被打開，就沒有了反饋回路，也就成了一個(gè)開環(huán)控制系統(tǒng)，這樣就能一下子理解了兩個(gè)概念。
7、過程控制系統(tǒng)(process control systems)
過程控制系統(tǒng)主要由控制器與被控對(duì)象組成、能夠?qū)崿F(xiàn)過程控制任務(wù)的系統(tǒng)。包括用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、用于測(cè)量的一次儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。系統(tǒng)中的靈魂是控制方案，如人的思想一樣，對(duì)于可能出現(xiàn)的問題做好處理程序，這樣的控制系統(tǒng)才能稱為自動(dòng)的，至是智能的。當(dāng)前一些產(chǎn)品只要加了單片機(jī)之類的控制芯片，就自稱為智能設(shè)備，其實(shí)僅僅是擁有了一個(gè)簡單的大腦，卻沒有教會(huì)它處理問題的思想?？梢姡嫦蛐袠I(yè)應(yīng)用的成熟控制方案才是自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，因此在工作中我們就要著重了解工藝方法，最終形成自己的解決方案，這個(gè)問題我們將在后面的章節(jié)專門論述。
為了更好地制定控制方案，我們需要了解一下被控對(duì)象的一般特性：對(duì)于大多數(shù)生產(chǎn)過程對(duì)象，在系統(tǒng)開環(huán)控制下，控制信號(hào)U發(fā)生階躍變化時(shí)，被控量會(huì)出現(xiàn)如圖1a、圖1b兩種情況。一種情況是被控對(duì)象在受到階躍擾動(dòng)后經(jīng)歷了一個(gè)非周期過程，最后被控量達(dá)到新的平衡，如圖1a；另一種情況是，這個(gè)擾動(dòng)造成了更大的擾動(dòng)，導(dǎo)致系統(tǒng)無法恢復(fù)平衡，最終造成更大的反應(yīng)，這種是破壞性的，如圖1b。
圖1 被控對(duì)象的一般特征
下面以一個(gè)簡單的水箱為例來說明。
圖2中水箱的截面積A，流入水箱的水量為Q1，由流入側(cè)控制閥1控制；流出量為Q2；控制閥2控制；水箱水位為h。設(shè)t0時(shí)刻前，水箱系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，此時(shí)流入量Q1=Q2，水位穩(wěn)定在h不變，流入側(cè)控制閥1開度為U10。在t0時(shí)刻，控制閥1突然增加了開度，發(fā)生了階躍△U，流入側(cè)閥門1的開大使流入量階躍增加如△Q1，此時(shí)流入水箱中的流量為Q1+△Q1，流出側(cè)的閥門2開度不動(dòng)。這樣水箱的水位在t0時(shí)刻的不平衡流量△Q1的作用下開始上升，其上升速度與△Q1成正比。水位的上升使水箱液面對(duì)控制閥2的壓力增加，導(dǎo)致流速增大，流出量Q2增加，設(shè)△Q2，而且隨著水位的上升，△Q2越來越大，當(dāng)水位上升到某個(gè)高度以后,經(jīng)過控制閥2的流量的增加抵消了新增水位的壓力差，水位將維持在新的高度不變，達(dá)到新的平衡。由階躍響應(yīng)曲線看出，水箱水位在受到流入側(cè)的流入量的階躍擾動(dòng)后，開始上升速度較大，隨后速度越來越小，最后變化速度為零。從這個(gè)特性來分析，單容水箱具有慣性，從受擾動(dòng)后無需外部干預(yù)，水位依然能恢復(fù)到新的穩(wěn)態(tài)值，因此稱該對(duì)象具有自平衡能力。假設(shè)我們?cè)陂_大閥門1的同時(shí)也開大閥門2，也就是說使輸入的增量△Q1等于輸出的增量△Q2，那么水位將維持在h不動(dòng)，這就是利用輸出閥門的增量來抵消了輸入閥門的階躍，當(dāng)然了，輸出的增量應(yīng)該是足夠快的，否則h也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)波動(dòng)。
圖2 被控對(duì)象的一般特征2
通過對(duì)以上過程控制基本概念的介紹及應(yīng)用舉例，大家可以看出來，根據(jù)被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，制訂出一個(gè)合適的規(guī)則，來完成自動(dòng)控制的過程就是過程控制。
被控量、擾動(dòng)量、給定值、反饋、開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)這七個(gè)過程控制基本概念是新手接觸過程控制的第一步，在昌暉儀表網(wǎng)“技術(shù)文庫”有海量原創(chuàng)、高價(jià)值的過程控制技術(shù)文章，多關(guān)注哦！
