【正文】 自動(dòng)化專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)專業(yè) 電子信息工程學(xué)院自動(dòng)化系 譚健敏 2021年 11月 2 一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型和組成 爐溫 自動(dòng)控制系統(tǒng) 可以看到，系統(tǒng)的作用是閉合的 ,有反饋回路，即形成閉環(huán)系統(tǒng)。 專業(yè)概論 自動(dòng)化系 譚健敏 3 反饋的性質(zhì)使?fàn)t溫回復(fù)到給定的恒值；而不是爐溫 Uf大于 Ur時(shí)，反饋使得爐溫更大，或者 Uf小于 Ur時(shí)反饋使?fàn)t溫更小。這說明 自動(dòng)調(diào)節(jié)（控制）系統(tǒng) ，一定要有“ 負(fù)反饋 ” 恒（定）值控制系統(tǒng)的主要功能是克服各種擾動(dòng)，保持被控變量為恒 定值。 專業(yè)概論 自動(dòng)化系 譚健敏 2 程序自動(dòng)控制系統(tǒng) 4 運(yùn) 算 控制器 變 換 放大器 電動(dòng)機(jī) 工作 機(jī)床 切削 刀具 控制 脈沖 脈沖 指令 位移 反饋測(cè) 量元件 專業(yè)概論 自動(dòng)化系 譚健敏 5 當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的給定信號(hào) (相當(dāng)于上節(jié)中的 Ur ) 是已知的時(shí)間函數(shù)時(shí)，稱這類系統(tǒng)為 程序控制系統(tǒng) （ Program Control System）。 程序控制系統(tǒng)一個(gè)可以是開環(huán)的，消除誤差用 閉環(huán)控制系統(tǒng)。 程序控制系統(tǒng)的功能是按照預(yù)定的程序來(lái)控制 被控變量。 2 程序自動(dòng)控制系統(tǒng) 運(yùn) 算 控制器 變 換 放大器 電動(dòng)機(jī) 工作 機(jī)床 切削 刀具 控制 脈沖 脈沖 指令 位移 反饋測(cè) 量元件 專業(yè)概論 自動(dòng)化系 譚健敏 3 隨動(dòng)系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)） 6 在反饋控制系統(tǒng)中，若給定環(huán)節(jié)給出的輸入信號(hào)是預(yù)先未知的隨時(shí)間變化的函數(shù)，這種自動(dòng)控制系統(tǒng)稱為 隨動(dòng)系統(tǒng)（ Servomechanism）。 國(guó)防上的炮跟蹤系統(tǒng)、雷達(dá)導(dǎo)引系統(tǒng)和天文望遠(yuǎn)鏡的跟蹤系統(tǒng)等都屬于隨動(dòng)系統(tǒng)。 專業(yè)概論 自動(dòng)化系 譚健敏 （二） 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 7 （ 1） 給定環(huán)節(jié) : 產(chǎn)生給定的輸入信號(hào)； （ 2） 反饋環(huán)節(jié) : 對(duì)系統(tǒng)輸出（被控制量）進(jìn)行測(cè)量，將它轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)； （ 3） 比較環(huán)節(jié) : 將給定的輸入信號(hào)和反饋信號(hào)加以比較，產(chǎn)生“誤差”信號(hào)； （ 4） 控制器（調(diào)節(jié)器） : 根據(jù)誤差信號(hào)，按一定規(guī)律，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)?？刂破魇亲詣?dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的核心部分； 給定輸入 給定 環(huán)節(jié) 控制器 放大 環(huán)節(jié) 執(zhí)行 環(huán)節(jié) 被控 對(duì)象 誤差 反饋信號(hào) 輸出 擾動(dòng) + _ 反饋環(huán)節(jié) 專業(yè)概論 自動(dòng)化系 譚健敏 （二） 自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 8 （ 5） 執(zhí)行環(huán)節(jié)（包括信號(hào)放大和執(zhí)行機(jī)構(gòu)） :將控制信號(hào)進(jìn)行功率放大，并能使被控對(duì)象的被控量變化； （ 6） 被控對(duì)象： 控制系統(tǒng)所要控制的設(shè)備或生產(chǎn)過程，它的輸出就是被控量； （ 7） 擾動(dòng) : 除輸入信號(hào)外能使被控量偏離輸入信號(hào)所要求的值或規(guī)律的控制系統(tǒng)內(nèi)、外的物理量。 給定輸入 給定 環(huán)節(jié) 控制器 放大 環(huán)節(jié) 執(zhí)行 環(huán)節(jié) 被控 對(duì)象 誤差 反饋信號(hào) 輸出 擾動(dòng) + _ 反饋環(huán)節(jié) 專業(yè)概論 自動(dòng)化系 譚健敏 控制系統(tǒng)中的常用名詞 9 系統(tǒng)輸入量 xi ： 又稱給定值，期望值；是對(duì)系統(tǒng)輸出量的預(yù)訂要求。 控制輸入信號(hào) r ： 又稱給定信號(hào)；是與反饋信號(hào)具有同一能量形式的信號(hào)。 系統(tǒng)輸出量 xo ： 又稱被控量；是對(duì)被控系統(tǒng)中加以控制的運(yùn)動(dòng)參數(shù)或狀態(tài)物理量。 反饋信號(hào) xb ： 利用測(cè)量和變送裝置將系統(tǒng)的輸出量檢測(cè)出來(lái)，送到系統(tǒng)的比較單元去，與輸入信號(hào)進(jìn)行比較。 誤差信號(hào) e ： 控制輸入信號(hào)與反饋信號(hào)之差。 擾動(dòng)量 ni ： 指對(duì)系統(tǒng)輸出有影響的量，使被控量偏離給定的方向變化。 專業(yè)概論 自動(dòng)化系 譚健敏 （ 三） 自動(dòng)化儀表 10 ?傳感器 實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)并將被測(cè)的物理量變換為另一個(gè)物理量 (通常是電量 ) ，例如熱電偶； ?變送器 與傳感器配套，使輸出成為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。例如對(duì) DDZ Ⅲ 電動(dòng)單元組合儀表，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為 4 – 20mA； ?控制器（調(diào)節(jié)器） 采用模擬信號(hào)的調(diào)節(jié)器使用較多，它接受來(lái)自被控對(duì)象的測(cè)量值和給定值或它們的誤差，并根據(jù)一定的控制（調(diào)節(jié)）規(guī)律產(chǎn)生輸出信號(hào)以推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（執(zhí)行器）。 控制器起給定環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)和控制器三者的作用； ?放大器 用以增加信號(hào)的幅度或 (和 )功率，如如晶體管放大器，也可以由電信號(hào)放大到氣動(dòng)信號(hào)（如電 氣轉(zhuǎn)換器）； ?執(zhí)行機(jī)構(gòu) 接受控制器來(lái)的信息并對(duì)被控對(duì)象施加控制作用，如電動(dòng)機(jī) M。 工業(yè)控制常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)薄膜調(diào)節(jié)閥、液壓伺服馬達(dá)、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。 專業(yè)概論 自動(dòng)化系 譚健敏 (四 ) 控制器控制和計(jì)算機(jī)控制 11 以上系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)：輸入信號(hào)、誤差、控制器輸出和輸出量等都是 模擬 信號(hào)，即隨時(shí)間連續(xù)變動(dòng)的信號(hào)。 在一些現(xiàn)代的控制系統(tǒng)中常用微型計(jì)算機(jī)來(lái)代替控制器，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制性能很有必要，如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制等等。這時(shí) 計(jì)算機(jī)控制 系統(tǒng)（ Computer Control System） 的框圖如圖所示。其特點(diǎn)是系統(tǒng)中一處或幾處的信號(hào)具有數(shù)字代碼，此外還有離散信號(hào)（采樣信號(hào)）的出現(xiàn)如圖。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是以計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn) PID控制規(guī)律或更復(fù)雜的控制規(guī)律。 專業(yè)概論 自動(dòng)化系 譚健敏 12 模