自動控制系統(tǒng)基本知識(已修改)
2025-05-12 08:27 本頁面
【正文】 自動控制系統(tǒng)基本知識 引 言 自動控制學科由自動控制技術和自動控制理論兩部分組成 。 什么是自動控制 ? 無須人的直接參與，通過控制裝置，使機器、設備、生產過程等按照預定的規(guī)律運行，完成要求的任務，就叫自動控制。 近幾十年來，自動控制技術正在迅猛的發(fā)展，并在工農業(yè)生產、交通運輸、國防建 隨著自動控制技術的廣泛應用和迅猛發(fā)展，出 現(xiàn)了許多新問題，這些問題要求從理論上加以解決。 自動控制理論正是在解決這些實際技術問題的過程 中逐步形成和發(fā)展起來的，它是研究自動控制技術 的基礎理論，是研究自動控制共同規(guī)律的技術科學。 按其發(fā)展的不同階段，可把自動控制理論分為 經典 控制理論 和 現(xiàn)代控制理論 兩大部分。 經典控制理論也就是自動控制原理，是 20世紀 40年代到 50年代形成的一門獨立學科 。 自動控制理論的發(fā)展概況 50年代開始 ， 由于空間技術的發(fā)展 ， 各種高速 、 高性能的飛行器相繼出現(xiàn) ， 要求高精度地處理多變 量 、 非線性 、 時變和自適應等控制問題 ， 60年代初 又形成了現(xiàn)代控制理論 。 從 60年代至今 40多年來 ， 現(xiàn)代控制理論又有巨大的發(fā)展 ， 并形成了若干學科 分支 ， 如線性控制理論 、 最優(yōu)控制理論 、 動態(tài)系統(tǒng) 辨識 、 自適應控制 、 大系統(tǒng)理論等 。 自動控制理論 經典控制理論 現(xiàn)代控制理論 非線性控制系統(tǒng) 線性控制系統(tǒng) 連續(xù)控制系統(tǒng) 離散控制系統(tǒng) 自動控制的基本概念 人工控制： 控制系統(tǒng)可以由人工控制，也可以采用自動控制。 進水水池要求水位實際水位出水圖 1－ 1 水位人工控制原理圖 如圖 1－ 1 所示， 水 位保持系統(tǒng)。 自動控制的基本原理 自動控制： 該水池若改為由自動控制裝置代替操作人員：由 浮子測出實際水位，與要求的水位比較。然后得出偏 差再由調節(jié)元件根據偏差的大小和正負產生控制信號。 最后由執(zhí)行元件根據信號產生控制作用。如圖 13所示。 進水浮子實際水位出水+連桿電機M圖 1－ 3 水位自動控制系統(tǒng)原理圖 在此：浮子測水位，由連桿和電位器進行比較：浮子低則電位器上得到正電壓，經放大后使電機向進水閥門開大的方向旋轉；反之，當浮子高時，電位器上得到負電壓，電機向閥門關小的方向旋轉；若水位正好，則電位器上電壓為零，電機不轉，閥門不動。 要求水位〉 電機 閥門 水池出水量實際水位浮子控 制器電位器連桿比較圖 1－ 4水位自動控制系統(tǒng)方框圖 自動控制（續(xù)） 控制系統(tǒng)中的常用術語 (1) 控制裝置 — 外加的設備或裝置，亦叫控制器。 (2) 受控對象 — 被控制的機器或物體。 (4) 被控量 — 表征被控對象工作狀態(tài)的物理參量，也叫輸出量。 (4) 給定量 — 要求被控量所應保持的數(shù)值。也叫輸入量或叫參考輸入。 (5) 干擾量 — 系統(tǒng)不希望的外作用，也叫擾動輸入。 串聯(lián)校正 放大 執(zhí)行 受控對象反饋校正測量輸入量 輸出量 圖 1－ 6 自動控制系統(tǒng)的組成 自動控制的任務 — 利用控制器操縱受控對象，使其被控量按技術要求變化。若 r(t)— 給定量， c(t)— 被控量，則自控的任務之數(shù)學表達式為：使被控量滿足 c(t) ≈r(t)。自控系統(tǒng)的組成如 16圖所示。 自動控制系統(tǒng)的基本組成 1給定元件 ：其職能是給出與期望的被控量相對 應的系統(tǒng)輸入量。一般為電位器。 2比較元件 ：其職能是把測量到的被控量實際值 與給定元件給出的輸入量進行比較，求出他們 之間的偏差。常用的有差動放大器、機械差動 裝置、電橋電路、計算機等。 3測量元件 ：其職能是檢測被控制量的物理量。 如測速機、熱電偶、自整角機、電位器、旋轉 變壓器、浮子等。 基本組成（續(xù)） 4放大元件 ：其職能是將比較元件給出的偏差 信號進行放大，用來推動執(zhí)行元件去控制受 控對象。如：晶體管、集成電路、晶閘管等 組成的電壓、功率放大器。 5執(zhí)行元件 ：其職能是直接推動受控對象，使 其被控量發(fā)生變化。如：閥門、電機、液壓 馬達等。 基本組成（續(xù)） 自控系統(tǒng)的特點： 1從信號傳送看： c(t)經測量后回到輸入端，構成閉環(huán)，具有反饋形式，且為負反饋。 2從控制作用的產生看：由偏差產生的控制作用使系統(tǒng)沿減小或消除偏差的方向運動 — 偏差控制。 6校正元件 ：也叫補償元件，它是結構或參數(shù)便于 調整的元件。用串聯(lián)或并聯(lián)（反饋）的方式連接 于系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)的性能。如：電阻、電容 組成的無源或有源網絡，還有計算機。 基本組成（續(xù)） 自動控制的基本方式 一、 開環(huán)控制系統(tǒng)： 1. 定義： 開環(huán)控制 —— 控制器與被控對象之間只 有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。 2. 特點：被控量對系統(tǒng)的控制作用不產生影響， 需要控制的是 c(t)，而測量的只是 r(t). ++u gU a功放n負載ug ua n電動機功放圖 1－ 7 開環(huán)直流調速系統(tǒng) 開環(huán)控制系統(tǒng)（續(xù)） 3. 例如：直流電機開環(huán)調速系統(tǒng)如圖 1－ 7所示。 給定電壓放大后得到電樞電壓 ua，從而控制 轉速 n。 改變 ug→ua改變 →n改變， ug與 n一一對 應。但是，當負載變化時（干擾量），會使 n改 變，即使 ug不變， n 也改變。 ∴ ua（ ug）
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