文档介绍：主要内容:
自动控制的基本知识
开环控制与闭环控制
自动控制系统的分类及组成
自动控制理论的发展
§ 引言
控制观念
生产和科学实践中,要求设备或装置或生产过程按照人们所期望的规律运行或工作。
同时,干扰使实际工作状态偏离所期望的状态。
例如:卫星运行轨道,导弹飞行轨道,加热炉出口温度,电机转速等控制
控制:为了满足预期要求所进行的操作或调整的过程。
控制任务可由人工控制和自动控制来完成。
§ 自动控制的基本知识
自动控制问题的提出
一个简单的水箱液面,因生产和生活需要,希望液面高度h维持恒定。当水的流入量与流出量平衡时,水箱的液面高度维持在预定的高度上。
当水的流出量增大或流入量减小,平衡则被破坏,液面的高度不能自然地维持恒定。
所谓控制就是强制性地改变某些物理量(如上例中的进水量),而使另外某些特定的物理量(如液面高度
h)维持在某种特定的标准上。人工控制的例子。
这种人为地强制性地改变进水量,而使液面高度维持恒定的过程,即是人工控制过程。
自动控制的定义及基本职能元件
1. 自动控制的定义
自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制器使被控对象(或过程)的某些物理量(或状态)自动地按预先给定的规律去运行。
当出水与进水的平衡被破坏时,水箱水位下降(或上升),出现偏差。这偏差由浮子检测出来,自动控制器在偏差的作用下,控制阀门开大(或关小),对偏差进行修正,从而保持液面高度不变。
2. 自动控制的基本职能元件
自动控制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能,从而实现自动控制的。画出以上人工控制与动控制的功能方框图进行对照。
比较两图可以看出,自动控制实现人工控制的功能,存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件:
测量元件与变送器(代替眼睛)
自动控制器(代替大脑)
执行元件(代替肌肉、手)
这些基本元件与被控对象相连接,一起构成一个自动控制系统。下图是典型控制系统方框图。
自动控制中的一些术语及方框图
控制对象控制器系统系统输出操作量参考输入扰动特性
将系统中各个部分都用一个方框来表示,并注上文字或代号,根据各方框之间的信息传递关系,用有向线段把它们依次连接起来,并标明相应的信息。
§ 自动控制系统的基本控制方式
控制方式:开环控制和闭环控制
开环控制
定义:控制量与被控量之间只有顺向作用而没有反向联系。
开环控制系统的典型方框图如图所示。
例如:交通指挥红绿灯,自动洗衣机,自动售货机
下图是一个直流电动机转速控制系统。
工作原理:
以上的控制过程,用方框图简单直观地表示出来。
图示是一个按扰动控制的直流电动机转速控制系统。
控制过程可用方框图表示成如图示的形式。
把负载变化视为外部扰动输入,对输出转速产生的影响及控制补偿作用,分别沿箭头的方向从输入端传送到输出端,作用的路径也是单向的,不闭合的。有时我们称按扰动控制为顺馈控制。
开环控制的特点:
结构简单、调整方便、成本低。
给定一个输入,有相应的一个输出。
作用信号是单方向传递的,形成开环。
输出不影响输入。
若系统有外界扰动时,系统输出量不可能有准确
的数值,即开环控制精度不高,或抗干扰能力差
闭环控制
定义:凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统,都叫做闭环控制系统。
常用术语:
反馈控制系统闭合闭环控制系统
反馈控制原理:被控变量作为反馈信号,与希望值比较得到偏差输入;
根据输入偏差大小,调整控制信号;控制信号通过执行器的操作消除偏差,实现控制目标。
反馈:输出量经测量后的信号回送到输入端。
反馈连接方式有负反馈和正反馈。
负反馈:反馈信号的极性与输入信号相反,使被控对象的输出趋向希望值。
直流电动机转速闭环控制的例子。
闭环控制的特点:
由负反馈构成闭环,利用偏差信号进行控制;
抗干扰能力强,精度高;
存在稳定性问题。系统元件参数配合不当,容易产生振荡,使系统不能正常工作;
自动控制理论主要研究闭环系统。
闭环控制系统的典型方框图如图所示。
一、开环与闭环控制系统的比较
二、复合控制方法
常见的方式有以下两种:
2. 附加扰动输入补偿
§ 1-4 自动控制系统的分类基本组成
按给定信号的特征划分
1. 恒值控制系统:
系统任务:c(t)=r(t) r(t)常数
分析设计重点:研究干扰对被控对象的影响,克服扰动
液位控制系统,直流电动机调速系统等等。
2. 随动控制系统: