第五節(jié) 自動控制系統(tǒng)

　　一、自動控制系統(tǒng)基本概念

　　(一)自動控制系統(tǒng)的組成

　　1.被控對象：是控制系統(tǒng)所控制和操縱的對象，它接受控制量并輸出被控量。

　　2.控制器：接收變換和放大后的偏差信號，轉(zhuǎn)換為被控對象進(jìn)行操作的控制信號。

　　3.放大變換環(huán)節(jié)：將偏差信號變換為適合控制器執(zhí)行的信號。它根據(jù)控制的形式、幅值及功率來放大變換。

　　4.校正裝置：為改善系統(tǒng)動態(tài)和靜態(tài)特性而附加的裝置。如果校正裝置串聯(lián)在系統(tǒng)的前向通道中，稱為串聯(lián)校正裝置;如果校正裝置接成反饋形式，稱為并聯(lián)校正裝置，又稱局部反饋校正。

　　5.反饋環(huán)節(jié)：用來測量被控量的實(shí)際值，并經(jīng)過信號處理，轉(zhuǎn)換為與被控量有一定函數(shù)關(guān)系，且與輸入信號同一物理量的信號。反饋環(huán)節(jié)一般也稱為測量變送環(huán)節(jié)。

　　6.給定環(huán)節(jié)：產(chǎn)生輸入控制信號的裝置。

　　(二)自動控制系統(tǒng)的常用術(shù)語

　　二、開、閉環(huán)及復(fù)合控制系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)按其結(jié)構(gòu)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和復(fù)合控制系統(tǒng)。

　　(一)開環(huán)控制系統(tǒng)

　　--開環(huán)控制是指控制裝置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，即需要控制的是被控對象的某一量(被控量)，而測量的只是給定信號，被控量對于控制作用沒有任何影響的系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)圖如圖8.5.2所示。

　　開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，但不能自動補(bǔ)償擾動對輸出量的影響。當(dāng)系統(tǒng)擾動量產(chǎn)生的偏差可以預(yù)先進(jìn)行補(bǔ)償或影響不大時，采用開環(huán)系統(tǒng)控制是有利的。

　　--當(dāng)擾動量無法預(yù)計或控制系統(tǒng)的精度達(dá)不到預(yù)期要求時，則采用閉環(huán)控制。

　　(二)閉環(huán)控制系統(tǒng)

　　--閉環(huán)控制是有被控量反饋的控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)框圖如圖8.5.3所示。

　　從系統(tǒng)中信號流向看，系統(tǒng)的輸出信號沿反饋通道又回到系統(tǒng)的輸入端，構(gòu)成閉合通道，故稱閉環(huán)控制系統(tǒng)或反饋控制系統(tǒng)。

　　閉環(huán)控制方式，無論是由于干擾造成，還是由于結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化引起被控量出現(xiàn)偏差，系統(tǒng)就利用偏差去糾正偏差，故這種控制方式為按偏差調(diào)節(jié)。

　　閉環(huán)控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)是利用偏差來糾正偏差，使系統(tǒng)達(dá)到較高的控制精度。

　　(三)復(fù)合控制系統(tǒng)

　　當(dāng)生產(chǎn)機(jī)構(gòu)對自動控制系統(tǒng)提出很高的要求時，單獨(dú)采用開環(huán)控制或者閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)都是有困難的。

　　--可以設(shè)計一種開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的復(fù)合控制系統(tǒng)，如圖8.5.4所示。圖中圓圈代表比較器;負(fù)號代表負(fù)反饋。在這種系統(tǒng)中，帶有負(fù)反饋的閉環(huán)起主要的調(diào)節(jié)作用。開環(huán)控制部分，可以按輸入量進(jìn)行控制或按擾動量進(jìn)行控制(當(dāng)擾動量可測量時)。

　　三、自動控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)

　　(一)自動控制系統(tǒng)的評價指標(biāo)

　　1.穩(wěn)定性(穩(wěn))

　　2.穩(wěn)態(tài)精度(準(zhǔn))

　　3.動態(tài)過程(好)

　　四、自動控制系統(tǒng)的類型

　　自動控制系統(tǒng)的種類很多，其結(jié)構(gòu)性能和完成的任務(wù)各不相同，因此有多種分類方法，下面介紹幾種常見的分類。

　　(一)按信號流向劃分

　　1.開環(huán)控制系統(tǒng)

　　2.閉環(huán)控制系統(tǒng)

　　(二)按系統(tǒng)輸入信號劃分

　　1.恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)

　　這種系統(tǒng)的特征是輸入量為一恒值，通常稱為系統(tǒng)的給定值。

　　--控制系統(tǒng)的任務(wù)是盡量排除各種干擾因素的影響，使輸出量為給定值(期望值上。如工業(yè)工程中恒溫、恒壓、快速等控制系統(tǒng)。

　　2.隨動系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)的控制輸入量是一個事先無法確定的任意變化量，

　　--要求系統(tǒng)的輸入量能迅速平穩(wěn)地復(fù)現(xiàn)或跟蹤輸入信號的變化。

　　如雷達(dá)天線的自動跟蹤系統(tǒng)和高炮自動瞄準(zhǔn)系統(tǒng)就是典型的隨動系統(tǒng)。

　　3.程序控制系統(tǒng)

　　系統(tǒng)的控制輸入信號不是常值，而是事先確定的運(yùn)動規(guī)律，編成程序裝在輸入裝置中，即控制輸入信號的是事先確定的程序信號，控制的目的是被控對象的控制量按照要求的程序動作。如數(shù)控機(jī)床就屬此類系統(tǒng)。

　　(三)按數(shù)學(xué)特性劃分

　　1.線性系統(tǒng)

　　2.非線性系統(tǒng)

　　(四)按信號連續(xù)性劃分

　　1.連續(xù)系統(tǒng)

　　2.離散系統(tǒng)

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