控制系统的方块图..docx

控制系统的方块图 为了能清楚地说明控制系统各元件间的作用关系或信号传递关系，可用方块团来描述系统。所谓方块图，就是用若干方块表示系统中的每一个元件，按系统中各信号作用的顺序，用信号线(带有箭头的直线)将方块连接起来的图形。图中，系统的物理量(即信号)，如电流、电压、温度、压力、位移、速度等，标注在信号线上。每个方块的输入，即为输入至该元件的作用量；方块的输出，则为该元件受到输入作用后的响应。使用方块图不仅有助于分析控制系统的工作原理，也便于建立控制系统的数学模型。 例如，根据图自动恒温控制系统的工作原理，可以绘制其方块图如图所示。图中，符号“O”表示比较元件或比较器(也可用符号“＠”表示)，它将温度测量装置测量出的实际温度与给定温度进行比较，比较结果即为误差信号。其中，“一”号或“十”号表示信号极性，即信号在此进行减法或加法运算。图1中比较元件的输出即为实际温度与给定温度的差值，它既是系统的偏差(或误差)信号，也是温度控制器的输入员。cjmc%ddz 1．3 自动控制系统的基本控制方式自动控制系统的组成千差万别，所完成的控制任务也不尽相同，但基本的控制方式是 开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程开环控制方式组成的系统称为开环控制系统，其方块图如图1．5所示。 图1．6所示为直流电动机开环调速系统原理团。电位器输出电压Mr经触发装置和晶间管整流器构成的晶闸管整流装置转换并放大为宽度可调的直流电压M2，作为直流电动机的电相电压，电动机带动负载以转速M旋转。改变yr，即改变x8，从而改变了转速n。 图1．6中，输入量为给定电压ol，被控对象为负载，输出量为直流电动机转速n。显见，电动机转速M由电位器控制，不同的电位器位置即给定电压9f，就有相应的电动机转速M与之对应*而转速n对电位器的控制作用(给定电压yr)没有影响。但是，当晶闸管整流装置的特性发生变化或负载力矩发生变化时(相当于系统受到扰动)，即使电位器位置不变，即电压Mf不变，电动机的转速M也将变化。 根据以上分析，可绘制图1．6所示宜流电动机开环调速系统方块图如图1．7所示。 开环控制系统具有如下特点： (1)作用信号由输入量到输出量单方向传递，输出量对控制作用没有影响； (2)没有测量元件，系统必须精确地校准，对于输出可能出现的偏差没有修正能力，故控制精度 HYPERLINK / NXP代理商较低； (3)出现干扰时有可能不能完成既定的工作； (4)系统不存在稳定性问题。 由于开环控制系统结构简单、调整方便、成本较低，因此被广泛应用在精度要求不高或扰动影响较小的场合。常见的开环控制系统实例有：自动售货机、洗衣机、产品自动生产线、数控车床等。 闭环控制是指控制装置与被控对象之间既有倾向作用又有反向联系的控制过程，也称为反馈控制。由这种控制方式组成的系统称为闭环控制系统。其方块图如图1．8所示。将图1．8与因1．5比较可知，闭环控制系统在开环控制系统的基础上增加了测量元件，它将输出量检测出来，经过物理量的转换，再回送至输入端，与给定值(即输入量)进行比较，其差值即为偏差(或误差)信号，它是控制装置的输入量。显见，系统中的作用信号按闭环传递时，系统的输出量对控制作用有直接影响，即系统有负反馈。 反馈是指取出输出量回送到输入端，并与输人量比较产生偏差〔或误差)的过程。回送到输入端的信号称为反馈信号。若反馈信号与输入信号极性相反，即两者相减，使产生的偏差越来越小，则此反馈称为负反馈(见图1．8)；反之，则称为正反馈。 在图1．6所示直流 HYPERLINK / ATMEL代理电动机开环调速系统中，增加直流测速发电机和放大器，就构成直流电动机闭环调速系统，如图1．9所示。团中，直流测速发电机测量出电动机转速n，并转换成与n成正比的反馈电压Mt，再与给定电压Hr比较，产生偏差信号f＝AM＝Mr—Ml。AM分别经过放大器放大以及晶闸管整流装置整流后，得到控制电压MI，它施加于电动机电抠两端，使电动机按预定转速带动负载转动。图1．10所示为直流电动机闭环调速系统的方块图。 假设图1。9所示系统在与给定电压Mf相对应的转速M状态下运行。一旦系统受到扰动作用，如负载力矩增大或减小，而引起转速n下降或增加，即偏离给定值时，系统会自动地产生一个调整过程，使转速恢复到给定值。例如，当负载力矩减小导致转速M增加时，上述调整过程如下： 由上可知，闭环控制系统具有如下特点： (1)通过测量元件(即反馈 HYPERLINK http://www.ebv.hk/atmel/at89c2051.html \o AT89C2051 \t _blank AT89C205