自动控制原理 - OK.PPT

一、系统的分类（续） (2）闭环系统 当一个系统以所需的方框图表示而存在反馈回路时，称之为闭环系统。 一、系统的分类（续） 2.按输出变化规律分 (1）自动调节系统—在外界干扰作用下，系统的输出仍能基本保持为常量的系统。 一、系统的分类（续） (2）随动系统 在外界条件作用下，系统的输出能相应于输入在广阔范围内按任意规律变化的系统。 (3)程序控制系统 在外界条件作用下，系统的输出按预定程序变化的系统。 闭环自动控制系统 主要由控制部分和被控部分组成。 控制部分的功能 接受指令信号和被控部分的反馈信号，并对被控部分发出控制信号。 被控部分的功能 接受控制信号、发出反馈信号，并在控制信号的作用下实现被控运动。 闭环控制系统的控制部分组成环节 给定环节 是给出输入信号的环节 用于确定被控对象的“目标值”（或称给定值） 给定环节可以用各种形式（电量、非电量、数字量、模拟量等）发出信号。 例如，数控机床进给系统的输入装置就是给定环节。 闭环控制系统的控制部分组成环节 测量环节 它用于测量被控变量，并将被控变量转换为便于传送的另一物理量（一般为电量） 例如，用电位计将机械转角转换为电压信号，用测速电机将转速转换成电压信号，用光栅测量装置将直线位移转换成数字信号等。 测量环节是非电量的电测量环节。 比较环节 在这个环节中，输入信号xi与测量环节发出来的有关被控变量xo的反馈量xb相比较，并得到一个小功率的偏差信号ε, ε =xi-xb。如幅值比较，相位比较，位移比较等。偏差信号是比较环节的输出。 闭环控制系统的控制部分组成环节 放大及运算环节 为了实现控制，要将偏差信号作必要的校正，然后进行功率放大，以便推动执行环节。 常用的放大类型有电流放大、电气一液压放大等。 执行环节 接收放大环节送来的控制信号，驱动被控对象按照预期的规律运行。执行环节一般是一个有源的功率放大装置，工作中要进行能量转换。 例如，把电能通过直流电机转换成机械能，驱动被控对象作机械运动。 给定环节 比较环节 xi + - ε xo 放大运算 环节 执行环节 被控对象 测量环节 xb 反馈系统组成 控制部分 小节 给定环节、测量环节、比较环节、校正放大环节和执行环节一起，组成了控制系统的控制部分 目的 对被控对象（即被控部分）实现控制。 闭环自动控制系统的特点 反馈作用 利用输入信息与反馈至输入处的信息之间的偏差对系统的输出进行控制，使被控对象按一定的规律运动。 反馈作用就是力图减小反馈信息与输入信息之间的偏差，以期尽可能获得所希望的输出。 因为只要偏差存在，系统的输出就要受到偏差的校正。偏差越大，校正作用越强；偏差越小，校正作用越弱，直至偏差趋向最小。 二、对控制系统的基本要求 稳定性、快速性和准确性 (1)系统的稳定性 由于系统存在着惯性，当系统的各个参数分配不当时，将会引起系统的振荡而失去工作能力。 稳定性就是指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。 输出量偏离平衡状态后应该随着时间收敛并且最后回到初始的平衡状态。 稳定性的要求是系统工作的首要条件。 二、对控制系统的基本要求 (2)响应的快速性 是在系统稳定的前提下提出的。 是指当系统输出量与给定的输入量之间产生偏差时，消除这种偏差的快速程度。 (3)响应的准确性 指在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差，或称为静态精度 衡量系统工作性能的重要指标 由于被控对象的具体情况不同，各种系统对稳、快、准的要求各有侧重。 随动系统对响应快速性要求较高 自动调整系统对稳定性提出较严格的要求。 基本术语 自动控制 对象 过程 系统 扰动 反馈控制 反馈控制系统 随动系统 自动调整系统 过程控制系统 1 自动控制 在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定要求进行。 2 对象 是一个设备，它是由一些机器零件有机地组合在一起的，其作用是完成一个特定的动作。在下面的讨论中，称任何被控物体（如加热炉、化学反应器或宇宙飞船）为对象。 3 过程 称任何被控制的运行状态为过程，其具体例子如化学过程、经济学过程、生物学过程。 4 系统 完成一定任务的一些元、部件的组合。 5 扰动 6 反馈控制 扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。 反馈控制是这样一种控制过程，它能够在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入量（也称参据量）（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，而且其工作正是基于这一偏差基础之上的。 7反馈 把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。若反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小