第十三章专业英语翻译.docVIP

控制工程介绍 13.1介绍 每当能量被有目的使用时，某种形式的控制是必要的。近期，在自动控制策略方面已经取得了很大的发展。不过，策略十分陈旧，可以回溯到大约1790年， 当时詹姆士·瓦特发明了离心式调速器控制他的蒸气机的速度。 然而他发现，在很多应用内，发动机速度与负荷力矩无关是必要的， 实际上当一个负荷被使用时，速度下降，当负荷被除去时，速度增加。 一台简单的离心式调速器被用图13. I.显示。在这个系统里，在发动机速度方面的变化被识别并用来控制进入发动机的蒸汽的压力。在稳定情形下，金属球平衡重量的时刻，是由于离心力和打开的蒸汽阀门只足够保持发动机速度在要求的水平上。 当额外的负荷力矩被用于发动机时， 它的速度将倾向于下降，离心力将减少，金属球将倾向于略微下降。他们的高度控制蒸汽阀门现在开的更大，允许更大的蒸汽压力加到发动机上。速度于是倾向于上升，抵消了速度原先下降的趋势。如果额外的负荷被除去，相反的过程发生了， 金属球倾向于稍微地提高，因此倾向于关闭蒸汽阀门并且抵消任何速度提高的趋势。 这个系统在末端负荷增量有调节器和没有调节器的典型反应用图13.2显示。 很明显，没有调节器，速度将相当多的落在负荷上。不过，在一个精确设计有调节器的系统里，在速度方面的下降将非常少。随着一个系统被设计，对速度的变动太敏感的一个不受欢迎的特点是，倾向对最终速度的‘寻找’或振荡。在这种类型的全部系统的综合过程中的真正的问题是将防止过度的动摇，但是同时产生好的调节作用。调节作用定义为负载条件下被控量相对空载条件下被控量数值的变化百分比。控制器（调节器）形成一类重要的控制系统，通常是他们的对象保持某一物理量恒定(即速度、电压、液位、湿度等等)不管负荷变化。 一个好调节器仅有很小的调节作用。 1914年-1918的战争使得军事工程师意识到，要赢得战争精确和迅速的安置重型纵队是必要的(例如船和枪)。在美国1920年初,在自动驾驶的船上和甲板上自动安置的枪上，N. Minorsky执行了经典的工作。 在1934年单词 伺服系统 (从拉丁servus得到,意味着奴隶) 被H。L。hazen第一次在资料上使用。他把一个伺服机构定义为 ‘驱动输出的放大器元素被在对伺服的输入和它的输出之间的差额驱动’的能量放大的设备。这个定义能被用于多种反馈控制系统。 近年来建议那些术语伺服系统或者伺服限制到反馈控制系统， 被控制的变量是机械位置。 各种各样的大规模工业过程的自动控制， 象在化学制品，食品和金属的制造和处理过程中遇到的那样， 在过去30年间，已经作为一个控制工程的一般领域的极其重要的部分出现。 在发展的开始阶段几乎没意识到过程控制的理论与伺服机构和控制器的理论密切相关。 即使现在由于我们对过程动力学的糟糕理解，完全学术设计的过程控制系统实际上不可能的。在大部分被引进这本书的理论里，伺服机构和控制器被用作例子说明分析方法。 不过，这些方法经常适用于过程控制系统，这将分别介绍他们自己。 13.2定义 通常有二种控制系统，开环和闭环。 13.2.1开环控制系统 在开环控制系统(看图 13.3)输入信号或者命令被使用，在控制器内放大，电源输出从输出元素获得。 输出元素的位置经常远离输入站。 输入可能被手工使用，比如转动一个表盘。被期望的输出通常被预先校准，并且输入控制可能伴随着一些校准图表。获得的实际输出取决于校准的有效性,并且如果系统的组成部分被时间,温度,湿度,润滑等等影响,实际输出可能与被期望的输出产生变化。这样的系统也因为负荷变化被影响。 一个开环控制系统的简单的例子是没有调节器的蒸气机。这样的安排在图13.4.里被图解表示。 速度主要通过在负荷力矩方面的变化被影响，但是也将被在锅炉蒸汽压力方面的变化，润滑的状况和可动部件里的磨损改变。 13.2.2闭环系统 在简单的闭环系统里(参阅图13.5),控制器不再受输入而是受“偏差”激励。偏差被定义为在系统输入和它的输出之间的差别。 这样的系统象那些开环控制系统一样，包含相同基本元素，以及两额外特征---一个偏差检测器和一个反馈电路环。偏差检测器是这样一种设备，它产生一个与在输入和输出之间的偏差成正比的信号。 图13.4的开环控制系统可能通过一个输出速度计和一位人类操作者做手工封闭环。 操作者必须连续看发动机速度并且当变化发生时调整打开的蒸汽阀门使它合适，试图保持速度恒定。为什么在很多实例自动控制系统内更喜欢操作者的原因见图13.6.。 蒸汽引擎也许被合并作为一个闭环速度控制系统一部分如图所示13.6。 在13.1已经解释过，由于负荷力矩的改变，被管理的蒸气机如何调节速度变化。除了这个超过开环控制系