第1章自动控制的一般概念2.ppt

自动控制原理 1.1.2 闭环控制系统 热力系统的自动反馈控制 闭环控制： 闭环控制是把系统的输出量检测出来，经过物理量的转换，再反馈到系统的输入端去与给定量进行比较（形成偏差），利用偏差量作为控制信号来纠正偏差。 特点： 输入量与输出量一一对应。 信号传递是双方向的：既有输入量对输出量的作用，又有输出量对输入量的作用。 系统具有抗干扰能力。 1.2 闭环控制系统的组成和基本环节 给定环节：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即给定量）。 比较环节：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的给定量进行比较，求出它们之间的偏差。 校正环节：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能。 放大环节：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。 执行机构：直接作用于控制对象，使被控量发生变化。 被控对象或调节对象：要控制的设备或过程。 检测装置或传感器：其职能是测量被控制的物理量。 1.3 自动控制系统分类  小 结 开环控制系统结构简单，但不能自动补偿扰动对输出量的影响。 闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠反馈环节进行自动调节，以克服扰动对系统的影响。闭环控制可以提高系统的精度。 自动控制系统通常由给定环节、校正环节、比较环节、放大环节、被控对象、和反馈环节等部件组成。 结构图（又称方框图、方块图）可直观地表达系统各环节（或各部件）间的连接关系，可以表达各种作用量和中间变量的作用点和信号传递情况以及它们对输出量的影响。 在不同输入量作用下，对系统的输出量的要求：输出跟随输入。 对自动控制系统的性能指标要求有： 稳定性——系统能工作的首要条件； 准确性——用稳态误差来衡量 快速性——用系统在暂态过程中的响应速度和被控量的波动程度描述。 * * 例1-2. 炉温闭环控制系统 图1-2 闭环炉温控制系统 1－炉膛 2－电加热器 3－自耦变压器 4－热电偶 5－给定电位器 6－放大器 7－伺服机 8－减速器 图1-4 闭环控制结构图 1-控制器 2-控制对象 3-检测装置 前向通道 反向通道 相加点 分支点 用“ ”号代表比较元件，“—”号代表两者符号相反，“+”号代表两者符号相同。信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路称前向通路；系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称主反馈通路。前向通路与主反馈通路共同构成主回路。此外，还有局部反馈通路以及由它构成的内回路。 1-给定环节；2-比较环节；3-校正环节；4-放大环节； 5-执行机构；6-被控对象；7-检测装置 - + - + r(t)是它的输入量(不标正负号的指正号)，反馈量须注明正负号。系统信号在各环节间的传输是有方向的，它指明了系统内各环节间物理量的控制与被控制关系，其间有能量的传递，但传递的能量只起控制作用而并非能量的完全传输。 前向通道:从输入信号→控制器→放大环节→执行机构→控制对象→输出信号的信号传输路径；反馈环节所在路径称为反馈通道，图中有两个反馈通道，内环的称局部反馈，是正反馈；外环的称闭环主反馈，是负反馈。 按输入信号的特征分类 恒值系统、程序控制系统和随动系统 恒值控制系统:给定输入量是个常数，被控制的输出量希望是个恒定值，在除给定输入量以外的工况发生变化时希望系统的输出量维持恒值不变。 程序控制系统:输入信号不是恒值，它可以是时间的函数、空间的函数，也可以是几何图形或按照某种规律编制的程序等等。 (炉温控制或空调控制等) (细胞冷冻或材料的深冷加工等) 随动控制系统（又称伺服系统）:随动控制系统的给定输入量可以按事先未知的规律变化，要求被控制的输出量能够迅速准确地跟随输入量而变。 自动火炮方位控制系统,导弹制导系统 按信号传输过程是否连续分类： 连续数据系统和离散数据系统 连续控制系统：系统中各处传输的信号均是时间t的连续函数，描述连续控制系统的动态方程是微分方程。 离散控制系统：信号传输过程中存在间歇采样、脉冲序列等离散信号的系统。描述离散控制系统的动态方程是差分方程。 计算机控制系统 炉温控制或空调控制等 按系统构成元件是否线性分类 线性系统：均由线性元件构成的的控制系统是线性控制系统 。符合叠加定理和齐性定理。 非线性控制系统：控制系统内如果含有至少一个非线性元件，则该系统是非线性系统。 按系统参数是否随时间变化分类 定常控制系统：系统参数不随时间变化的系统。定常控制系统的微分方程或差分方程的系数是常数。 时变控制系统：系统参数随时间变化的系统。时变控制系统的微分方程或差分方程的