通过执行规定的功能来实现某一给定目标的一些相互关联单元的组合,称为控制系统。
液晶显示片如室内温度、湿度控制,电机的转速控制,工业上的液位控制、压力控制等
手动控制(Manual Control)
自动控制(Automatic Control)
2.2 什么是自动控制系统
自动控制是在没有人的直接干预下,利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制,使被控制的物理量按照预定的规律变化的过程。
通过控制装置执行规定的功能来实现某一给定目标的一些相互关联单元的组合,称为自动控制系统。
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2.3 自动控制系统的常用术语
在自动控制系统中,被控制的设备或过程称为被控对象(或对象);被控制的物理量称为被控量(或输出量);决定被控量的物理量称为控制量或给定量;妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量。给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。扰动量按其来源分内部扰动和外部扰动。 2.4 自动控制系统的两种外作用
输入信号决定系统被控量的变化规律或代表期望值,并作用于系统的输入端。
2、有害干扰信号(简称干扰信号)
干扰信号是系统所不希望而又不可避免的外作用信号,它不但可以作用于系统的任何部位,而且可能不止一个。由于它会影响输入信号对系统被控量的有效控制,严重时必须加以抑制或补偿。
3.1 开环控制和闭环控制
以恒温箱为例
以书上晶闸管调速系统为例
3.1 开环控制和闭环控制
mlh 开环控制系统(Open-loop Control System)是指系统的输出端和输入端不存在反馈关系,系统的输出量对控制作用不发生影响的系统。这种系统既不需要对输出量进行测量,也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进行比较,控制装置与被控对象之间只有顺向作用,没有反向联系。
闭环控制系统(Close-loop Control System)系统的控制装置和被控对象不仅有顺向作用,而且输出端和输入端之间存在反馈关系,所以称为闭环控制系统,闭环控制系统就是反馈控制系统。 三元催化清洗剂配方
总结:
1、开环系统和闭环系统的输入量和输出量都存在一一对应关系
2、开环系统中,只有输入量对输出量产生控制作用,输出量不参与系统控制,因而开环系统没有抗干扰能力
3、从控制结构上看,开环控制系统只有正向通道;而闭环控制系统是由正向通道和反向通道组成的
蜂鸣器电路4、闭环控制系统必须有检测反馈环节和比较环节
5、闭环控制系统是利用偏差量作为控制信号来纠正偏差的,系统中具有执行纠正偏差这一任务的执行机构并进一步对控制对象进行控制
6、闭环控制系统正是依靠放大的偏差信号作为推动
画出控制系统的一般框图如下:
3.2 闭环控制系统的一般组成
2、各组成环节的功能
被控对象: 是指要进行控制的设备或过程。
执行机构: 一般由传动装置和调节机构组成,执行机构直接作用于控制对象,使被控制量达到所要求的数值。
检测反馈环节: 该装置用来检测被控制量,并将其转换为与给定量相同的物理量。
给定环节:是设定被控制量的给定值的装置。
比较环节 :比较环节将所检测的被控制量与给定量进行比较,确定两者之间的偏差量。
控制器:。
4.1按有无反馈分类(按信号的传递路径来分)
开环控制系统和闭环控制系统
4.2按系统输入信号的变化规律不同来分
■ 恒值控制系统:输入信号在某种工作状态下一经给定就不再变化,控制的任务就是抑制各种干扰因素的影响,使被控量也维持恒定。
这类系统的特点是输入信号是一个恒定的数值。恒值控制系统主要研究各种干扰对系统输出的影响以及如何克服这些干扰,把输出量尽量保持在希望数值上。
■ 程序控制系统:输入信号按预定的规律变化,并要求被控量也按照同样的规律变化。
这类系统的特点是输入信号是一个已知的时间函数,系统的控制过程按预定的程序进行,要求被控量能迅速准确地复现。
■ 随动控制系统(或称伺服系统):输入信号的变化规律是预先不能确定的,并要求被控量精确的跟随输入量变化。
这类系统的特点是输入信号是一个未知函数,要求输出量跟随给定量变化。如火炮自动跟踪系统。
工业自动化仪表中的显示记录仪,跟踪卫星的雷达天线控制系统等均属于随动控制系统。
4.3按系统传输的信号特征:
1、连续系统
统各部分的信号都是模拟的连续函数。目前工业中普遍采用的常规控制仪表PID调节器控制的系统及电动机速度自动控制系统就属于这一类型。
2、离散系统
系统的某一处或几处,信号以脉冲序列或数码的形式传递的控制系统。其主要特点是:系统中用脉冲开关或采样开关,将连续信号转变为离散信号。可分为脉冲控制系统和数字控制系统。
4.4其它的分类
■ 按被控制量分:
运动控制系统和过程控制系统
■ 按系统中参数对时间的变化情况分:
定常系统和时变系统
■ 按元件特性分:
线性系统和非线性系统
第2讲自动控制系统的性能指标
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对控制系统性能的基本要求:
稳定、快速、准确
1.1稳定性的概念
• 系统的稳定性( Stability )是指自动控制系统在受到扰动作用使平衡状态破坏后, 经过调节,能重新达到平衡状态的性能。
• 稳定是控制系统正常工作的首要条件。分析、判定系统的稳定性,并提出确保系统稳定的条件是自动控制理论的基本任务之一。
■ 工程上所使用的控制系 统首先必须是稳定的系统,不稳定的系统 不仅无法工作,也没有其使用的价值。
1.2 快速性
系统响应的快速性:是指在系统稳定的前提下,通过系统的自动调节,最终消除因外作用改变而引起的输出量与给定量之间偏差的快慢程度。
1.3 准确性
系统响应的准确性:是指在系统的自动调节过程结束后,其输出量与给定量之间仍然存在的偏差大小,也称稳态精度。准确性一般用稳态误差来衡量。
2.1控制系统对输入信号的响应型式
一个控制系统对应一个输入信号的响应可能会出现以下几种情况:
单调衰减
衰减振荡
等幅振荡
单调发散
振荡发散
2.2控制系统的动态性能指标
系统从一个稳态过渡到另一个稳态需要经历一段时间,这个过程叫过渡过程。
表征该过渡过程的性能指标称为动态性能指标。
动态性能是对过渡过程的形式和快慢提出要求。
通常用系统突加给定时的动态响应来表征其动态性能指标