4自动控制系统的基本概念.pptVIP

1.1.1 自控系统的工作原理 1.速度控制系统 实现车床主轴变速的直流电动机转速控制系统如图1-1所示。 当电动机的负载转矩变化很小，系统元件特性比较稳定时，图1―1所示的控制系统可以满足预期的要求。否则，电动机的实际转速与期望值相比将有较大的误差。 为了克服或减小负载转矩变化对转速的影响，可以采用干扰补偿的办法，但是，一般不能解决由于元件特性不稳定所产生的输出误差。 而图1―3所示的带偏差控制作用的速度控制系统则可以减小或消除由各种因素所引起的转速变化。 2. 随动系统 随动控制系统的任务是保证输出轴始终紧紧跟踪输入轴变化，由于输入轴的位置无法预先确定(如雷达导引系统)，因此该系统是一个位置随动系统。 如图1―5所示。 如果θc≠θr，则ue≠0，放大后的电压ua驱动电机转动，转动方向最终应使θc向θr接近，使θe减小。最后，两者取得一致，θc＝θr，则ue＝0，电机停止转动，系统进入平衡状态(假定元件没有死区)。这样就保证了输出轴紧紧地跟随着输入轴变化。 在随动系统中，当指令信号变化时，输出轴便精确地复现着输入轴的变化规律。这个系统的原理如图1―6所示。 由上面两种系统的讨论可知： (1) 自动控制系统是由控制装置和被控对象(或被控过程)两大部分组成的。对被控对象(或被控过程)产生控制调节作用的设备或装置称为控制装置。 自动控制系统的典型结构如图1―7表示。 一般的控制装置包括如下环节： ①检测装置。检测装置的任务是对系统被控量进行检测，并把它转换成与参考输入相同的物理量后，送入比较环节。前述系统中的测速发电机和测量电位计等就是检测反馈元件。 ②比较器。比较器的作用是将检测反馈装置送来的信号与参考输入进行比较，得出两者偏差(误差)信号。比较器往往是由综合电路或检测装置兼而完成的，一般用符号表示；“-”表示输入信号与反馈信号相减，即负反馈；“+”表示正反馈。 ③放大元件。放大元件的作用是将比较环节输出的微弱信号进行放大。前述系统中的电压放大器和功率放大器等都是放大元件。 ④执行机构。执行机构将放大元件的输出信号转变成机械运动，从而对受控对象施加控制调节作用。前述系统中的电机就是执行机构。 ⑤校正装置。校正装置(或称控制器、调节器)是对偏差信号进行比例、积分、微分等运算的元件，参数或结构便于调整，用于改善系统性能。 ⑥被控对象。被控对象是指接受控制的设备(或过程)，如前述系统中的工作机械等。 (2)自动控制系统是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置对受控对象进行控制操纵，使被控量按照参考输入保持常值或者跟随参考输入的变化规律而变化的。 被控量：指系统的输出，它是受控对象中被控制的一个物理量，如速度控制系统中工作机械的速度、随动系统中的转角等。 参考输入：又称给定值，它是对系统进行控制的给定输入，如速度控制系统中的给定电压ug、随动系统中的角度θr等。 (3) 对系统参与控制或施加影响的信号可能来自不同的方面，除了参考输入量还有干扰。 干扰：指除参考输入和反馈信号以外的对系统被控量产生影响的其他因素。干扰可能来自系统的内部或外部。来自系统外部的干扰，是环境对系统的一种作用，所以它也是系统的一种输入。 偏差：又称为误差信号，就是比较环节的输出，即被控量经过检测反馈环节之后与给定参考输入量进行比较所得的差值。 (4)前面讨论的几种系统，可分别归属于如下类型： ①恒值系统。图1―1和图1―3所示的速度控制系统，它们的给定值都是恒定值，故这类系统称为恒值系统。 ②随动系统。给定值(控制指令)是事先未知的时间函数的系统称为随动系统。在随动系统中，当指令信号变化时，工作机械便精确地复现着指令信号的变化规律。图1―5所示的系统为随动系统。 ③程序控制系统。控制指令已预先知道的系统，称为程序控制系统。 ④自动调节系统或镇定系统。图1―3所示的带偏差控制作用的速度控制系统是根据偏差产生控制作用，对系统进行自动调节，使被控量保持恒定的。故这类系统又常称为自动调节系统或镇定系统。 1.1.2 自动控制的基本方式