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自动控制的一般概念

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1.1 控制系统的工作原理及其组成

1.1.1 工作原理

检测输出量的实际值——将实际值与给定量(输入量)进行比较得出偏差值。

1.1.2 开环控制与闭环控制(重点)

开环控制系统用于某种干扰作用使输出量偏离原始量,没有自动纠偏的能力。分两类:按给定值操纵,按干扰补偿(只能对可测干扰进行补偿,对不可测干扰以及受控对象、各功能部件内部参数变化对被控量的影响,系统自身无法控制。适用于存在强干扰且变化比较剧烈的场合)。

例子:开灯关灯。

闭环控制系统的输出端和输入端之间存在反馈回路,输出量对控制过程产生直接影响,闭环的作用即是应用反馈来减少偏差。

(优点:控制精度较高,无论干扰还是系统结构参数引起的变化,系统就会自行纠偏。

缺点:系统参数如果匹配不好,会造成被控量的较大摆动,甚至系统无法正常工作。)

例子:全自动洗衣机。

半闭环系统的反馈信号不是直接从系统的输出端引出,而是间接的取自中间的测量元件,可以获得比开环控制系统更高的控制精度,但低于闭环;与闭环系统相比更容易实现稳定性。

记忆:一个是愣头青,一个知错能改,一个在产线中间查质量。

1.1.3 闭环控制系统的组成(重点)

闭环控制系统由6个元件组成:

给定元件(产生输入信号,如可变电阻)、

反馈元件(检测被控制量或输出量,如电位器、热电偶)、

比较元件(接收输入信号和反馈信号进行比较,产生偏差信号,如电位计)、

放大元件(对偏差信号进行放大,如电压放大器)、

执行元件(直接对控制对象进行操纵的元件,如伺服电动机)、

校正元件(使系统获得良好的动、静态性能而加入系统的元件)。

1.1.4 自动控制的概念(重点)

  • 人工控制与自动控制——反馈

  • 按偏差进行控制——通过偏差纠正偏差

  • 反馈:将输出量通过一定的方式送回到输入端,并与输入信号比较产生偏差信号过程。

  • 负反馈:输入信号 - 反馈信号(输出信号)

  • 正反馈:输入信号 + 反馈信号

    • 时基即时间基准,在电子线路中主要用来表示数字电路中的基准时钟。

1.2 控制系统的基本类型

1.2.1 按输入量的特征分类

恒值控制系统:输入量恒定,运行中不变,保证在任何扰动作用下系统的输出量为恒值。(液压工作台的位置控制、电力系统的电网电压、频率控制)

程序控制系统:输入量不是常数,有变化规律(函数)。

(微机控制系统)

随动系统:输入量变化规律不能预先确定,输入量变化时,输出量能跟着平稳地变化。

(仿形机床、火炮自动瞄准系统)

1.2.2 按系统中传递信号分类

连续控制系统:系统中各部分传递的信号都是连续时间变量的系统。有线性系统和非线性系统之分。(微分方程,用拉氏变换求解)

离散控制系统:系统中某一处或数处的信号是脉冲序列或数字量传递的系统。(差分方程,用拉氏变换引出脉冲传递函数再研究)

1.3 对控制系统的基本要求(重点)

  1. 稳定性:系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。控制系统正常工作的先决条件。

  2. 快速性:系统的输入量和输出量产生偏差时,消除这种误差的快慢程度

  3. 精确性:控制精度,一般以稳态误差来衡量。稳态误差是以一定变化规律的输入信号作用于系统后,当调整过程结束而趋于稳定时,输出量的实际值与期望值之间的误差,反映了动态过程后期的性能。

1.4 控制工程发展概况

理论基础:工程控制论。