第3章节对操纵的基本认识.ppt

第3章 对控制的基本认识 3.1 控制的主要目的 3.2 控制的基本方式 3.3 控制的基本要求 3.1 控制的主要目的 自动控制作为技术改造和技术发展的重要手段,在工业、农业、国防、航天、制 导、核能乃至日常生活和社会科学领域中都起着十分重要的作用。 所谓自动控制，是指在无人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使设备或生产过程自动地按照预定的要求运行。 3.2 控制的基本方式 要完成自动控制的任务，使 y(t)≈ f(t)，在很大程度上取决于：使系统控制器产生控制作用的信息，系统的给定量、扰动量与被控量就是携带这种信息的三个基本信号。由这三个基本信号，可以产生三种基本的控制方式——按给定量控制、按干扰补偿与按偏差调节。 其中，被控量来源于被控对象的输出端，携带着被控对象的行为或状态信息。我们把从被控对象输出端获得的信息，通过中间环节（反馈环节）再送回到控制器输入端的过程，称为反馈；把传送反馈信息的载体，称为反馈信号。 是否采用反馈，对控制系统的性能影响很大。因此，系统的基本控制方式可以按照有无反馈分为开环控制和闭环控制两大类。在前述三种基本控制方式中，按给定量控制与按干扰补偿属于开环控制，按偏差调节则属于闭环控制 。 3.2.1???开环控制 如果系统的控制装置与被控对象之间只有正向控制作用而没有反向联系，则称这种控制方式为开环控制，按这种方式组成的系统称为开环控制系统 1）按给定量控制的开环控制系统 这种控制系统的结构比较简单，控制作用直接由系统的输入量产生，对应于每一个给定值，其被控量便有一个对应的固定工作状态； 系统的控制精度完全取决于所用元件及校准的精度，当干扰存在时，系统无法自动补偿，因此控制精度难于保证。所以这种系统只适合于输入与输出关系确定，且不存在干扰（或干扰很弱）的场合。工业生产中的自动化流水作业线、装配线就是这类开环控制系统。 图3.2-1是一个开环直流调速系统：a. 原理图，b. 功能方框图。 a. 系统原理图 b. 系统功能方框图 图3.2-1 开环直流调速系统 图3.2-1中的Ug为给定参考输入，它通过触发器控制晶闸管的整流，产生直流电动机的供电电压Ud ，使电机产生期望的转速n 。但是此系统中，只要电动机负载、电网电压或激磁电流稍有变化，电动机的转速n便会受到干扰、产生变化，不能维持Ug所对应的期望转速n，不能实现期望转速n的高精度控制。 2）按干扰补偿的开环控制系统 可以考虑一种补偿措施：将干扰信息引入控制器的输入端，通过控制器的控制来抵消扰动对被控对象的影响。 3.2.2?? 闭环控制 如果系统的控制装置与被控对象之间不仅有正向控制作用，而且有输出量对控制装置的反向控制过程，则称这种控制方式为闭环控制，闭环控制系统如图3.2-3所示。 1）负反馈控制与正反馈控制 若闭环控制系统的反馈信号与输入信号相减，则称为负反馈； 反之，若反馈信号与输入信号相加，则称为正反馈。由于正反馈容易产生自激、容易破坏系统的稳定性，这使得正反馈的应用受到一定的限制，一般只能用于系统的局部（内部）反馈。 一个稳定系统的主要（外部）反馈，必须是负反馈。 图3.2-4是一个实际的闭环负反馈控制系统， a.是系统的原理图，b.是系统的功能方框图。 若将图3.2-4中测得的输出反馈到输入端与参考输入相加，则成为具有正反馈的控制系统，正反馈将使电机负载增大产生的转速误差越来越大，使系统无法稳定工作。因此在自动控制系统的研究中，正反馈是不能作为主反馈使用的。 2）三种典型的负反馈控制系统 （1）恒值控制系统(或称自动调节系统) 恒值控制系统的特点是输入量恒定，所谓恒值控制，就是在输入量恒定的情况下，系统自动实现对干扰的镇定控制，尽量使输出量保持在希望值上。 （2）随动控制系统(或称伺服系统) 随动控制系统的特点是输入信号随机变化，是时间的未知函数，其变化规律不能事先确定，所谓随动控制，就是在输入随机变化的情况下，系统的输出量能够准确、快速地跟踪输入信号的变化，随时复现给定量。 （3）温度控制系统 温度控制系统的特点是输入量可按需要改变，所谓温度控制，就是在输入量可以改变的情况下，系统不仅能使输出量准确、快速地跟踪指令的变化，而且具有抗干扰性能，实现温度的高准确度控制。 图3.2-5 船舶驾驶舵角位置跟踪