第1章控制工程的基本概念.ppt

* * 指出传感、执行结构、输出，抗干扰 * * * * * * * * * * * * 检测输出量（被控制量）的实际值； 将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差； 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输出量维持期望的输出。 控制系统的工作原理 控制系统的基本组成框图 4、控制系统的组成及其术语 电等系统中存在着内在反馈，这种反馈无须专门的反馈元件，是系统内部各参数相互作用产生的，如作用力与反作用力之间形成的直接反馈。 注意：在机械、液压、气动、机 1、给定元件： 根据系统输出量的期望值，产生系统的给定输入信号的环节，如将期望恒定的温度转换为相应电压。 2、反馈元件： 测量被控制量（输出量），产生反馈信号。为便于传输，反馈信号通常为电信号。主要是各种传感器 3、比较元件： 将参考输入信号和反馈信号进行比较，产生偏差信号的环节。如：电压比较电路，平衡电桥。 4、放大元件： 对偏差信号进行放大，使之有足够的能量驱动执行元件实现控制功能。 5、执行元件： 直接对受控对象进行操纵的元件，如晶闸管整流装置、液压缸、电动机等。 6、校正元件： 用以改善系统控制质 量的装置。 校正元件分为串联和并联两种。 控制系统中比较元件、放大元件、执行元件和反馈元件等共同起控制作用，统称为控制器。 实际的控制系统中，扰动总是不可避免的，扰动分为内部扰动和外部扰动。但在控制系统中，扰动集中表现在控制量与被控量的偏差上，因此，可以将控制系统的扰动等效为对控制对象的干扰。 §1.3 控制系统分类 一、按控制策略来分： 闭环控制：当一个系统以所需的方框图表示而存在反馈回路时。 例：恒温控制系统 半闭环控制：控制系统的反馈信号不是直接从系统的输出端引出，而是间接地取自中间的测量元件的系统。 开环控制：当一个系统以所需的方框图表示而没有反馈回路时。 例：数控机床进给系统 开环控制系统(无反馈) 执行 机构 控制 对象 预期输出 实际输出 1）开环控制系统 控制器 2）闭环控制系统 闭环反馈控制系统(有反馈) 控制器 被控对象 预期输出 r(t) 实际输出 y(t) 比较器 测量装置 误差e(t) 控制量u(t) 被测变量 测量值 反馈：控制的核心思想 闭环控制特点：信息的双向流动 控制器 被控对象 预期输出 r(t) 实际输出y(t) 比较器 测量装置 误差e(t) 控制量u(t) 被测变量 测量值 闭环例1：空调控制系统 二、按输入信号的性质来分： 程序控制：输入量的变化规律预先确知，输入装置根据输入的变化规律，发出控制指令，使被控对象按照指令程序的要求而运动。 例：数控加工系统。 伺服控制：输入量的变化规律不能预先确知，其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并能排除各种干扰因素的影响，准确地复现输入信号的变化规律。 恒值控制：输入是已知的恒定值，控制任务是保证在任何扰动作用下系统的输出量为恒值。 例：恒温箱控制、闭环调速系统、电网电压、频率控制等。 例：仿形车床加工系统、火炮自动瞄准系统、跟随卫星的雷达天线系统等。 三、按系统中传递信号的性质来分： 离散控制：系统中某一处或多处的信号为脉冲序列或数字量传递的系统。离散控制系统通常采用差分方程描述。 例：数控加工系统。 连续控制：系统中各部分传递的信号为随时间连续变化的信号。连续控制系统通常采用微分方程描述。 例：恒温箱控制、闭环调速系统、电网电压、频率控制等。 1.4 控制系统举例 1）转盘速度的开环控制 转台 直流 放大器 直流电机 转速 实际 转速 预期速度 （电压） 控制 装置 直流放大器 执行 机构 直流 电机 受控 对象 转台 1.4 控制系统举例 2）转盘速度的闭环控制 转台 直流 放大器 直流电机 转速 转速计 + - 1.4 控制系统举例 实际转速 预期转速 （电压） 控制装置 直流放大器 执行机构 直流电机 受控对象 转台 + - 传感器 测速计 应用领域：高保真音响、影碟机、硬盘、软盘 1.4 控制系统举例 §1.5 控制系统的性能要求 稳：指稳定性，是系统完成任务的必要条件 控制的要求：稳、快、准 目测要准、打轮要快、行车要稳 稳定性： 稳定的系统当输出量偏离平衡状态时，其输出能随时间的增长收敛并回到初始平衡状态。 稳定的摆 不稳定的摆 准确性： 控制精度问题，用稳态误差衡量。 如：神州六号返回的着陆点离理论着陆点一公里！这精确度够吓人的。这个落地精度相当于在射击中正中靶心！应是10.9环的标准。因为据在中央台转播室的专家讲，精确范围一是宽30公里，长15公里。二是宽30公里，长170公里。而神州六号落在一公里远，这不是正中靶心是什么？ 快速性：