《机电控制工程基础》教案.DOC

《机电控制工程基础》教案 湖北荆州市广播电视大学 彭敏 第一章 自动控制系统的基本概念 教学内容：开环与闭环控制系统、闭环系统的组成和基本环节、自动控制系统的类型、自动控制系统的性能指标。 教学要求： 　　熟练掌握：理解开环与闭环系统的基本知识，建立闭环控制系统的基本概念。 　　掌握：闭环控制系统的基本概念和性能指标的理解。 二、开环与闭环控制系统 开环控制系统 只有给定量影响输出量（被控制量），被控制量只能受控于控制量，而被控制量不能反过来影响控制量的控制系统称为开环控制。 开环控制系统可以用结构示意图表示，如图所示 扰动量 输入量 输出量 ur u a n 结构图可以表示这种系统的输入量与输出量之间的关系。由图可知，输入量直接经过控制器作用于被控制对象，所以只有输入量影响输出量。当出现扰动时，没有人的干预，输出量不能按照输入量所期望的状态去工作。 闭环控制系统 为了实现闭环控制，必须对输出量进行测量，并将测量的结果反馈到输入端与输入量相减得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除偏差。因此，整个控制系统形成一个闭合环路。我们把输出量直接或间接地反馈到输入端，形成闭环,参与控制的系统，称作闭环控制系统。由于系统是根据负反馈原理按偏差进行控制的，也叫作反馈控制系统或偏差控制系统。 闭环控制系统中各元件的作用和信号的流通情况，可用结构图表示。 ur ue ua n 输入量 输出量 ucf 反馈 图中符号 表示比较元件，负号表示负反馈。 归纳一下开环与闭环控制系统各自的特点如下： （1） 开环控制系统中，只有输入量对输出量产生控制作用；从控制结构上来看，只有从输入端到输出端的信号传递通道（该通道称为前向通道），控制系统简单，实现容易。 闭环控制系统中除前向通道外，还必须有从输出端到输入端的信号传递通道，使输出信号也参与控制，该通道称为反馈通道。闭环控制系统就是由前向通道和反馈通道组成的，控制系统结构复杂。 （2） 闭环控制系统能抑制内部和外部各种形式的干扰，对干扰不甚敏感。因此，可采用不太精密和成本较低的元件来构成控制精度较高的系统。 开环控制系统，因为输入量与输出量之间没有反馈联系，所以对干扰所造成的误差，系统不具备修正能力。因此，开环控制系统的控制精度，完全由采用高精度元件和有效的抗干扰措施来保证。 （3） 对闭环控制系统来说，系统的稳定性，始终是一个首要问题。稳定是闭环控制系统正常工作必要条件。对于开环控制系统，或者不存在不稳定问题，或者容易解决。 例题：液面控制系统如图所示。要求在运行中容器的液面高度保持不变。试简述其工作原理，并画出系统原理结构图。 解：被控对象是容器，其液面高度H应为输出量。浮子跟随液面上下浮动，可以反映出液面的实际高度H，也可以表明实际高度对输入高度的偏差Hr—H，相当于测量元件。 浮子带动杠杆，杠杆联动阀门1以调节进入容器的流量，进而控制液面高度，故杠杆相当于放大，执行元件。 杠杆 浮子 阀门1 Q1 Hr 阀门2 Q2 由以上分析可画出系统的原理结构图如图所示。 Q2 Hr