电气自动控制系统的分类与功能.pdfVIP

第五篇 电气控制与测试篇 ·!#!* · 第三十六章 电气自动控制系统的 分类与功能 自动控制就是无人直接参与下，应用检测仪表和控制装置对设备或过程进行控制，使其达到预期的状态 或性能指标。 一个自动控制系统主要由控制器和控制对象两大部分组成。控制对象是指被控制的设备或过程，表征 设备或过程运行状态且需要加以控制的行为参数称为系统的输出（量）或被控参数。对控制对象产生控制作 用的整套自动化仪表或装置称为控制器。希望系统输出应具有的变化规律称为系统的参考输入。 控制系统归纳起来应满足以下两个方面的性能要求： （）跟随输入 控制系统的输出量应跟随参考输入的变化而变化。在一些控制系统中，参考输入不随时 ! 间变化，因此输出量也保持恒定。而在另一些系统中，如雷达天线跟踪飞行目标的控制系统中、弧焊机器人 末端跟踪焊缝轨迹的控制系统中，参考输入则是随时间变化的运动轨迹，要求控制系统的输出能够跟踪输入 轨迹的变化而变化。 （）抗干扰 控制系统还受到外界干扰（扰动）的影响，使系统输出偏离参考输入。因此，控制的目标除 了跟随输入外，还要求控制系统具有抗干扰的能力，即输出量（被控参数）尽量不受干扰的影响。 第一节 自动控制系统的分类 一、控制系统按系统结构分类 （一）开环控制系统 如果控制器与控制对象之间只有正向作用而没有反向作用，如图#$ % ! 所示，这样的控制系统称为开 环控制系统。开环系统没有输出反馈，误差不能得到纠正，因而控制精度不高。如果扰动因素较少，并且能 够测量，可以对扰动进行补偿，如图中虚线所示。 （二）闭环控制系统 如果控制器与控制对象之间既有正向作用又有反向作用。这样的控制系统称为闭环控制系统。在图 中，系统输出通过负反馈与参考输入比较，得到误差，而控制作用 （）是根据误差产生的。因此，闭环 #$ % !’ ( ) 控制系统也称为反馈控制系统。由于输出反馈作用，被控参数受干扰的影响将会减小甚至消除，从而提高了 控制精度。同时，被控参数对系统内部元件参数的变化（内扰）不敏感，因而降低了对除反馈环节外其它环节 的要求。然而，由于引入输出反馈，可能产生振荡或稳定性的问题。 ·$!$ · 新编电气工程师手册 图! # $ 开环控制系统和闭环控制系统 ）开环控制系统 ）闭环控制系统 % （三）复合控制系统 复合控制是前馈和反馈相结合的一种控制方式。 二、控制系统按任务分类 $’ 调节系统 参考输入恒定的控制系统称为调节系统，又称定值控制系统，调节系统的任务是在任何扰 动作用下使被控参数维持在恒定的期望数值； ( ’ 随动控制系统 若参考输入随时间任意变化，控制系统的输出应能以一定的精度跟随参考输入变化 而变化，这种系统称为随动控制系统或跟踪系统； ! ’ 程序控制系统 参考输入按预先安排好的规律变化的控制系统。 三、控制系统按数学模型分类 （一）线性控制系统 若系统中各个组成环节的动态特性都可以用线性微分（或差分）方程描述，这种系统称为线性控制系统。 线性系统可利用叠加原理求解。进一步，如果线性系统的特性（结构和参数）不随时间变化，则可以用线性常 系数微分方程描述，这种系统称为线性定常（或线性时不变)*+）系统。如果线性微分方程的系数是时间的函 数，则对应的系统称为线性时变系统。 （二）非线性控制系统 若系统中存在非线性元件，系统的动态过程就必须用非线性微分方程描述，这种系统称为非线性控制系 统。对于非线性系统，叠加原理是不适用的。对于非本质的非线性特性，其输入# 输出曲线可以在变量变化 范围不大时用直线代替曲线，简化为线性关系处理。而对于本质非线性特性，输入# 输出关系或具有间断 点、折断点，或具有非单值关系，就必须用非线性控制理论进行分