材料成形工艺与控制 教学课件 ppt 作者 李云涛 王志华 李海鹏 等编第二章.ppt

第二章 自动控制基础 2.1 自动控制基本概念 2.2 自动控制系统的分类 2.3 材料成形过程自动控制系统的特性 2.4 材料成形过程自动控制的常用控制策略 简介 2.1 自动控制基本概念 1. 控制的认识 从广义上讲，控制就是为了达到某种目的，对事物进行主动的干预、管理或操纵。 在工程领域，控制是指：利用控制装置使生产过程或被控对象的某些物理量按照特定的规律运行。 2.1 自动控制基本概念 人工控制与自动控制的控制过程是相同的，均由测量、比较、调整三个环节组成。测量就是检测输出（被控）量；比较就是根据给定值和实际输出值求出偏差；调整就是执行控制或者说纠正偏差。 将人工控制与自动控制对比，可以看出： （1）测量 前者靠操作者的眼睛，而后者靠热电偶（传感器）的检测。 （2）比较 前者靠操作者的头脑，而后者靠自动控制器（比较电路）。 （3）调整 前者靠操作者的手，而后者靠晶闸管变流装置。 2.1 自动控制基本概念 自动控制（automatic control） 在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控制的对象自动地按照预定的规律去工作。被控制的机器设备或生产过程称为控制对象；所用的控制装置常称为控制元件。 2.1 自动控制基本概念 2. 控制系统 控制元件和控制对象总称为控制系统。二者组合在一起才能完成自动控制的任务。图2-3表示了二者之间的关系。 系统的输入量是作用于系统的激发信号，其中使系统具有预定性能或预定输出的称为目标值或给定量； 另一种则是破坏系统的预定性能或预定输出的输入，根据具体情况，干扰输入有不同的作用点。系统的输出量称作被控制量，有的系统会将其反馈到控制元件进行反馈控制。 2.2 自动控制系统的类型 自动控制系统的分类有多种方法，常用的分类方法有以下几种。 1. 按控制装置类型分类 （1）模拟控制在模拟控制系统中，采用模拟电子器件及电路，输入的指令信号和输出信号都是模拟量，系统中的过程参数及检测信号也都是模拟量。 （2）计算机控制 计算机控制系统就是利用计算机（通常称为工业控制计算机，简称工控机）来实现生产过程自动控制的系统。 2.2 自动控制系统的类型 计算机作为系统的控制核心，其输入输出只能是二进制编码的数字信号，即在时间上和幅值上都离散的信号，而系统中被控对象和测量元件的输入输出是连续信号，所以在计算机控制系统中，需要A/D和D/A转换器，以实现两种信号的转换。 典型的计算机控制系统如图2-4所示。 2.2 自动控制系统的类型 2. 按给定量的变化规律分类 （1）定值控制系统 系统的输入（给定）量为恒定值，对应的输出量也保持恒定，该系统为定值控制系统。 （2）随动控制系统 输出量能够迅速而准确地跟随变化着的输入量的系统，称为随动系统。 （3）程序控制系统 输入量和输出量按预定程序变化的系统，叫程序控制系统。 2.2 自动控制系统的类型 3. 按组成系统的元件特性分类 （1）线性系统 构成系统的所有元件都是线性元件的系统称为线性系统，系统中各组成环节的特性可以用线性微分方程（或差分方程）来描述。 （2）非线性系统 构成系统的元件中含有非线性元件的系统称为线性系统。系统的特征由非线性微分方程来描述，对于非线性系统叠加原理是不适用的。 2.2 自动控制系统的类型 4. 按系统中信号特征分类 （1）连续系统 系统内各处的信号都以连续的模拟量传递的系统称为连续系统，系统中各组成环节的输入和输出信号都是时间的连续函数。连续控制系统的特征一般是用微分方程来描述的，若系统是线性的而且又是连续的，则称为线性连续系统。 （2）离散系统 控制系统中有一个或多个组成环节的输入信号或输出信号在时间上是离散的，信号是以脉冲序列或数码形式传递的，这样的系统称为离散系统。 2.2 自动控制系统的类型 5. 按系统输入和输出信号的数量分类 （1）单变量控制系统 在一个控制系统中，如果只有一个被控变量和一个控制作用来控制被控对象，则称该系统为单变量控制系统，又称为单输入－单输出系统。 （2）多变量控制系统 如果一个控制系统中的被控变量多于一个，控制作用也多于一个，而且各控制回路相互之间有耦合关系，则称这类控制系统为多变量控制系统，也称为多输入－多输出控制系统。 2.2 自动控制系统的类型 图2-7 单变量控制系统: 这种系统输入输出信号各为一个，系统比较简单，系统中主反馈（从系统输出至系统输入的反馈称为主反馈）只有一个，但是有时为了改善系统质量，还可以加剧局部反馈。 图2-8 多变量控制系统 2.2 自动控制系统的类型 开环控制和闭环控制 自动控制系统有两种最基本的形式，即开环控制和