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自动控制原理 主编 黄江平 参编 占自才 杨静 龚锦红 祝振敏 2023/2/6第1章 自动控制的一般概念21.1 自动控制与自动控制系统1.2 自动控制的方式1.3 自动控制系统的分类1.4 对自动控制系统的基本要求1.5 自动控制系统的分析与设计工具 第1章 自动控制的一般概念 2023/2/6第1章 自动控制的一般概念31.1 自动控制与自动控制系统自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备和装置，使机器设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。 自动控制系统：完成自动控制所需的物理部件构成的有机整体。在自动控制系统中，外加的设备或装置称为控制器或控制装置，机器设备或生产过程统称为控制对象，被控制的工作状态或参数称为被控量或输出量。输出的期望值为给定量，即输入量。妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量。给定量和扰动量都是控制系统的输入量。 2023/2/6第1章 自动控制的一般概念4一、水池液位控制系统 F1为出水阀、F2为进水阀，控制要求希望液位的等于h0。当人参与控制时，就要不断地将实际液位与希望液位作比较，根据比较的结果，决定进水阀F1 开度是增大还是减小，以达到维持液位不变的目的。由此可见，人若参与控制中起以下3方面的作用：测量、比较、执行与控制 2023/2/6第1章 自动控制的一般概念5人工控制 人参与该系统控制的框图 1）测量实际液位h1—用眼睛。2）将测得实际液位h1与希望液位h0相比较—用脑。3）根据比较的结果，即按照偏差的正负去决定控制的动作—用手。用自动控制去代替上述的人工控制，那么在自动控制系统中必须具有上述3种职能机构，即测量机构、比较机构和执行机构。 2023/2/6第1章 自动控制的一般概念6自动控制 水位自动控制系统原理图自动控制系统，就可以实现不论经出水阀F1流出的流量如何变化，系统总能自动地维持其液位高度在允许的偏差范围之内。 调节过程:假设水池液位因F1阀开度的增大而降低，则系统立即产生一个与降落液位成比例的误差电压u，该电压经放大器放大后供电给进水阀的拖动电动机，使阀F2的开度也相应地增大，从而使水池的液位恢复到所希望的高度。 水位自动控制系统方框图 系统组成：⑴ 被控对象-----水池⑵ 测量元件-----浮子⑶ 比较机构-----浮子的希望位置与实际位置之差⑷ 放大机构-----提高系统的控制精度⑸ 执行元件-----驱动被控对象，以改变被控制的量 2023/2/6第1章 自动控制的一般概念71.2 自动控制的方式1.2.1 开环控制与闭环控制 开环控制开环控制：系统中的信号只从控制装置向被控对象传递，而无反向传递，即信号传递路径不构成闭合回路，相应的控制系统称为开环控制系统。 开环控制系统方框图 特点：结构简单，所用的元件少，成本低，系统容易稳定；抗干扰 能力差。 2023/2/6第1章 自动控制的一般概念8开环直流调速系统 参考输入：晶闸管整流装置输出直流电压：转速：n当电动机的负载、交流电网的电压以及电动机的励磁稍有变化时，电动机的转速就会随之变化，不能再维持所期望的转速。 2023/2/6第1章 自动控制的一般概念92.闭环控制闭环控制：在控制系统中，通过测量装置检测输出量，并与输入信号进行比较，进而使控制装置按照二者的偏差来调节输出量，此类控制方式称为闭环控制。此时系统中存在信号的反向传递，通过测量装置使信号流构成闭合回路。闭环控制又称为反馈控制或偏差控制，相应的控制系统称为闭环控制系统 。闭环控制系统的方框图 2023/2/6第1章 自动控制的一般概念10调节过程： 闭环直流调速系统 闭环控制系统特点：(1)闭环控制称为偏差控制或反馈控制。(2)闭环控制系统具有两种传输信号的通道：前向通道和反馈通道。(3)闭环控制能有效克服作用在反馈环内前向通道上扰动，使得系统的被控量基本不受该扰动的影响。 2023/2/6第1章 自动控制的一般概念113.复合控制两种基本形式：输入前馈补偿的复合控制和扰动前馈补偿的复合控制 。前馈补偿控制与反馈控制相结合，就构成了复合控制。 输入补偿的前馈复合控制 扰动补偿的前馈复合控制 特点：将给定量或扰动量直接折算到系统输入端，对控制量的大小进行修正，即在偏差产生之前就进行了防止偏差产生的控制。 2023/2/6第1章 自动控制的一般概念121.2.2 闭环控制系统的组成给定环节：设定给定值的装置 比较环节：将给定环节输出的给定值与检测装置测量的输出值（反馈值）进行比较，从而产生期望值与实际值的偏差 校正环节：按某种规律对偏差信号进行运算，用运算的结果控制执行机构以改善被控制系统的性能 功放环节：提升控制信号的功率，以驱动执行机构。执行环节：控制