第一章 自动控制系统的基本概念(修改) 精选 .pdfVIP

上篇自动控制原理

第一章自动控制系统概述

本章要点

本章简要介绍有关自动控制的基本概念、开环控制和闭环控制的特点、自动控制系统

的基本组成和分类以及对自动控制系统的基本要求。

第一节自动控制的基本概念

自动控制是指在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理

的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。自动控制系统则是为实

现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。

在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象或对象；被控制的物理量称为

被控量或输出量；决定被控量的物理量称为控制量或给定量；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。扰动量按其来源可分为内部扰动和外部扰动。

给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。通常情况下，系统有两种外作用信号：

一是有效输入信号（以下简称输入信号），二是有害干扰信号（以下简称干扰信号）。输

入信号决定系统被控量的变化规律或代表期望值，并作用于系统的输入端。干扰信号是系

统所不希望而又不可避免的外作用信号，它不但可以作用于系统的任何部位，而且可能不

止一个。由于它会影响输入信号对系统被控量的有效控制，严重时必须加以抑制或补偿。

第二节开环控制和闭环控制

自动控制有两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制。与这两种控制方式对应的系

统分别称之为开环控制系统和闭环控制系统。

一、开环控制系统开环控制系统是指系统的输出端和输入端不存在反馈关系，系统的输出

量对控制作用不发生影响的系统。这种系统既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出

量反馈到输入端与输入量进行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联

系。

电加热系统的控制目标是，通过改变自耦变压器滑动端的位置，来改变电阻炉的温

度，并使其恒定不变。因为被控制的设备是电阻炉，被控量是电阻炉的温度，所以该系统

可称为温度控制系统，如图1-1所示。

开环控制系统的优点是系统结构和控制过程简单，稳定性好，调试方便，成本低。缺

点是抗干扰能力差，当受到来自系统内部或外部的各种扰动因素影响而使输出量发生变化

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时，系统没有自动调节能力，因此控制精度较低。一般用于对控制性能要求不高，系统输

入－输出之间的关系固定，干扰较小或可以预测并能进行补偿的场合。

图1-1人工控制的电炉箱

二、闭环控制系统

闭环控制则是在开环控制基础上引入人工干预过程演变而来的。如果要消除或减少扰动

的影响,实现无论是否出现扰动，都能使炉温保持恒定的目标，常采用如图1-2所示系统。图

中热电偶将检测到的温度信号T转变成电压信号U并以负反馈形式返回输入端与给定信号

fT

u相比较，得到偏差电压Au,此偏差电压Au经过电压、功率放大后，改变电动机的转

TsT

速和方向，并通过减速器带动调压器，实现对炉温的闭环控制。输出量直接（或间接）地

反馈到输入端形成闭环，使输出量参与系统的控制，这样的系统称为反馈控制系统，又称

为闭环控制系统。在这里，控制装置和被控对象不仅有顺向作用，而且输出端和输入端之

间存在反馈关系。图1-3表示控制系统组成框图。

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图1-3电炉箱控制系统框图

当给定信号u固定不变时，而温度T因某些因素（如加热工件增加，或频繁开启炉

sT

门等）降低时，通过负反馈的调节作用，将使温度T回升。其自动调节过程如下：

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