《简单控制系统》课件.ppt

简单控制系统

课程介绍课程目标帮助学生理解简单控制系统的基本原理和应用。课程内容涵盖控制系统的定义、组成、分类、控制方式、设计原则、性能指标、调试和维护等内容。教学方法采用理论讲解、案例分析、实验演示等方式，使学生能够更好地掌握知识。

控制系统的定义目标控制系统是为了达到某个特定的目标而设计的，例如保持温度、速度或位置的稳定。反馈控制系统通常使用反馈机制来调整其输出，以确保它能够达到目标。自动控制系统通常是自动化的，这意味着它们可以独立运行而无需人工干预。

控制系统的组成传感器传感器用来检测被控对象的实际状态，并将实际状态转化为可被控制器识别的信号。控制器控制器接收传感器送来的信号，并根据预定的控制规律产生控制信号，输出给执行器。执行器执行器接收控制器发出的控制信号，并根据信号进行动作，对被控对象进行控制。被控对象被控对象是需要被控制的系统，它可以是任何需要进行控制的物体或过程。

控制系统的分类1开环控制系统开环控制系统不需要反馈信息，控制器的输出直接影响被控对象，没有闭环控制。例如，定时器控制的电风扇。2闭环控制系统闭环控制系统通过反馈回路将被控对象的输出信息反馈到控制器，根据反馈信息进行调节控制。例如，空调温度调节。

开环控制系统没有反馈回路控制动作不依赖输出简单易行

闭环控制系统反馈闭环控制系统通过反馈机制将系统的输出信号与设定值进行比较，并根据偏差调整控制信号，从而实现对系统的精确控制。自适应性闭环控制系统能够适应环境变化和系统参数的变化，并自动调整控制策略，以保持系统的稳定性和性能。

反馈的作用纠正偏差反馈将实际输出与预期目标进行比较，并提供偏差信息，帮助系统及时调整，以减少误差。优化性能通过反馈，系统可以不断学习和调整，提高控制精度、稳定性和响应速度，最终达到最佳性能。提高可靠性反馈机制可以监测系统状态，及时发现故障，并采取相应的措施，提高系统运行的可靠性。

常见控制方式比例控制控制信号与偏差成比例关系。积分控制控制信号与偏差的积分值成比例关系。微分控制控制信号与偏差的变化率成比例关系。

比例控制比例增益比例增益控制着输出信号与误差信号之间的比例关系。线性控制比例控制是一种线性控制方式，输出信号与误差信号成正比。简单实现比例控制实现简单，广泛应用于各种控制系统中。

积分控制1累积误差积分控制会根据误差的累积程度调整控制量。2消除稳态误差积分控制可以有效消除系统在稳态时的误差，使其输出值更接近目标值。3响应速度积分控制会导致响应速度变慢，但可以提高系统的稳定性。

微分控制预测变化微分控制通过预测系统误差的变化趋势来提前做出调整，从而提高系统的响应速度和稳定性。抑制波动微分控制可以有效抑制系统输出的波动，防止过冲现象发生，从而提高系统的稳定性。

PID控制1比例控制比例控制是根据偏差的大小来调整控制量，偏差越大，控制量越大。2积分控制积分控制是根据偏差的累积量来调整控制量，偏差积累越大，控制量越大。3微分控制微分控制是根据偏差的变化率来调整控制量，偏差变化越快，控制量越大。

传感器在控制系统中的作用传感器是控制系统中不可或缺的组成部分，它负责将被控对象的物理量转换为电信号，并将信号传递给控制器。例如，在温度控制系统中，温度传感器会将环境温度转换为电信号，并将信号传递给控制器，控制器根据信号进行判断，并通过执行器控制加热或冷却设备，从而达到控制温度的目的。

执行器在控制系统中的作用执行器是控制系统中的重要组成部分，它将控制信号转换为实际的物理动作，从而实现对被控对象的控制。常见的执行器类型包括：电动机、液压缸、气动缸、阀门、加热器等，它们分别用于控制旋转运动、直线运动、流体流动和温度等。执行器的选择应根据被控对象的特性、控制精度要求以及环境条件等因素综合考虑。

信号的采集和处理传感器将物理量转换为电信号。信号调理放大、滤波、整形等处理，使信号符合控制器要求。数据转换将模拟信号转换为数字信号或反之。数据处理对采集到的数据进行分析、计算和存储。

信号转换模拟信号模拟信号是连续变化的，用电压或电流表示。数字信号数字信号是离散的，用0或1表示。信号转换将模拟信号转换为数字信号或反之。

模拟量和数字量模拟量模拟量是连续变化的量，它可以取任何值，例如温度、压力、电压等。数字量数字量是离散变化的量，它只能取有限个值，例如开关状态（开或关）、计数器值等。

A/D和D/A转换1A/D转换将模拟信号转换为数字信号2D/A转换将数字信号转换为模拟信号

控制器硬件结构控制器是控制系统的核心，负责接收来自传感器的信号，进行逻辑运算和控制决策，并输出控制信号到执行器。常见的控制器硬件结构包括：单片机控制系统可编程序控制器PLC嵌入式系统

单片机控制系统核心组件单片机作为控制系统核心，集成处理器、存储器、I/O端口等，提供实时控制能力。信号采集通过