航空电子技术基础-第三章.pptVIP

第3章自动控制理论根底;3.1自动控制系统概述;1.开环控制系统

开环控制系统开环控制系统是指系统的输出量对系统的控制作用没

有影响的系统。图3丨1~1所示的直流电动机转速控制系统就是一个

开环控制系统的例子。

在该系统中，电机的转速由设定电位计上的电压来控制。但当电机

所带负载变化或电网电压波动时，电机的转速值必将发生变化，从而

偏离原来设定的值。因此，开环系统的控制精度较低。开环系统只用

在要求不高的场合。

在开环系统中，输出变量仅随开环输入变量的变化而变化，输出变

量不反响到输入端。在生产实际中，采用开环控制的例子很多，如中

央供热系统、灯光照明系统及各种顺序控制系统等。;2.闭环控制系统

为了解决抗干扰问题，必须采用闭环控制。在闭环系统中，将输出

量反响到系统的输入端，使输出量对控制作用产生直接影响。

在闭环系统中，输入量和反响信号〔反响信号等于输出量的一局部

或全部，也可以与输出信号成函数关系)之间的差值，称为误差信号。

误差信号加到控制器上，通过控制器的作用减小系统的误差，从而使

输出量到达希望的值。

;;在控制技术中，电量、非电量及其部件的联接很复杂。为了使控制

系统容易理解，经常采用方框图的形式表示控制系统的根本结构。上

述的闭环系统可以用图3.1-3所示的方框图表示。它由控制对象〔电

动机〕和控制器〔放大器、触发器等〕组成。反响通道的反响网络一

般就是一个分压器。这些部件组成一个闭合的环路。在闭环系统中，输

出信号〔实际值〕与设定值进行比较，误差信号通过控制器传送到控制

对象的输入端。

闭环控制系统的优点是采用了反响，因而使系统响应不受外界扰动

的影响，具有精度高的优点；但闭环系统结构复杂，容易产生振荡，

在设计控制器时需要着重考虑。;在图3.1-3中，如果把反响信号断开，就变成了开环控制系统，如

图3.1-4所示。这时输出量不参与控制过程，输出量是否与设定值一

致，系统也无法控制，因此控制精度低。但开环控制系统结构简单，

控制方便，容易实现。;下面这个例子与飞机控制有关，我们可以结合专业进一步理解自动

控制系统的根本概念。

飞机上的自动驾驶仪是一种能保持或改变飞机飞行状态的自动装置。

它可以稳定飞行的姿态、高度和航迹，可以操纵飞机爬高、下滑和转

弯。

如同飞行员操纵飞机一样，自动驾驶仪控制飞机飞行是通过控制飞

机的三个操纵面一升降舵、方向舵和副翼的偏转来改变舵面的空气动

力特性，以形成围绕飞机质心的旋转转矩，从而改变飞机的飞行姿态

和轨迹。现以比例式自动驾驶仪稳定飞机俯仰角为例，说明其控制原

理。图3.1-5所示为自动驾驶仪系统稳定俯仰角的原理示意图。;图中，垂直陀螺仪作为测量元件用以检测飞机的俯仰角，当飞机以

给定俯仰角水平飞行时，陀螺仪电位器没有电压输出；如果飞机受到

扰动，使俯仰角向下偏离期望值，陀螺仪电位器输出与俯仰角偏差成

正比的信号，经放大后驱动舵机，一方面推动升降舵面向上偏转，产生

使飞机抬头的转矩⑴’以减小俯仰角偏差；与此同时，带动反响电位器滑

臂，输出与舵偏角成正比的电压，并反响到输入端。随着俯仰角偏差

的减小，陀螺仪电位器

输出信号越来越小，

舵偏角也随之减小，直

到俯仰角回到期望值，

这时舵面也恢复到原来

的状态。;图3.1-6所示为该系统的方框图。图中，飞机是控制对象，俯仰角是

被控量，放大器、舵机、垂直陀螺仪、反响电位器等是控制装置，即自动驾驶仪。设定值是给定的常值俯仰角。控制系统的任务是在任何扰动〔如气流冲击〕作用下，始终保持飞机以给定的俯仰角飞行。;;〔3〕控制器

首先将反响量与给定量进行比较，输出差值信号，再根据这个偏差

信号的大小和变化趋势，按预先设计的运算规律进行运算，并将结果

输出到执行机构。根据控制要求，控制器可以是一个简单的电压或功

率放大器，也可以对偏差信号进行微分或积分等运算，其目的是改善

系统的稳态和动态性能。控制器是闭环控制系统中的重要环节。

〔4〕执行机构

它接收来自控制器的信号，改变操纵变量的大小或符号，完成对被

控对象的驱动，使被控制量到达所要求的数值。执行机构一般由传动装置和调节机构等组成，本系统中为舵机。加在被控对象上的量称为控制量。

〔5〕控制对象

指要控制的设备或变量。如上面的系统中，飞机就是被控制的对

象，各舵面的偏转角就是被控量。

对系统组成的分析和绘制系统的方框图是分析和研究自动控制系统

的