自动控制系统分类

1 3 自动控制系统的分类 本课程的主要内容是研究按偏差控制的系统 为了更好的了解自动控制系统的特点 介绍一下 自动控制系统的分类 分类方法很多 这里主要介绍其中比较重要的几种 一 一 按描述系统的微分方程分类按描述系统的微分方程分类 在数学上通常可以用微分方程来描述控制系统的动态特性 按描述系统运动的微分方程可将系 统分成两类 1 线性自动控制系统 描述系统运动的微分方程是线性微分方程 如方程的系数为常数 则 称为定常线性自动控制系统 相反 如系数不是常数而是时间 t 的函数 则称为变系数线性自动控 制系统 线性系统的特点是可以应用叠加原理 因此数学上较容易处理 2 非线性自动控制系统 描述系统的微分方程是非线性微分方程 非线性系统一般不能应用 叠加原理 因此数学上处理比较困难 至今尚没有通用的处理方法 严格地说 在实践中 理想的线性系统是不存在的 但是如果对于所研究的问题 非线性的影 响不很严重时 则可近似地看成线性系统 同样 实际上理想的定常系统也是不存在的 但如果系 数变化比较缓慢 也可以近似地看成线性定常系统 二 二 按系统中传递信号的性质分类按系统中传递信号的性质分类 1 连续系统 系统中传递的信号都是时间的连续函数 则称为连续系统 2 采样系统 系统中至少有一处 传递的信号是时间的离散信号 则称为采样系统 或离散 系统 三 三 按控制信号按控制信号 r t 的变化规律分类的变化规律分类 1 镇定系统 为恒值的系统称为镇定系统 图 1 2 所示系统就是一例 r t 2 程序控制系统 为事先给定的时间函数的系统称为程序控制系统 图 1 11 所示系统就是 r t 一例 3 随动系统 为事先未知的时间函数的系统称为随动系统 或跟踪系统 如图 1 7 所示 r t 的位置随动系统及函数记录仪系统 第三节 自动控制系统的分类 控制系统的分类方法 按控制方式分 开环控制 闭环控制 复合控制等 按系统性能分 线性系统和非线性系统 连续系统和离散系统 定常系统和时变系统 线性连续控制系统 计算机控制系统的分类计算机控制系统的分类 作者 cips 发表日期 2006 02 08 15 43 复制链接 计算机控制系统的分类有三种方法 以自动控制行式分类 以参于控制方式分类或以调节规律分类 跊 1 6 趝 一 以自动控制行式分类 稑 c 儬 以自动控制方式可以分成如下几类 肨怉 E 偀抋 一 计算机开环控制 Computer Open Loop Control 系统 镙欼 昉 若计算机开环控制系统的输出对生产过程能行使控制 但控制结果 生产过程的状态没有影响计算机控 制的系统 计算机 控制器 生产过程等环节没有构成闭合环路 则称之为计算机开环控制系统 从图上看 出生产过程的状态没有反馈给计算机 而是由操作人员监视生产过程的状态 决定控制方案 并告诉控制 计算机使其行使控制作用 s j 啞 h 二 计算机闭环控制 栗 OY 阿 t N 计算机对生产对象或过程进行控制时 生产过程状态能直接影响计算机控制的系统 称之为计算机闭环控 制系统 控制计算机在操作人员监视下 自动接受生产过程状态检测结果 计算并确定控制方案 直接指挥 控制部件 器 的动作 行使控制生产过程作用 宊四 在这样的系统中 控制部件按控制机发来的控制信息对运行设备进行控制 另一方面运行设备的运行状态 作为输出 由检测部件测出后 作为输入反馈给控制计算机 从而使控制计算机 控制部件 生产过程 检测 部件构成一个闭环回路 我们将这种控制形式称之为控制计算机闭环控制 糣 艖 s 计算机闭环控制系统 利用数学模型设置生产过程最佳值与检测结果反馈值之间的偏差 控制达到生产过 程运行在最佳状态 0 I 橴 三 在线控制 兓 Yl 偗 l 只要计算机对受控对象或受控生产过程 能够行使直接控制 不需要人工干预的都称之为控制计算机在线 控制或称联机控制系统 纊 四 离线控制 1 Pi i 控制计算机没有直接参于控制对象或受控生产过程 它只完成受控对象或受控过程的状态检测 并对检测 的数据进行处理 而后制定出控制方案 输出控制指示 操作人员参考控制指示 人工手动操作使控制部件 对受控对象或受控过程进行控制 这种控制形式称之为计算机离线控制系统 I 臟 h 五 实时控制系统 Ao z 控制计算机实时控制系统是指受控制的对象或受控过程 每当请求处理或请求控制时 控制机能及时处理 并进行控制的系统 常用在生产过程是间断进行的场合 如炼钢 每炼一炉钢是一个过程 又如轧钢过程 每 轧出一块钢算一个过程 每个过程都重复进行 只有进入过程才要求计算机进行控制 在计算机一旦进行 控制时 就要求计算机对来自生产过程的信息在规定的时间内作出反应或控制 这种系统常使用完善的中 断系统和中断处理程序来实现 综上所述 一个在线系统并不一定是实时系统 但是一个实时系统必是一 个在线系统 9 O z 二 以参于控制方式来分类 MRJ 按控制机参于控制方式来分类 可分成如下几种 踽 1 6l X 一 直接数字控制系统 秘昣 9 1 由控制计算机取代常规的模拟调节仪表而直接对生产过程进行控制 由于计算机发出的信号为数字量 故得名 DDC 控制 实际上受控的生产过程的控制部件 接受的控制信号可以通过控制机的过程输入 输 出通道中的数 模 D A 转换器将计算机输出的数字控制量中转换成模拟量 输入的模拟量也要经控制机 的过程输入 输出通道的模 数 A D 转换器转换成数字量进入计算机 耩 b 鮀鮦 DDC 控制系统中常使用小型计算机或微型机的分时系统来实现多个点的控制功能 实际上是属于用控制 机离散采样 实现离散多点控制 这种 DDC 计算机控制系统已成为当前计算机控制系统中主要控制形式 之一 i W DDC 控制的优点是灵活性大 集中可靠性高和价格便宜 能用数字运算形式对若干个回路 甚至数十个回 路的生产过程 进行比例 积分 微分 PID 控制 使工业受控对象的状态保持在给定值上 偏差小且 稳定 而且只要改变控制算法和应用程序便可实现较复杂的控制 如前馈控制和最佳控制等 一般情况下 DDC 级控制常作为更复杂的高级控制的执行级 鶌 j 睎 二 计算机监督控制系统 罠 拏 s 计算机监督控制系统是针对某一种生产过程 依据生产过程的各种状态 按生产过程的数学模型计算出生 产设备应运行的最佳给定值 并将最佳值自动地或人工对 DDC 执行级的计算机或对模拟调节仪表进行 调正或设定控制的目标值 由 DDC 或调节仪表对生产过程各个点 运行设备 行使控制 g 三 多级控制系统 7 聢 hAJ 碨 n 在现代生产企业中 不仅需要解决生产过程的在线控制问题 而且还要求解决生产管理问题 每日生产品 种 数量的计划调度以及月季计划安排 制定长远规划 预报销售前景等 于是出现了多级控制系统 埤噂丕 o DDC 级主要用于直接控制生产过程 进行 PID 或前馈控制 SCC 级主要用于进行最佳控制或自适应控制 或自学习控制计算 并指挥 DDC 级控制同时向 MIS 级汇报情况 DDC 级通常用微型计算机 SCC 级一 般用小型计算机或高档微型计算机 钼 謾 v 蜚 车间管理的 MIS 主要功能是根据工厂级下达的生产品种 数量命令和搜集上来的生产过程的状态的信 息 随时进行合理调度 实现最优控制 指挥 SCC 级监督控制 w 禘 薅 工厂管理级的 MIS 主要功能是接受公司下达的生产任务和本厂的实际情况 进行最优化计算 制订本厂 生产计划和短期 旬或周或日 安排 然后给车间级下达生产任务 瓃 x 銻 分散控制或分布控制 是将控制系统分成若干个独立的局部控制子系统 用以完成受控生产过程自动控制 任务 由于微型计算机的出现与迅速发展 为实现分散控制提供了物质和技术基础 近年来分散控制得以 异乎寻常的发展 且已成为计算机控制发展的重要趋势 澜 M 駎堑 自 70 年代起 又出现集中分散式的控制系统 简称集散系统 它是采用分散局部控制的新型的计算机控制 系统 鰀 阭 q4 三 按调节规律分类 窞发 lVn 馆 如果按调节规律分类 计算机对工业生产过程进行控制所构成的系统可分成如下几种 霹牚劂 一 程序控制 A 嵈 飸侃 如果计算机控制系统是按着预先规定的时间函数进行控制 这种控制称之为程序控制 如炉温按着一定的 时间曲线进行控制就为程序控制 这里的程序是指随时间变化就有确定对应变化值 而不是计算机所运行 的程序 k 螭敜 二 顺序控制 cz 阧 瓼 在程序控制的基础上产生了顺序控制 计算机如能根据随时间推移所确定对应值和此刻以前的控制结果 两方面情况行使对生产过程控制的系统 称之为计算机的顺序控制 崈 助 三 比例 积分 微分 PID 控制常规的模拟调节仪表可以完成 PID 控制 用微型计算机也可以实现 PI D 控制 S 慢 O 淰 四 前馈控制 Vc 耰 堃 通常的反馈控制系统中 对干扰造成一定后果 才能反馈过来产生抑制干扰的控制作用 因而产生滞后控 制的不良后果 为了克服这种滞后的不良控制 用计算机接受干扰信号后 在还没有产生后果之前插入一 个前馈控制作用 使其刚好在干扰点上完全抵消干扰对控制变量的影响 因而又得名为扰动补偿控制 x 熈 粗 五 最优控制 最佳控制 系统 龤鈐 控制计算机如能有受控对象处于最佳状态运行的控制系统称之为最佳控制系统 如用计算机控制系统就 是在现有的限定条件下 恰当选择控制规律 数学模型 使受控对象运行指标处于最优状态 如产量最大 消耗最大 质量合格率最高 废品率最少等 最佳状态是由定出的数学模型确定的 有时是在限定的 某几种范围内追求单项最好指标 有时是要求综合性最优指标 岃 鑘 六 自适应控制系统 鸧 s 鱿铲 mw 上述的最佳控制 当工作条件或限定条件改变时 就不能获得最佳的控制效果了 如果在工作条件改变的 情况下 仍然能的控制系统对受控对象的控制处于最佳状态 这样的控制系统称之为自适应系统 这就要 求数学模型体现出在条件改变的情况下 如何达到最佳状态 控制计算机检测到条件改变的信息 按数学 模型给出的规律进行计算 用以改变控制变量 使受控对象仍能处在最好状态 隮 DN 恝 七 自学习控制系统 散 3 醓 s 如果用计算机能够不断地根据受控对象运行结果积累经验 自行改变和完善控制规律 使控制效果愈来愈 好 这样的控制系统被称为自学习控制系统 z 精 以上讲到的最优控制 自适应控制和自学习控制都涉及到多参数 多变量的复杂控制系统 都属于近