自动控制原理一章

自动控制原理

第1章——绪论

1.1自动控制的基本原理及控制系统的分类

1.2自动控制原理课程研究的内容

1.1.1自动控制的基本原理所谓控制系统（ControlSystem）就是通过执行规定的功能来实现某一给定目标的一些相互关联单元的组合。由人直接或间接操作执行装置的控制方式称为手动控制（ManualControl）；而无需人去直接或间接操纵执行机构，利用控制装置控制被控制量自动地按预定的规律变化的过程则称为自动控制（AutomaticControl）。示例——恒温控制系统

由温度计测出恒温箱的实际温度与恒温箱内要求达到的温度进行比较，得出偏差，根据偏差的大小和正负进行控制。当恒温箱温度高于所要求的温度时，移动调压器可动触头减小外施电压，使箱温减小到要求的温度；若箱温低于给定温度，则移动调压器触头增大外施电压，使箱温增大到给定温度。

人工控制精度不高，人的反应不够快，不少恶劣的场合人无法参与直接控制。自动控制系统可以解决以上问题。下图为一恒温自动控制系统原理框图。恒温箱的理想温度由电压u1给出，热电偶检测箱温，输出电压u2并反馈回去与给定电压相比较得出偏差电压Δu=u1-u2，经电压和功率放大后控制电机的速度和转向，从而改变调压器滑动触头的位置，改变恒温箱的外施电压达到恒定箱温的目的。即当恒温箱内温度偏高时，使调压器降压，反之升压，直到温度达到给定值为止。此时偏差电压Δu=0，电机停转。不论是人工控制还是自动控制它们都需要检测偏差，这一偏差是由被控量的反馈值与给定值相比较产生的，它们都需要利用检测到的偏差去纠正偏差，使偏差减小或消除。这种通过检测、比较得到偏差，由偏差产生控制作用，由控制作用使偏差减少或消除的原理就是我们所研究的自动控制原理也称反馈控制原理。（一般均为负反馈）。为了便于了解系统的结构及作用原理，可将系统用功能框图表示。自动控制系统的基本组成部分被控对象（或过程）、给定元件、测量反馈元件、比较元件、放大元件、校正元件、执行元件。

1.1.2控制系统的分类控制系统的类型很多，它们的结构类型和所完成的任务也各不相同。控制系统从信息传送的特点或系统的结构特点来看可分为开环控制系统和闭环控制系统，以及同时具有开环结构和闭环结构的复合控制系统。

一、开环控制系统示例——直流电动机开环调速系统

电压放大器功率放大器Mc负载n电动机+_+_+电位器给定电压ug经放大后得到电枢电压ua，改变ug可得不同的转速n，该系统只有输入量ug对输出量n的单向控制作用。输出端和输入端之间不存在反馈回路。开环系统的优点——结构简单，系统稳定性好，调试方便，成本低。因此，在输入量和输出量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素可以预测并进行补偿的前提下，应尽量采用开环控制系统。开环控制的缺点——当控制过程中受到来自系统外部的各种扰动因素，如负载变化、电源电压波动等，以及来自系统内部的扰动因素，如元件参数变化等，都将会直接影响到输出量，而控制系统不能自动进行补偿，抗干扰性能差。因此，开环系统对元器件的精度要求较高。二、闭环控制系统电压放大器功率放大器Mc负载n电动机+_+_+_uf电位器测速发电机+_ue=

ug-uf

直流电动机转速闭环控制系统方块图n电

压放大器ue输入量Mc扰动输出量功

率放大器直

流电动机＋ugua测

速发电机uf－

设上述系统原已在某个给定电压ug相对于的转速n状态下运行，若一旦受到某些干扰（如负载转矩突然增大）而引起转速下降时，系统就会自动地产生相应的调整过程。偏差始终存在正反馈不能进行控制，会使系统的偏差越来越大。Mc↑→n↓→uf↓→ue（ue=ug-uf）↑→ua↑→n↑闭环控制的优点——抑制扰动能力强，与开环控制相比，对参数变化不敏感，并能获得满意的动态特性和控制精度。闭环控制的缺点——引入反