自动化 反馈控制系统的基本概念

1、船舶电气与自动化(船舶自动化)，第五章种子文件倒车操纵系统基础知识，第一节种子文件倒车操纵系统基本概念，构成种子文件倒车操纵系统的种子文件倒车操纵系统设备和生产过程参数控制过程实际上可以直接模拟人手动操作过程。 例1、辅助锅炉水位自动控制系统例2、主机冷却水温度自动控制系统、主机冷却水温度自动控制系统的示意图，自动在控制中、要求人不需要参与控制过程，因此必须代替人的功能器官而采用相应的自动化仪表。 例如，用温度传感器和变送器代替人眼随时测定冷却水的实际温度，将其值发送到调节器。 调节器代替人脑，分析计算冷却水的实际温度，并将控制信号输出到驱动器。 执行机构取代人的双手，改变三通调节阀的开度。

2、无论是人工控制还是自动控制，都存在着倒退的作用。 包含反馈作用的控制过程称为种子文件反向控制过程。 构成一个种子文件反馈操纵系统需要四个最基本的环节，即受控对象、测量用户针织面料、调节用户针织面料和驱动器。 (1)受控对象的受控对象是指想要控制的机器、设备或装置。 想要控制的运转残奥表称为被控制量。 在锅炉水位自动控制系统中，锅炉是受控对象，水位是被控制量。 在狄塞尔冷却水温度自动控制系统中，淡水冷却器为受控对象，冷却水温度为被控制量。 在柴油引擎的旋转速度自动控制系统中，柴油引擎是受控对象，旋转速度是被控制量。 (2)测定用户针织面料的测定用户针织面料的作用：检测被控制量的实际值，将其转换为

3、标准的统一信号，称为被控制量的测定值。 在气压操纵系统下，统一的标准气动信号为0.020.1mpa的电动操纵系统中，其统一的标准电流信号为010 ma或420ma。 在温度自动控制系统下，测量单位针织面料采用温度传感器和温度变送器的压力自动控制系统；测量单位针织面料采用压力传感器和压力变送器的锅炉水位自动控制系统下，测量单位针织面料采用水位传感器(标准水位槽)和差压变送器。 (3)调节yuu针织面料调节yuu针织面料是指具有各种调节作用规则的调节器。 运转残奥表所希望的控制的最佳值称为给定值，用r表示的控制量的测量值用z表示。 被控制量的测定值偏离预定值的量称为偏差值，用e表示时，显然e=r

4、- z。 e 0表示测量值低于设定值，为正偏差；e 0表示测量值大于设定值，为负偏差；e 0表示测量值与设定值相等，没有偏差。 调节器首先接收从测定单元针织面料发送来的被控制量的测定信号，与被控制量的规定值进行比较，得到偏差信号，根据偏差信号的大小和方向(是正的偏差还是负偏差)，根据某个调节作用规则输出控制信号，对被控制量施加控制作用，直到偏差为零或接近零。 在实际应用中，调节器一般分为公式调节器、比例调节器、比例积分调节器、比例微分调节器和比例积分微分调节器5种，根据受控对象特性的差异和对控制量控制精度的要求，操纵系统可以选择不同的调节作用规律的调节器。 (4)致动器的致动器的输入量是调节单

5、元针织面料输出的控制信号，调节单元针织面料输出的控制信号一般经由致动器作用于受控对象，使流入受控对象的物质和能量发生变化，以适应受控对象的负荷变化。 在气压操纵系统中，执行机构一般为气压薄膜调节阀或气压活塞式调节阀的电动操纵系统中，一般采用伺服电机。 另外，上述的四个基本用户针织面料对于构成种子文件背操纵系统是不可缺少的。 然而，在完全种子文件背操纵系统中，一般设有指示被控制量的规定值和测定值的显示单元。在云同步、气压操纵系统中，必须设置瓦斯气体源装置和数值器的电动操纵系统需要稳压电源等辅助装置。 二、自动控制系统传递分块图、控制单元针织面料、致动器、被受控对象、测定单元针织面料、图5-2种子

6、文件反馈操纵系统传递分块图、r(t )设定值z(t )测定值y(t )偏差值y(t )被控制量q(t )执行量p(t )控制量d(t )外部干扰值、a、(1)环节受控制各环节有输入量和输出量，用带箭头的信号线表示。 其中箭头指向该网络链接的信号线为输入量，箭头远离该网络链接的信号线为输出量。 哪个环节的输出量的变化取决于输入量的变化及其环节的特性，输出量的变化不直接影响输入量，这被称为细胞信号的单方面性。 (2)声干扰受控对象作为种子文件反馈操纵系统的构成要素，其输出量是被控制量，引起被控制量变化的要素统称为声干扰。 声干扰可分为外部声干扰、基本声干扰两类。 基本声干扰是来自操纵系统内部的控制

7、信道(调整信道)的声干扰。 基本声干扰通过调节信道影响而影响控制量。 例如，在水位操纵系统下，供水调整阀的开度的变化引起水位的变化，在冷却水温度操纵系统下，三通调整阀的开度的变化引起水温的变化等。 所谓外部声干扰，是来自系统外部环境的声干扰，外部声干扰受声干扰信道的影响而控制。 例如，以锅炉为受控对象的水位操纵系统，水位是控制量，在锅炉负荷(外部用蒸汽量)的变化引起水位变化的狄塞尔发动机的汽缸冷却水温度操纵系统中，水温是控制量，狄塞尔负荷的变化、海水温度的变化、淡水冷却器的自来水尺的多少等引起冷却水温度的变化。 该声干扰起因于由于设备负荷和外界环境的声干扰变化，受控对象内部的能量平衡被破坏。

8、(3)从系统的角度来看，系统的输入和输出是上述的输入和输出概念都面向环节的，系统作为整体，具有设定值和外部声干扰，即被控制量两个输入。 (4)种子文件背调节器的输出通过致动器改变控制强度，即改变流入受控对象的物质和能量的产水量，引起控制量的变化(即系统输出的变化)，系统输出的变化通过测定单元针织面料再次传送到系统的输入端，这一过程称为种子文件背。 正反馈意味着即使偏差e增大，通过回种子文件来增强闭环系统的输入效果。 即使偏差e变小，负反馈也会通过反馈来减弱闭环系数的输入效果。 (5)在正向信道和反馈信道控制系统的传递分块图中，从系统的输入端到沿信号线方向的系统输出端的通道称为正向信道。相反方向

9、的通道称为种子文件反向通道。 (6)闭环系统是种子文件反馈操纵系统的传输分块图，前一部分的输出是后一部分的输入，系统的输出是经由反馈信道返回到系统的输入端。 以这种方式，操纵系统形成被称为闭环系统的闭环控制电路，并且种子文件反馈操纵系统总是闭环系统。 开环系统不再是一种种子文件反馈操纵系统，不能基于偏差实现设备、生产过程的残奥仪表自动控制。 三、种子文件反馈操纵系统的工作过程种子文件反馈操纵系统以给定值的变化规律分类的方法： 1、值操纵系统的给定值不变，是某个确定值，该系统被称为值操纵系统。 例如，锅炉水位和蒸汽压力控制系统、狄塞尔缸冷却水温度操纵系统、燃料黏性系数操纵系统、发电机原动机旋转速

10、度控制系统等都属于一定值操纵系统。 2、程序控制系统给定的值是变化的，而且是按照人们预先决定的规则变化的，这个系统被称为程序控制系统。 例如，船舶的男公关远程控制系统中的转速控制，其规定值根据车钟表的设定转速的规定发送速度规则而变化。3、跟踪操纵系统给定的值可以任意改变，变化规则是不能预先确定的系统，这种系统被称为跟踪操纵系统。 例如，在自动舵的跟踪操舵系统中，舵角的给定值完全依赖于当时的航行状况。种子文件反馈操纵系统的工作过程：系统处于平衡态(即系统的稳定运行)时受到突然地外部的声干扰，被控制量从初始稳定值变化，测定用户针织面料将被控制量的实际值发送给调节器，在调节器内部将被控制量的规定值与

11、测定值进行比较，得到偏差值e， 调节器根据某个调节作用规则输出控制信号的致动器改变流入受控对象的物质或能量的产水量，控制量向偏差减少的方向变化，该信号经由测定针织面料被发送到调节器，重复上述过程，最终使控制量返回规定值或规定值附近，进行系统四、评定操纵系统动态过程质量的指标种子文件反馈操纵系统的扰动形式是随机的，很难用一个数学公式准确描述，可以归纳为四种扰动形式：阶跃形式、线性形式、脉冲形式、正弦形式。 步骤声干扰，st，t，r(t )，0，r，t，r(t )，0，rt，t，r(t )，0，1/2 rt 2，线性声干扰，加速度声干扰，t，r(t )，0，正弦声干扰，脉冲声干扰，st，t，r(t

12、 )，0，1/h，h 、r(t )、0、r(t )、t、t、h0通常将步进信号设定成系统的预定值或声干扰，以便于对种子文件背操纵系统的性能进行分析和研究。 阶跃信号是在反种子文件操纵系统中最常见的输入信号，并且也是对系统最严重的冲击，根据在系统中容易发生不平衡状态的操纵系统所接受的声干扰路径，而使外部声干扰不变化的、规定值变化的(跟踪控制等)情况，和变化的另一种情况是当给定的值不改变(数值控制)时改变外部声干扰。 由于控制支重轮的控制规则和系统残奥表的不同，操纵系统的动态过程表现为不同的形式。 在输入阶跃信号时，控制量变化的动态过程有： (1)发散振动过程、(2)等幅振动过程、(3)单调过程(

13、非周期过程)、(4)阻尼振动过程、发散振动、等幅振动、阻尼振动、单调过程、(1)稳定性指标衰减率和振荡次数n衰减率， 将阻尼振动中第一波峰值y1减去第二同相波峰值y3后的值除以第一波峰值y1，即0发散振动过程、0 1阻尼振动过程=0振幅振动过程、=1非周期过程，一般来说=0.750.9、(1)稳定性指标对应于衰减率是另一个指标。 所谓衰减比是指第一波峰值y1与第二同相波峰值y3之比即y1/y3。 衰减率是测量系统稳定性的指标，要求=0.750.9。=0.75的情况下，y1是y3的4倍，此时衰减比是4:1。 振荡次数n是指控制在阻尼振动中的光量的振荡次数。 通常，要求被控制量在振动23次时稳定。 (2)精度指数最大的动态偏差emax :指向阻尼振动中的第一个峰值，并且是动态精度指数。 emax越大，表示动态精度越低，越小越好，但不是越小越好。 由于过小，动态过程的振动可能会加剧。 在完成静态偏差：动态过程之后，受控变量的新稳态值与预定值之间的差。 越小表示控制系统的静态精度越高。 用没有差的调节差的调节过调制量p阻尼振动，从最初的波的峰值y1减去新的稳态值