(待分)自動控制原理

1、常見的圖汽包鍋爐給水自動調節(jié)示意圖（自動調個控制系被控對象和組成部分。控制系統(tǒng)控制方式有三種：開環(huán)控過熱器。一汽包。一省煤器。一給水凋節(jié)閥。一水位計制、閉環(huán)控第一章自動控制的一般概念引言自動控制理論是研究關于自動控制系統(tǒng)組成、分析和設計的一般性理論，是研究自動控制共同規(guī)律的技術科學。自動控制理論的任務是研究自動控制系統(tǒng)中變量的運動規(guī)律以及改變這種運動規(guī)律的可能性和途徑，為建立高性能的自動控制系統(tǒng)提供必要的理論根據(jù)。自動控制和自動控制系統(tǒng)的基本概念自動控制問題的提出在許多工業(yè)生產過程或生產設備運行中，往往需要對某些物理量（如溫度、壓力、流量、液位、電壓、位移、轉速等）進行控制，使其盡量維持在某個

2、數(shù)值附近，或使其按一定規(guī)律變化。如圖所示是鍋爐給水人工控制示意圖。人工調節(jié)是一個“檢測偏差、糾正偏差”的過程。可以用一整套自動控制儀表節(jié)器）來代替操作人員的作用。圖所示是鍋爐給水汽包水位自動控制示意圖。制。制和復合控系統(tǒng)的控制輸入不受輸出影響的控制系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。圖所示的烘箱溫度控制系統(tǒng)是一個開環(huán)控制系統(tǒng)。烘箱是被控對象，烘箱的溫度fflJEF輸岀盤j控制開黃o-l電阻及加熱元件可是被控量，也稱為系統(tǒng)輸出量。開關設定位置為系統(tǒng)的給定量或輸入量,看成是調壓器（控制器）。該系統(tǒng)中只有輸入量對輸出量的單向控制作用，輸出量對輸入量沒有任何影響和聯(lián)系。圖烘箱溫度開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖烘箱溫度開環(huán)控制系

3、統(tǒng)可用圖所示的方框圖表示。閉環(huán)控制系統(tǒng)在圖所示的烘箱溫度開環(huán)控制系統(tǒng)中，加入一些裝置，構成了如圖所示的烘箱溫度閉環(huán)圖烘箱溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖圖烘箱溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖箱是被控對象，給定量是由給定電壓（表征烘值）。系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)輸入量到輸控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中，烘爐溫是被控量，電位器設定的箱溫度的希望如圖所示。通常，把從出量之間的通道稱為前向通道。從輸出量到反饋信號之間的通道稱為反饋通道。方框圖中用符號“O”表示比較環(huán)節(jié)，其輸出量等于各個輸入量的代數(shù)和。這種通過反饋通道使系統(tǒng)構成閉環(huán)，并按偏差產生控制作用，用以減小或消除偏差的控制系統(tǒng)，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，或稱反饋控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)主反饋通道中，只有采

4、用負反饋才能達到控制的目的。閉環(huán)系統(tǒng)中系統(tǒng)的輸圖烘箱溫度閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖號引回到輸入端，與輸入信號相比較，利用所得的偏差信號對系統(tǒng)進行調節(jié)，達到減小偏差或消除偏差的目的。這就是負反饋控制原理，是閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心機理。復合控制系統(tǒng)反饋控制只有在外部作用（輸入信號或干擾）對控制對象產生影響之后才能做出相應的控制。前饋控制能使系統(tǒng)及時感受輸入信號，使系統(tǒng)在偏差即將產生之前就注意糾正偏差。將前饋控制和反饋控制結合起來，構成復合控制，可以有效提高系統(tǒng)的控制精度。圖所示的水溫控制系統(tǒng)是一個按干擾補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)。其中，熱交換器是被控對象,徂宜控制器徂宜控制器r1/#實際熱水溫度是被控量，給定量（希望

5、溫度）在控制器中設定，冷水流量是干擾量。系統(tǒng)方框圖如圖所示?？刂葡到y(tǒng)示例1室溫自動控制系統(tǒng)圖所示為一室溫自動控制系統(tǒng),目的是圖水溫控制系統(tǒng)示意圖將恒溫室溫度保持在希望值。敏感元件測得的實際溫度。控制器將將恒溫室溫度保持在希望值。敏感元件測得的實際溫度?？刂破鲗?度差通過執(zhí)行組織（如可逆轉電機等）開大或關小調節(jié)閥，一控制熱水流量的增大或減小風將熱量送入恒溫室,直到室溫與希望值一致。這是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)，恒溫室是被控對象，室溫是被控量。系統(tǒng)方框圖如圖所示。圖水溫控制系統(tǒng)方框圖2電壓調節(jié)系統(tǒng)電壓調節(jié)系統(tǒng)如圖所示。該系統(tǒng)中,示。該系統(tǒng)中,圖室溫自動控制系統(tǒng)示意圖圖T發(fā)電機室溫自動控制系統(tǒng)方框水加

6、熱器。敏感元件?？刂破鲌?zhí)行組織。一調節(jié)閥。系圖所示。3水位控圖所示系統(tǒng)目的是電位器Urflii.UylijI嗨亠放大器電動機亠電位器亠發(fā)電機圖電壓調節(jié)系統(tǒng)方框圖制系統(tǒng)的水位控制控制水位到發(fā)電機是被控對象，發(fā)電機的輸出電壓是被控量，給定量是給定電位器設定的電壓統(tǒng)方框圖如希望高度。浮子是測量元件，連桿起比較作用，比較期望水位與實際水位之差，同時推動電位器滑臂移動。電位器輸出電壓反映誤差的大小和方向，電壓經放大器放大后驅動直流伺服電動機，其轉軸經減速器后拖動進水閥門，對系統(tǒng)施加控制作用。水位調節(jié)系是被控對象，是被控量，給電位器設定系統(tǒng)方框圖$速器閥門水池川電誼器究際水位勺放大器電動機匚1一一一統(tǒng)中，

7、水池水池的水位定量是給定的電壓71。如圖所示。4圖水位控制系統(tǒng)方框圖制冷系統(tǒng)制常由冷凝器、壓縮機、蒸發(fā)器及電子膨脹閥等裝置組成，其工作原理如圖所示。壓縮機將制冷劑壓縮后送入冷凝器，在冷凝器中制冷劑被冷卻后變成液體，液體制冷劑進入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸收熱量蒸發(fā)。系統(tǒng)中蒸發(fā)回路的任務是通過電子膨脹閥的開度來控制蒸發(fā)器的熱量。蒸發(fā)器為被控對象,電子膨脹閥蒸發(fā)器的過熱度為被控值。過熱度自動控控制器-統(tǒng)的基本組成電子膨脹閥蒸發(fā)器設定值圖是典型自、放大元件、執(zhí)行組織、校正元動控制系統(tǒng)的功能框圖。圖中的每一個方框，代表一個具有特定功能的元件。除被控對象外，控制裝置通常是由測量元件、測裝置元件以及給定元件組成

8、。件以及給定元件組成。圖蒸發(fā)器過熱控制系統(tǒng)方框圖象指生對過行控制進圖典型反饋系統(tǒng)方框圖程中需裝置或過程。描述被控對象工作狀態(tài)的、需要進行控制的物理量是被控量。給定元件主要用于產生給定信號或控制輸入信號。測量元件用于檢測被控量或輸出量，產生反饋信號。如果測出的物理量屬于非電量,般要轉換成電量以便處理。比較元件用來比較輸入信號和反饋信號之間的偏差?？梢允且粋€差動電路，也可以是一個物理元件（如電橋、自整角機等）。放大元件用來放大偏差信號的幅值和功率，使之能夠推動執(zhí)行組織調節(jié)被控對象。例如功率放大器、電液伺服閥等。執(zhí)行組織用于直接對被控對象進行操作，調節(jié)被控量。如閥門，伺服電動機等。校正元件用來改善或

9、提高系統(tǒng)的性能。常用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中。例如網(wǎng)絡、測速發(fā)電機等。自動控制系統(tǒng)的分類及基本要求自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)按照不同的特征和標準，有不同的分類方法。.按控制系統(tǒng)的結構，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和復合控制系統(tǒng)。.按給定信號的形式，可將控制系統(tǒng)劃分為恒值控制系統(tǒng)和隨動控制系統(tǒng)。.按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化，可以將控制系統(tǒng)分為定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)。.按控制系統(tǒng)的動態(tài)特性分類，可分為線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)。.按控制系統(tǒng)閉環(huán)回路的數(shù)目分類，可分為單回路控制系統(tǒng)和多回路控制系統(tǒng)。.按照輸入信號和輸出信號的數(shù)目分類，可將系統(tǒng)分為單輸入單輸出系統(tǒng)和多輸人多輸出系統(tǒng)。.按控制動

10、作和時間的關系分類，可分為連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)。對自動控制系統(tǒng)的基本要求在輸入量的作用下，系統(tǒng)的輸出變量由初始狀態(tài)達到最終穩(wěn)態(tài)的中間變化過程稱過渡過程，又稱瞬態(tài)過程。過渡過程結束后的輸出響應稱為穩(wěn)態(tài)過程。系統(tǒng)的輸出響應由過渡過程和穩(wěn)態(tài)過程組成。對系統(tǒng)品質指標的基本要求可以歸納為三個字：穩(wěn)、準、快。穩(wěn)：是指系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是系統(tǒng)重新恢復平衡狀態(tài)的能力。任何一個能夠正常工作的控制系統(tǒng)，首先必須是穩(wěn)定的。穩(wěn)定是對自動控制系統(tǒng)的最基本要求。由于閉環(huán)控制系統(tǒng)有反饋作用，控制過程有可能出現(xiàn)振蕩或發(fā)散。如圖中曲線、曲線和所示。這些情況就稱系統(tǒng)不穩(wěn)定。準：是對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）性能的要求。對一個穩(wěn)定的系統(tǒng)而言，當過渡過程結束后，系統(tǒng)輸出量的實際值與期望值之差稱為穩(wěn)態(tài)誤差，是衡量系統(tǒng)控制精度的重要指標。穩(wěn)態(tài)誤差越小，系統(tǒng)的準確性越好?？欤菏菍ο到y(tǒng)動態(tài)性能（過渡過程性能）的要求。描述系統(tǒng)動態(tài)性能可以用平穩(wěn)性和快速性加以