第1章-控制系统导论.pptVIP

机械与电气工程学院长江师范学院机械工程测试技术第1章绪论第1章控制系统导论1.1自动控制的基本原理1.2自动控制系统的应用实例1.3自动控制系统的分类1.1自动控制的基本原理1-1自动控制的基本原理一、控制系统基本概念1.控制（Control）：根据某种原理或方法，使特定对象（被控对象）的某些物理量（被控量）按照预期规律变化的操纵过程。2.人工控制（ManualControl）：由人直接或间接操作执行装置的控制方式。3.自动控制（AutomaticControl）：是指在没有人直接参与的情况下，利用自动控制装置（或称为控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称为被控对象）的某个工作状态或参数（称为被控量）自动地按照预定的规律运行。人工控制的例子

示例——水池水位控制

人工控制被控对象：水池被控量：水池的水位观测实际水位，将期望的水位值与实际水位相比较，两者之差为偏差。根据偏差的大小和方向调节进水阀门的开度，即当实际水位高于要求值时，关小进水阀门开度，否则加大阀门开度以改变进水量，从而改变水池水位，使之与要求值保持一致。1-1自动控制的基本原理人脑：记住水位的期望值；给定值人眼：观察水池的实际水位；测量人脑：比较水池的期望值-实际值；比较人手：调节进水阀门的开度。执行是一个反复观察测量、比较、调整执行的过程，力图将水池水位的期望值与实际值之间的差值减为0。19缺点：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。1-1自动控制的基本原理1-1自动控制的基本原理自动控制的例子当实际水位低于要求水位时，电位器输出电压值为正，且其大小反映了实际水位与水位要求值的差值，放大器输出信号将有正的变化，电动机带动减速器使进水阀门开度增加，直到实际水位重新与水位要求值相等时为止。期望水位电位器+连杆：连杆指针在电位器中间位置，输出电压为0对应期望水位；给定输入信号浮子：测量水池的实际水位并反馈给电位器+连杆机构；测量反馈机构电位器+连杆：连杆指针在电位器中间位置上下移动，输出偏差电压，偏差电压值与实际水位和期望水位的偏差值成线性关系；比较机构电动机：调节进水阀门的开度，执行控制作用。执行机构1-1自动控制的基本原理电位器+连杆：产生给定输入信号—人脑：记住水位的期望值。浮子：测量实际水位高度—人眼：观察水池的实际水位。电位器+连杆：产生偏差电压—人脑：计算水位的偏差值。电动机：控制进水阀门开度—人手：调节进水阀门开度。1-1自动控制的基本原理人工控制和自动控制对应关系二、反馈控制系统的基本组成1-1自动控制的基本原理信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通道称前向通路，系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通道称主反馈通路。前向通路与主反馈通路共同组成主回路。只包含一个主反馈通路的系统称单回路系统；有两个或两个以上反馈通路的系统称多回路系统。1.被控对象（被控过程）——它是控制系统所控制和操纵的对象,它接受控制量并输出被控制量。2.给定元件——它是产生控制输入信号的装置（给定输入量）。3.测量反馈元件——它用来测量被控量的实际值,并经过信号处理,转换为与被控制量有一定函数关系,且与输入信号具有相同量纲的信号。反馈环节一般也称为测量变送环节。反馈控制系统通过控制装置对被控对象施加控制作用，利用被控量的反馈信息，不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制。1-1自动控制的基本原理4.比较元件——比较输入信号与反馈信号，以产生反映两者差值的偏差信号。5.放大元件——将偏差信号变换为适合控制器执行的信号。它根据控制的形式、幅值及功率来放大变换。6.校正元件——为改善系统动态和静态特性而附加的装置。如果校正装置串联在系统的前向通道中,称为串联校正装置;如果校正装置接成反馈形式,称为并联校正装置,又称局部反馈校正。7.执行元件——根据偏差信号的性质执行相应的控制作用，以便使被控制量按期望值变化。1-1自动控制的基本原理1-1自动控制的基本原理(1)输入信号:泛指对系统的输出量有直接影响的外界输入信号,既包括控制信号又包括扰动信号。其中控制信号又称给定输入量、控制量、参考输入或给定值。(2)输出信号:是指反馈控制系统中被控制的物理量,它与输入信号之间有一定的函数关系。(3)反馈信号:将系统(或环节)的输出信号经变换、处理送到系统(或环节)的输入端的信号,称为反馈信号。若此信