模块一认识自动控制系统.ppt
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1、模块一 认识自动控制系统,任务名称 : 自动控制系统的认识 自动控制技术的基本知识,教学目标,知识目标:熟练掌握开、闭环控制的特点 掌握自控系统的分类 了解自控系统性能指标和研究方法 能力目标:能掌握开、闭环控制的特点 能了解自控系统的分类、性能指标和 研究方法 素质目标: 培养自学能力 培养文献检索、资料查找与阅读能力,教学内容,开、闭环控制的特点 初识自动控制系统 自控系统的分类 自控系统性能指标 自控系统的研究方法,课题一 初识自动控制系统,开环控制和闭环控制,1. 开环控制系统(OpenLoop Control System) 若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响, 则这样
2、的系统称为开环控制系统。,图 1 - 1 数控加工机床示意图,图 1 - 2 为数控加工机床开环控制框图。 此系统的输入量为加工程序指令, 输出量为机床工作台的位移, 系统的控制对象为工作台, 执行机构为步进电动机和传动机构。 由图可见, 系统无反馈环节, 输出量并不返回来影响控制部分, 因此是开环控制。 ,图 1 - 2 数控加工机床开环控制框图,2. 闭环控制系统(ClosedLoop Control System) 若系统输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分, 形成闭合环路, 则这样的系统称为闭环控制系统, 又称为反馈控制系统(Feedback Control System)。 图 1
3、 - 3 为电炉箱恒温自动控制系统。,图 1 - 3 电炉箱恒温自动控制系统,图 1 - 4 电炉箱自动控制系统的组成框图,图 1 5 炉温自动调节过程,自动控制系统的组成,现以图 1 - 3和图 1 - 4 所示的恒温控制系统来说明自动控制系统的组成和有关术语。 ,图 1 - 6 自动控制系统的组成框图,由图 1 - 6 可以看出, 一般自动控制系统包括: (1) 给定元件(Command Element): 由它调节给定信号(UsT), 以调节输出量的大小。 (2) 检测元件(Detecting Element): 由它检测输出量(如炉温T)的大小, 并反馈到输入端。 (3) 比较环节(C
4、omparing Element): 在此处, 反馈信号与给定信号进行叠加, 信号的极性以“+”或“-”表示。 (4) 放大元件(Amplifying Element): 由于偏差信号一般很小, 因此要经过电压放大及功率放大, 以驱动执行元件。,(5) 执行元件(Executive Element): 驱动被控制对象的环节。 (6) 控制对象(Controlled Plant): 亦称被调对象。 (7) 反馈环节(Feedback Element): 由它将输出量引出, 再回送到控制部分。,由图 1 - 6 可见, 系统中的各种作用量和被控制量包括 (1) 输入量(Input Variable
5、): 又称控制量或调节量(Reference Input Variable), 所以输入量的角标常用i(或 r)表示。它通常由给定信号电压构成,或通过检测元件将非电输入量转换成信号电压。 (2) 输出量(Output Variable): 又称被控制量(Controlled Variable), 所以输出量角标常用o(或 c)表示。它是被控制对象的输出,是自动控制的目标。,(3) 反馈量(Feedback Variable): 通过检测元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数量级相同、数值相近的信号电压。 (4) 扰动量(Disturbance Variable): 又称干扰或“噪声”(Noi
6、se), 所以扰动量的角标常以d(或n)表示。 它通常指引起输出量发生变化的各种因素。 (5) 中间变量(Semifinisbed Variable): 系统中各环节之间的作用量。,课题二 自动控制系统的分类,自动控制系统可以从不同的角度来进行分类, 常见的有以下几种。 1. 按输入量变化的规律分类 自动控制系统按输入量变化的规律可分为以下三类。 1) 恒值控制系统(Fixed Set-Point Control System) 恒值控制系统的特点是: 系统的输入量是恒量, 并且要求系统的输出量相应地保持恒定。,2) 随动系统(Follow-Up Control System) 随动控制系统又
7、称伺服系统(Serve-System), 其特点是: 输入量是随机变化着的, 并且要求系统的输出量,能跟随输入量的变化而作出相应的变化。 3) 过程控制系统(Programme Control System) 过程控制系统的特点是: 输入量按照一定的时间函数变化, 并且要求输出量随之变化。 例如数控伺服系统以及一些自动化生产线等。,2. 按系统传输信号对时间的关系分类 自动控制系统按系统传输信号对时间的关系可分为两类。 1) 连续控制系统(Continuous Control System) 连续控制系统的特点是:控制作用的信号都是连续量或模拟量, 因此它又称为模拟控制系统(Analogue
8、Control System)。 图 1 - 3 所示的恒温控制系统就是连续控制系统。 连续控制系统的运动规律通常可用微分方程来描述。,2) 离散控制系统(Discrete Control System) 离散控制系统又称采样数据控制系统(Sampted-Date Control System)。 它的特点是: 系统中有的信号是断续量, 或采样数据量、 数字量。,3. 按系统的输出量和输入量间的关系分类 自动控制系统按系统的输出量和输入量间的关系可分为两类。 1) 线性控制系统(Liner Control System) 线性控制系统的特点是: 系统由线性元件构成, 它的各个环节或系统都可以用
9、关系用线性微分方程来描述。,2) 非线性控制系统(Non Liner Control System) 非线性控制系统的特点是: 系统中存在有非线性元件, 如具有死区、 出现饱和、 含有摩擦等非线性特性的元件, 它的输出量与输入量间的关系要用非线性微分方程来描述。,4. 按系统中的参数对时间的变化情况分类 自动控制系统按系统中的参数对时间的变化情况可分为两类。 1) 定常系统(Time-Invariant System) 定常系统(又称时不变系统), 其特点是: 系统的全部参数不随时间变化, 它的输出量与输入量间的关系用定常微分方程来描述。,2) 时变系统(Time-Varying System
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