自動控制系統(tǒng)

　　一、自動控制系統(tǒng)基本概念

　　(一)自動控制系統(tǒng)的組成典型反饋控制系統(tǒng)的原理框圖如圖8.5.1所示。

　　(1)被控對象。

　　(2)控制器。

　　(3)放大變換環(huán)節(jié)。

　　(4)校正裝置。

　　(5)反饋環(huán)節(jié)。

　　(6)給定環(huán)節(jié)。

　　(二)自動控制系統(tǒng)的常用術(shù)語

　　二、開、閉環(huán)及復(fù)合控制系統(tǒng)

　　控制系統(tǒng)按其結(jié)構(gòu)可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和復(fù)合控制系統(tǒng)。

　　(一)開環(huán)控制系統(tǒng)

　　開環(huán)控制是指控制裝置與被控對象之間只有順向作用，而沒有反向聯(lián)系的控制過程，即需要控制的是被控對象的某一量(被控量)，而測量的只是給定信號，被控量對于控制作用沒有任何影響的系統(tǒng)。

　　開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，但不能自動補償擾動對輸出量的影響。當系統(tǒng)擾動量產(chǎn)生的偏差可以預(yù)先進行補償或影響不大時，采用開環(huán)系統(tǒng)控制是有利的。當擾動量無法預(yù)計或控制系統(tǒng)的精度達不到預(yù)期要求時，則采用閉環(huán)控制。

　　(二)閉環(huán)控制系統(tǒng)

　　閉環(huán)控制是有被控量反饋的控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)中信號流向看，系統(tǒng)的輸出信號沿反饋通道又回到系統(tǒng)的輸入端，構(gòu)成閉合通道，故稱閉環(huán)控制系統(tǒng)或反饋控制系統(tǒng)。

　　閉環(huán)控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點是利用偏差來糾正偏差，使系統(tǒng)達到較高的控制精度。但與開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造比較復(fù)雜，如果設(shè)計不當將會使系統(tǒng)無法正常和穩(wěn)定地工作。

　　(三)復(fù)合控制系統(tǒng)

　　三、自動控制系統(tǒng)的性能指標

　　考慮動態(tài)過程在不同階段中的特點，工程上通常從穩(wěn)、準、好三個方面來衡量自動控制系統(tǒng)。

　　1.穩(wěn)定性(穩(wěn))

　　穩(wěn)定工作是對所有自動控制系統(tǒng)的基本要求，是一個系統(tǒng)能否工作的前提。不穩(wěn)定的系統(tǒng)根本無法完成控制任務(wù)。考慮到實際系統(tǒng)工作環(huán)境或參數(shù)的變動，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此除要求系統(tǒng)穩(wěn)定外，還要求其具有一定的穩(wěn)定裕量。

　　2.穩(wěn)態(tài)精度(準)

　　穩(wěn)態(tài)精度是指系統(tǒng)過渡到新的平衡狀態(tài)以后，或系統(tǒng)對抗干擾重新恢復(fù)平衡后，最終保持的精度。穩(wěn)態(tài)精度與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及輸入信號形式有關(guān)。

　　3.動態(tài)過程(好)

　　動態(tài)過程是指控制系統(tǒng)的被控量在輸入信號作用下隨時間變化的全過程。衡量動態(tài)工程的品質(zhì)好壞常采用單位階躍信號作用下過渡過程中的超調(diào)量、過渡過程時間等性能指標。

　　對不同的被控對象，系統(tǒng)對穩(wěn)、準、好的要求有所側(cè)重。

　　四、自動控制系統(tǒng)的類型

　　自動控制系統(tǒng)的種類很多，其結(jié)構(gòu)性能和完成的任務(wù)各不相同，因此有多種分類方法，下面介紹幾種常見的分類。

　　(一)按信號流向劃分

　　1.開環(huán)控制系統(tǒng)。

　　2.閉環(huán)控制系統(tǒng)。

　　(二)按系統(tǒng)輸入信號劃分

　　1.恒值調(diào)節(jié)系統(tǒng)

　　這種系統(tǒng)的特征是輸入量為一恒值，通常稱為系統(tǒng)的給定值。控制系統(tǒng)的任務(wù)是盡量排除各種干擾因素的影響，使輸出量為給定值(期望值)如工業(yè)工程中恒溫、恒壓、快速等控制系統(tǒng)。

　　2.隨動系統(tǒng)

　　該系統(tǒng)的控制輸入量是一個事先無法確定的任意變化量，要求系統(tǒng)的輸入量能迅速平穩(wěn)地復(fù)現(xiàn)或跟蹤輸人信號的變化。如雷達天線的自動跟蹤系統(tǒng)和高炮自動瞄準系統(tǒng)就是典型的隨動系統(tǒng)。

　　3.程序控制系統(tǒng)

　　系統(tǒng)的控制輸入信號不是常值，而是事先確定的運動規(guī)律，編成程序裝在輸入裝置中，即控制輸入信號的是事先確定的程序信號，控制的目的是被控對象的控制量按照要求的程序動作。如數(shù)控機床就屬此類系統(tǒng)。

　　(三)按數(shù)學(xué)特性劃分

　　(四)按信號連續(xù)性劃分

　　五、計算機控制系統(tǒng)

　　(一)計算機控制系統(tǒng)的一般概念

　　(二)計算機控制系統(tǒng)的組成

　　計算機控制系統(tǒng)的組成它由廣義對象(被控對象+傳感變送器+執(zhí)行器)和計算機系統(tǒng)兩部分組成，而計算機系統(tǒng)又包括硬件和軟件兩部分。

　　1.計算機硬件系統(tǒng)

　　計算機硬件系統(tǒng)主要包括主機、過程輸入輸出通道和人機聯(lián)系裝置三部分。

　　(1)主機。主要包括處理器(CPU)和內(nèi)存(RAM和ROM)兩部分。

　　(2)過程輸入輸出通道。過程通道又分為模擬過程通道和開關(guān)過程通道。

　　模擬過程通道主要用來傳輸模擬信號。對象的各種連續(xù)變化的物理量經(jīng)傳感器變送器轉(zhuǎn)換成連續(xù)的電信號，通過模擬輸入通道輸入給計算機。而計算機的控制信號需經(jīng)模擬輸出通道傳給執(zhí)行器，以實現(xiàn)對被控對象的控制。

　　開關(guān)過程通道主要用來傳送計算機與對象之間的開關(guān)信號和數(shù)字量。開關(guān)過程通道也分為開關(guān)量輸入通道和開關(guān)量輸出通道兩種。

　　(3)人機聯(lián)系裝置。主要包括鍵盤、顯示器、打印機、繪圖儀、操作臺、硬盤、光盤等輸入及輸出設(shè)備。

　　2.計算機軟件系統(tǒng)

　　軟件系統(tǒng)是計算機程序的總和。主要分為以下兩種：

　　(1)系統(tǒng)軟件。

　　(2)應(yīng)用軟件。

　　(三)計算機控制系統(tǒng)的類型

　　通常根據(jù)計算機參與控制方式、特點以及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，可以將計算機控制系統(tǒng)分為以下四種類型。

　　1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　2.直接數(shù)字控制系統(tǒng)

　　3.監(jiān)督控制系統(tǒng)

　　4.集散控制系統(tǒng)

　　集散控制系統(tǒng)(DCS)是根據(jù)分散控制、集中操作、分級管理的原則設(shè)計的多級控制系統(tǒng)，一般自下而上可分為三級。

　　DCS以其可靠性、靈活性、人機界面友好性和通信的方便性等特點日益被廣泛應(yīng)用。

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