第五节 自动控制系统

　　一、自动控制系统基本概念

　　(一)自动控制系统的组成

　　1.被控对象：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量。

　　2.控制器：接收变换和放大后的偏差信号，转换为被控对象进行操作的控制信号。

　　3.放大变换环节：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。

　　4.校正装置：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。

　　5.反馈环节：用来测量被控量的实际值，并经过信号处理，转换为与被控量有一定函数关系，且与输入信号同一物理量的信号。反馈环节一般也称为测量变送环节。

　　6.给定环节：产生输入控制信号的装置。

　　(二)自动控制系统的常用术语

　　二、开、闭环及复合控制系统

　　控制系统按其结构可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统。

　　(一)开环控制系统

　　--开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程，即需要控制的是被控对象的某一量(被控量)，而测量的只是给定信号，被控量对于控制作用没有任何影响的系统。结构图如图8.5.2所示。

　　开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产生的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开环系统控制是有利的。

　　--当扰动量无法预计或控制系统的精度达不到预期要求时，则采用闭环控制。

　　(二)闭环控制系统

　　--闭环控制是有被控量反馈的控制系统，其结构框图如图8.5.3所示。

　　从系统中信号流向看，系统的输出信号沿反馈通道又回到系统的输入端，构成闭合通道，故称闭环控制系统或反馈控制系统。

　　闭环控制方式，无论是由于干扰造成，还是由于结构参数的变化引起被控量出现偏差，系统就利用偏差去纠正偏差，故这种控制方式为按偏差调节。

　　闭环控制系统的突出优点是利用偏差来纠正偏差，使系统达到较高的控制精度。

　　(三)复合控制系统

　　当生产机构对自动控制系统提出很高的要求时，单独采用开环控制或者闭环控制实现都是有困难的。

　　--可以设计一种开环控制和闭环控制相结合的复合控制系统，如图8.5.4所示。图中圆圈代表比较器;负号代表负反馈。在这种系统中，带有负反馈的闭环起主要的调节作用。开环控制部分，可以按输入量进行控制或按扰动量进行控制(当扰动量可测量时)。

　　三、自动控制系统的性能指标

　　(一)自动控制系统的评价指标

　　1.稳定性(稳)

　　2.稳态精度(准)

　　3.动态过程(好)

　　四、自动控制系统的类型

　　自动控制系统的种类很多，其结构性能和完成的任务各不相同，因此有多种分类方法，下面介绍几种常见的分类。

　　(一)按信号流向划分

　　1.开环控制系统

　　2.闭环控制系统

　　(二)按系统输入信号划分

　　1.恒值调节系统

　　这种系统的特征是输入量为一恒值，通常称为系统的给定值。

　　--控制系统的任务是尽量排除各种干扰因素的影响，使输出量为给定值(期望值上。如工业工程中恒温、恒压、快速等控制系统。

　　2.随动系统

　　该系统的控制输入量是一个事先无法确定的任意变化量，

　　--要求系统的输入量能迅速平稳地复现或跟踪输入信号的变化。

　　如雷达天线的自动跟踪系统和高炮自动瞄准系统就是典型的随动系统。

　　3.程序控制系统

　　系统的控制输入信号不是常值，而是事先确定的运动规律，编成程序装在输入装置中，即控制输入信号的是事先确定的程序信号，控制的目的是被控对象的控制量按照要求的程序动作。如数控机床就属此类系统。

　　(三)按数学特性划分

　　1.线性系统

　　2.非线性系统

　　(四)按信号连续性划分

　　1.连续系统

　　2.离散系统

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