机电系统控制方式的探讨

机电系统控制方式的探讨
一、机电控制系统的相关含义
机械装置运动到某一特定位置接通电源开关，完成另一个工作，就是最简单的机电控制系统。

如果再加上智能判别，就可以完成较复杂的工作。

机电控制系统应具有动态性、稳态性、抗干扰性、自适应性、最优性以及可靠性与易维护性等。

将被控对象的控制量控制在目标值范围内是机电控制系统的基本任务。

实施控制的过程中，传感装置来完成系统的观察和观测任务，系统的控制部分来完成比较分析的任务，各类执行由系统的装置来完成。

给定值和干扰量以及被控量是机电控制系统参与控制信号的3条通道，它们是控制系统运转的主要依据，不同的信号来源，可以将自动控制分为几种控制方式。

二、按开环控制的方式
（一）由给定值操纵的开环控制
按给定值操纵是开环控制的重要方式之一，测量给定值是其基本内容和任务，其控制的对象是被控量，直接产生控制作用的是系统的输入量，输入量确定后，与之相对应的就有一个输出量，所用的元件及校准的精度决定了控制精度。

给定值的开环控制方式，其特点就是控制起来比较简单，这种方式没有纠偏能力，难以保证控制精度、缺乏足够好的抗扰动性。

原因在于工作过程中特性参数发生变化或是系统受到外部干扰都会直接影响到被控量，使被控量与给定值之间产生差异，此时系统无法根据具体情况自动修正偏差。

但因为结构相对简单、调整起来很方便、成本又很低廉，如果对精度要求不高，扰动影响又不明显的情况下，这种方式仍然具有较好的实用性。

特别是在系统结构参数比较稳定和外部干扰较小的情况下，适宜采用这种控制方式。

实际工作中经济型数控机床上有一种非常常见的步进电动机，这种电机采用的开环伺服系统就是给定值的开环式控制。

这一系统的工作原理是：步进电动机作为这一系统的伺服系统驱动元件实质是实现数字脉冲到角度位移的变换，它的位置检测由驱动装置本身实现，而非位置检测元件实现的。

给定的外部指令脉冲在进入步进电动机后，步进电动机转轴转过的角度与指令脉冲的个数之间成正比关系，送入脉冲的频率直接决定了运动角速度。

显而易见，指令脉冲由外部输入后也就是即外部输入的定值，这一定
值直接决定了步进电动机的转动角度和速度，所以它符合给定值操纵的开环控制系统的相关特点，它的控制精度并不高。

（二）按干扰补偿的开环控制
这种控制系统就是利用可测量的扰动量，就会产生一种补偿机制和作用，用以减小、抵消扰动对输出量的影响，其控制对象是被控量，破坏系统正常运行的干扰量是其需要测量的量，这种控制方式又被成为顺馈控制，也被称为前馈控制，即干扰量经过测量和计算等处理至被控对象，单向传递的信号是控制装置与被控对象之间的结构联系。

测量干扰是这种控制方式的本质，所以对可测干扰进行补偿是唯一的方式，不可测干扰或是系统内部参数的变化，这部分因素对于被控量所造成的影响，系统自身就无法实现有效控制，所以，控制精度客观上存在原理上的限制。

一般的直流电机就是较好的例子吗，在其转速控制系统中，转速通常会随着负载的增加而有所下降。

并且其转速的下降，会与电枢电流变化之间有一定的关系。

如果负载引起的电流变化能通过适当的方法测量出来，并按其大小同时衍生一个具有附加的控制作用，用它来补偿由此所引发的转速下降，通过这种方式就完全可以构成按干扰补偿控制的开环控制系统。

这种按干扰补偿控制的开环控制方式其实质是直接从扰动取得信息，并以此来改变被控量，其抗扰动性好，控制精度也较高，但它只适用于扰动可测量的场合。

三、按偏差调节的闭环控制方式
按偏差调节的闭环控制方式，是应用最为广泛的一种
控制系统。

在反馈控制系统中，需要控制的是被控量，而测量的是被控量对给定值的偏差。

系统根据偏差进行控制，只要被控量偏离给定值，系统就会自行纠偏，不断修正被控量的偏差，故称这种控制方式为按偏差调节的闭环控制。

从而实现对被控对象进行控制的，这就是反馈控制的原理。

这种控制方式的特点是由于被控量要返回来与给定值进行比较，所以控制信号必须沿前向通道和反馈通道往复循环地进行闭路传送，形成闭合回路，称之为闭环控制或反馈控制。

反馈回来的信号与给定值相减，即根据偏差进行控制，称为负反馈，反之称为正反馈。

反馈控制就是采用负反馈并利用偏差进行控制的过程，其特点是不论什么原因使被控量偏离期望值而出现偏差时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除这个偏差，逐渐使被控量与期望值趋于一致。

负反馈闭合回路是按偏差调节的自动控制系统在结构联系和信号传递上的重要标志。

这种控制方式的控制精度较高，因为无论是干扰的作用，还是系统结
构参数的变化，只要被控量偏离给定值，系统就会自行纠偏。

按反馈控制方式组成的反馈控制系统，具有抑制任何内、外扰动对被控量产生影响的能力，具有较高的控制精度。

但这种系统使用的元器件多，线路复杂，特别是系统的性能分析和设计较麻烦，如果参数匹配不好，会造成被控量有较大的摆动，系统甚至无法正常工作。

尽管如此，闭环控制仍是机电控制系统中一种重要的基本控制方式，在工程中获得了广泛的应用[3]。

四、復合控制方式
复合控制是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式，它是在闭环控制回路的基础上，附加一个输入信号或扰
动作用的顺馈通路，来提高系统的控制精度。

反馈控制在外部扰动影响出现之后才能进行修正工作，在外部扰动影响出现之前则不能进行修正工作。

按扰动控制方式进行控制在技术上较按偏差控制方式简单，但它只适用于扰动可测量的场合，而且一个补偿装置只能补偿一个扰动因素，对其余扰动均不起补偿作用。

因此，比较合理的一种控制方式是把按偏差控制与按扰动控制结合起来，对于主要扰动采用适当
的补偿装置实现按扰动控制，同时，再组成反馈控制系统实现按偏差控制，以消除其余扰动产生的偏差。

这种按偏差控制和按扰动控制相结合的控制方式称为复合控制方式。

这样，系统的主要扰动已被补偿，反馈控制系统就比较容易设计，控制效果也会更好。

复合控制中的顺馈通路相当于开环控制，因此，对补偿装置的参数稳定性要求较高。

总结：当前随着信息技术的快速变革和越来越广泛的应用，机电控制方式逐渐向数字化、微型化、个性化和专用化方向发展。

机电控制系统向着网络化、集成化、综合化和智能化方向发展。

参考文献：
[1] 王田苗等：机电控制系统基础理论及应用[M].北京：清华大学出版社，2003，6.
[2] 许文彬，浅谈电力系统继电保护维护措施[J].中国科技信息，2012（2）.
[3] 李运华：机电控制[M]，北京：北京航空航天大学出版社，2003，8.
[4]贺力，浅析电力系统继电保护的运行与维护[J].城市建设理论研究，2011（25）.。