反馈系统的基本概念

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§1-3
自动控制的性能要求
2．自动控制系统的过渡过程 自动控制系统在动态过程中被控量随时间而变化的过程， 或者说是从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。Fig.1-8◎ 根据过渡过程的特点，控制系统可分为： （1）发散过程 （2）等幅振荡过程 Fig.1-14◎ （3）衰减过程 （4）非周期过程 其中， （1）、（2）称为不稳定过程；（3）、（4）称为 稳定过程。
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§1-3
自动控制的性能要求
4．自动控制系统过渡过程的性能要求
方法：给系统施加阶跃输入，得到系统过渡过程曲线，分析系 统过渡过程的各项性能指标。
采用阶跃输入的原因： （1）信号的阶跃变化在实际中比较常见（近似的阶跃变化）； （2）阶跃信号的数学处理比较简单； （3）阶跃输入对系统的工作最为不利。 评定系统过渡过程性能指标的三个方面： （1）稳定性；（2）准确性；（3）快速性。
Fig.1-5b◎
fig.1-5a 柴油机气缸冷却水温度手动控制过程
自动控制过程
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2. 反馈控制系统的结构框图
Fig.1-6◎
特点：
（1）信号传递的单向性； （2）闭合回路（闭环系统）； （3）负反馈：反馈通道的信号与前向通道的信号相减。反 之， 则为正反馈。 （4）控制单元根据偏差进行控制，因此又称偏差驱动。 若控制单元、测量单元和执行单元合为一体，则称为 基地式控制仪表；若三者分开，则称为组合式控制仪 表。
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§1-1
3．复合控制 开环控制——粗调 闭环控制——细调
自动控制的基本方式
Fig.1-3◎
在一个控制系统中同时采用开环控制和闭环控制。
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§1-2
反馈控制系统的概念
1. 反馈控制系统的组成◎
2. 反馈控制系统的结构方框图◎
3. 反馈控制系统的分类◎
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1. 反馈控制系统的组成
Fig.1-5a◎
§1-1
1. 开环控制系统
自动控制的基本方式
控制系统的输出对系统的控制作用没有影响。 (1)按给定值进行控制 Fig.1-1a◎
(2)按扰动补偿进行控制 Fig.1-1b◎ 2．闭环控制系统 Fig.1-2◎
控制系统的输出对系统的控制作用有影响，即控制器的输 出作用于控制对象，控制对象的输出（系统的输出）将送 回到控制器，控制器根据偏差进行控制。因此，又称为反 馈控制。
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3. 反馈控制系统的分类
1. 按给定值的形式： （1）定值控制；（2）程序控制；（3）随动控制。
2. 按动作方式：
（1）连续控制；（2）断续控制（双位控制或多位控制） 3. 按控制精度： （1）有差调节；（2）无差调节 4. 按变量数： （1）单变量控制；（2）多变量控制 5. 按系统性质： （1）线性控制系统；（2）非线性控制系统 6. 按应用理论： （1）基于经典理论的控制；
（2）基于现代控制理论的控制（最优控制、自适应控制）；
（3）智能控制（模糊、神经、专家、自学习控制）
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§1-3
自动控制的性能要求
1．自动控制系统的稳态和动态 稳态——被控量不随时间而变化的平衡状态（也称静态） 动态——被控量随时间而变化的不平衡状态（也称瞬态）
扰动变化 控制作用 动态过程 新稳态（平衡） 稳态（平衡） 平衡破坏 克服扰动影响
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§1-3
自动控制的性能要求
3．自动控制系统的典型输入信号 为便于系统分析，定义几种常见的系统输入信号： （1）阶跃输入： （2）速度输入 ： Fig.1-9◎ Fig.1-10◎
（3）加速度输入： （4）脉冲输入：
Hale Waihona Puke Baidu
Fig.1-11◎ Fig.1-12◎
（5）正弦输入： Fig.1-13◎ 其中，阶跃输入对系统的工作最为不利。
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§1-3
自动控制的性能要求
4．自动控制系统过渡过程的性能要求
（2）准确性：被控量偏离给定值的程度
评定指标： （a）定值控制系统：最大动态偏差emax；静态偏差Δys fig.1-15 ◎ （b）随动控制系统：最大动态偏差emax；超调量δ；静态偏
差Δys 。 fig.1-16 ◎
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§1-3
（3）快速性：
自动控制的性能要求
4．自动控制系统过渡过程的性能要求
评定指标：过渡过程时间 ts——从扰动发生到被控量又重新 趋于稳定达到新的平衡态所需的时间 此外还有振荡频率、振荡次数等 fig.1-15 ◎ fig.1-16 ◎
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§1-3
自动控制的性能要求
4．自动控制系统过渡过程的性能要求
V2
Q2
电动机
F
控制器
H
V1 Q1
图1-1 液位开环控制系统示意图
V2
+E
Q2
浮子
电动机
控制器
F
H
V1 Q1
+E
图1-2 液位控制闭环系统示意图
V2
+E
Q2
浮子
电动机
控制器
F
控制器 控制器
H
V1 Q1
+E
图1-3 液位复合控制系统示意图
手动控制过程
眼 脑
主 机
淡水泵 三通阀
手
海水入口
冷却器
海水出口
3）过渡过程的性能指标的要求： （1）定值控制： （a）动态偏差和静态偏差要小； （b）衰减率最好在0.75~0.9之间； （c）过渡过程时间要短 （2）随动控制： （a）超调量要小； （b）过渡过程时间要短； （c）振荡次数要少
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V2
Q2
电动机
控制器
F
H
V1 Q1
+E
图1-1 液位开环控制系统示意图
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§1-3
1）过渡过程评定指标
自动控制的性能要求
4．自动控制系统过渡过程的性能要求
（1）稳定性：系统受到扰动之后能够恢复到稳定状态的能力。实 际控制系统，至少要求是率减过程或非周期过程，以率减为佳。 评定指标：衰减率 ，衰减比N （a）定值控制系统：给定值不变，外部扰动发生阶跃变化； fig.1-15◎ （b）随动控制系统：假定外部扰动不变，给定值阶跃变化。 fig.1-16 ◎
1. 控制对象：被控制的设备或过程（冷却器）。系统的输出 就是指被控对象的输出（或称被控量）。
2. 控制器（或称调节器）：根据偏差按一定规律输出控制量， 送至执行机构。它有两个输入，即设定值输入和测量值输 入。偏差=设定值－测量值 3. 执行器（执行机构）：接受控制器送来的控制信号，驱动 调节机构，作用于被控对象。 4. 测量变送器（测量单元）：将被控对象的物理输出量，即 被控量转换为标准信号输出（也称测量输出），送到调节 器，作为反馈信号。