线性自动控制系统

开环控制：指控制器与控制对象之间只有顺向作用 而没有反向联系的控制过程。特点是系统的输出量不会对 系统的控制作用发生影响。开环控制系统可以按给定量控 制方式组成，也可以按扰动控制方式组成。
按给定量控制的开环系统，控制作用直接由系统的输入 量产生，控制精度完全取决于所用的元件及校准的精度。没 有自动修正偏差的能力，抗扰动性较差。
反馈控制系统的基本组成
原理用方块图表示。负反馈“-”；“＋”号即正反 馈。信号从输入端沿箭头方向到达输出端的传输通路称前 向通路；系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路 称主反馈通路。前向通路与主反馈通路共同构成主回路。 此外，还有局部反馈通路以及由它构成的内回路。只包含 一个主反馈通路的系统称单回路系统；有两个或两个以上 反馈通路的系统称多回路系统。
飞机——自动驾驶仪系统原理
飞机——自动驾驶仪系统方块图
高压油 燃料
A
B 导阀
动力油缸
发动机
负载
控制阀门
发动机转速控制系统
四.控制系统的基本控制方式
反馈控制（闭环控制）是自控系统最基本的控制方 式，应用最广。除此之外，还有开环控制方式和复合控 制方式。
反馈(闭环)控制：指控制器与控制对象之间既有顺 向作用又有反向联系的控制过程。反馈控制方式是按偏 差进行控制的，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，使被控量与期望值趋于一致。
方块图的另一种绘制方法
例1-2 带钢连扎机架轧辊转速控制系统
连轧机在轧钢过程中，通过各机架 的带钢必须保持秒流量相等，否则将出 现拉钢或叠钢，影响产品质量或造成故 障。这就要求各机架轧辊的转速保持一 定比例，而对某机架轧辊来说，即要求 其转速恒定。
轧 辊 与 机 架
晶闸管的结构与工作原理
常用晶闸管的结构
② 比较元件：将测量值和给定值进行比较，得到偏差。 ③ 放大元件：放大偏差信号。
根据偏差大小产生控制信号。通常包括放大器 和校正装置，控制信号和偏差信号具有一定关 系(称为调节规律)。 ④ 执行元件：由控制信号产生控制作用，从而使被控 制量达到要求值。阀、电动机、液压马达等。 ⑤ 给定元件：给出期望的被控量相对应的系统输入量。 ⑥ 校正元件：也叫补偿元件，改善系统的性能。
[自动控制理论]
研究自动控制共同规律的技术科学。
[自动控制系统] 由被控对象和自动控制装置按照一定的方式
连接起来，组成一个有机的整体，称为自动控制 系统。
飞机导航 卫星导航
导弹制导 无人驾驶wenku.baidu.com机
二、控制系统示例
例1-1 水箱水位控制系统
要求: 在运行中容器的液面高度保持不变。试简述其工 作原理，并画出系统原理方块图。
加控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不 断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对 被控对象进行控制的任务，即反馈控制原理。
反馈:取出输出量送回到输入端，并与输入信号 相比较产生偏差信号的过程。
反馈控制本质是按偏差进行控制的过程。
例1-3 二级倒立摆
31
二 级 倒 立 摆 模 型
例1-4 电阻炉微型计算机温度控制系统
按扰动控制的开环系统，是利用可测量的扰动量，产生 一种补偿作用，以减小或抵消扰动对输出量的影响，这种控 制方式也称顺馈控制。
复合控制：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，即复合控制。
例1-5 磁盘驱动读取系统
原理图简化
系统原理方块图
方块图的绘制：（本章重点）
元部件用方框表示，物理量标在信号线上，被控量在 最右端，输入量在最左端。
注意：方块图绘制不唯一。
水箱水位控制主要部件
被控对象：水箱 被控量：水箱水位 控制装置：杠杆 检测元件：浮球
从方块图可以看出系统大致工作原理，又能 反映各元件之间的相互逻辑关系，为结构图引入 奠定了基础。
u (i )
u
dd
d
i
d
b)
0a
pa
wt
u
VT
1,4
c)
0
wt
i
2
d)
0
wt
单相全控桥式带电阻负载电路及波形
例1-2 带钢连扎机架轧辊转速控制系统
① 受控对象：轧辊 ② 被控量：轧辊的转速n ③ 检测元件：测速发电机 ④ 变换和放大部件：整流装置 ⑤ 执行机构：电动机
系统原理方块图
工作原理：设负载扰动变化时(如变大)，则
加到反馈控制系统上的外作用有两种 类型，一种是有用输入，一种是扰动。有用 输入决定系统被控量的变化规律；而扰动是 系统不希望有的外作用，它破坏有用输入对 系统的控制。在实际系统中，扰动总是不可 避免的。如电源电压的波动，环境温度、压 力以及负载的变化等。
[反馈控制原理] 在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施
磁盘驱动器读取装置的目标是将磁头准确 定位，以正确读取磁盘上磁道的信息。因此， 需要精确控制的变量是安装在滑动簧片上的磁 头的位置。
一般控制系统都可用方块图表示：
比较元件
指令 参考输 给定量 输入 入元件
放大元件
-
调节元件
测量元件
执行元件
扰 动
控制对象
被控量
• 反馈：取出输出量送回输入端，并与输入信号产生 偏差信号的过程。
• 正反馈、负反馈 • 开环控制、闭环控制
三.反馈控制系统的基本组成
① 测量元件：测量被控量的实际值或对被控量进行物 理转换。
本章主要内容
一、自动控制的基本原理与方式 二、自动控制系统示例 三、自动控制系统的分类 四、对自动控制系统的基本要求
第一节 自动控制的基本原理与方式
一、基本概念
[自动控制]
指在无人直接参与的情况下，利用外加的设 备或装置(称自动控制装置或控制器)，使机器、 设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态 或参数(称被控制量)自动地按照预定的规律运行。
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸1管7 外形及结构
晶闸管的结构与工作原理
G K
K
A
A
G
A
G
P1 N1 P2 N2
J1 J2 J3
K
K G
A
a)
b)
c)
晶闸管外形、结构和电气图形符号
a)外形
b)结构
c)电气图形符号
晶闸管的结构与工作原理
按晶体管的工作原理
晶闸管的双晶体管模型及其工作原理 a) 双晶体管模型 b) 工作原理