《材料成型设备控制基础》第二章 微计算机控制系统设计基础
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1) 附加给定输入补偿
2) 附加扰动输入补偿
2.1.3 系统类型
1.1 1.2 1.4
分类
按给定值操纵的开环控制
按控制方式分
按干扰补偿的开环控制 按偏差调节的闭环控制
复合控制百度文库闭环反馈为主，开环补偿为辅
恒值系统
按给定值变化规律分 随动系统
程序控制系统
按被控对象分
运动控制系统 过程控制系统
温度控制系统
(3) 作用在反馈环内前向通道上的扰动所引起的被控量的偏差值，都 会得到减小或消除，使得系统的被控量基本不受该扰动的影响。
(4) 闭环控制系统存在稳定性问题。
闭环控制系统的特点是“检测偏差用以减小偏差”。
复合控制
复合控制实质上是在闭环控制回路的基础上，附加一个输入信号(给 定或扰动)的顺馈通路，对信号实行加强或补偿，以达到精确的控制 效果。
转速反 馈装置
(b) 方块图
扰动 (ML)
电动
n
机
输入信号 (-)
控制装置
被控量 受控对象
2.1.2 开环控制和闭环控制
代表被控量的检测值不反馈进入控制器时，称为开环控制。
转速开环控制系统 转速开环控制系统框图
开环控制和闭环控制
如果被控量的检测值反馈进入控制器，进而对控制作用产生影响，这 就构成了闭环控制，相应的控制系统称为闭环控制系统。
b
(-)
c
b
(b)
引出点 c (c)
闭环控制
+
给定电位计
-
ug uf
Δu
放大器
ua
M
电动机
煤气
放大器
热电偶
工件
阀门
热处理炉
混 合 器
动画：开闭环控制比较
空气
Ti 给定 ug
装置
Δu 放大器
(-)
电动机、传动 Q 热处理炉
To
装置和阀门
uf
放大器
热电偶
+ RP1 ug R0 R0
-ut
R1
- + uc
扰动
给定 r(t)
e(t)
装置
参考 输入信号
(-)偏 信差 号
校正 装置
放大 元件
调节器(或控制器)
u(t)
控制量
执行 机构
受控 对象
受控系统
反馈信号
反馈装置 (测量元件)
c(t)
被控量
•方框图中的几种表示法：
输入量 环节名称 输出量 (或特性)
(a)
r (+) e=r-b 或 r
e=r-b c
(-)
•开环控制系统的方框图
扰动
输入量 控制装置
输出量 受控对象
温度计
调压器
扰动量
加热电阻丝
u
输入量 调压器
(手柄位置)
加热 电阻丝
电炉 输出量 恒温箱 (温度)
控制装置
受控对象
~220V
(a) 原理图
(b) 方块图
•开环控制
扰动量
+
GT V
-
ug
udo
M
给定信号 (电压)
触发 器
晶闸管可 控整流器
控制装置
自动控制系统原理图
检测装置时刻对被控量进行检测，并将检测值反馈 给控制器，通常是把非电物理量以电信号形式呈现。 控制器将给定值与检测值进行比较得到偏差值，进 而调节控制输出量，使被控量按所希望的规律运行。
2.1.1 实例1:水温控制
水温人工控制系统
水温自动控制系统
水温自动控制系统框图
2.1.1 实例2:汽车ABS
2) 随动控制系统
随动控制系统的主要特点是给定信号的变化规律是事先不能确定的。 对于控制系统的主要要求是使输出快速地跟随给定值的变化而变化， 故称为随动控制系统，又可称为伺服控制系统。
第2章 微计算机控制系统设计基础
2.1 自动控制基础 2.2 微型计算机控制基本原理 2.3微计算机接口技术 2.4 微计算机通讯技术
2.1.1 一般概念
1.2 1.3 1.4
➢ 何谓控制 动画：水温自动控制 液位自动控制 ➢ 何谓自动控制：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被
控对象按照预定的技术要求进行工作。 ➢ 自 它动由控被制控系对统象：和是控指制能装够置对组被成控。对象的工作状手态动进控制行自动控制的系统， ➢ 自动控制理论所研究的问题
+
udo
M
-
RP2
TG
+
(a) 原理图
扰动
给定 ug
ue 放大器
触发器
晶阐管可 udo 电动机
n
装置
(-)
控制装置
控整流器
受控对象
ut
转速反
馈装置
(b) 方框图
•复合控制
+ ug 放大器
放大器
udo iR
M
负载
TG
ut
ug
放大器 ui
(-)
ut
补偿装置
(a) 原理图
放大器
扰动检 测装置
触发器
晶阐管可 控整流器
按系统功用分 压力控制系统
位置控制系统
按系统性能分
线性/非线性系统 连续/离散性系统 定常/时变性系统 确定/不确定系统
2.1.3 自动控制系统的分类
1. 按给定信号的特征划分 1) 恒值控制系统
恒值控制系统的任务是使控制系统的被控物理量维持在某一恒定值上。 对于控制系统的主要要求是当被控量受某种干扰而偏离恒定值时，通 过自动调节的作用，使它尽可能快地恢复到恒定值。
转台速度闭环控制系统
转台速度闭环控制系统框图
闭环控制:液位控制系统
液位控制系统 液位控制系统框图
闭环控制系统具有如下特点：
(1) 这类系统具有两种传输信号的通道：由给定值至被控量的通道称 为前向通道；由被控量至系统输入端的通道称为反馈通道。二者 构成了一个闭合回路。
(2) 由于系统的控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的，故这 种控制常称为按偏差控制，又称为反馈控制。而反馈控制的作用 是使偏差减小，这称为负反馈。
•被控对象 ：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控对 象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。 控制装置则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换 部件、放大部件和执行装置。 •被控量 ：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的 物理量。被控量又称输出量、输出信号 。 •给定值 ：是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物 理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。 •干扰量 ：除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干 扰。干扰又称扰动。动画： 实际控制
输出量
电动机 (转速)
受控对象
(a) 原理图
(b) 方块图
•控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系。
•前馈控制(开环)
+
ug
+u-i
udo R
放大 器
i
(a) 原理图
M 负载
ui
n
ug
给定信号
电压 放大
触发 器
电阻 R
晶阐管可 控整流器
扰动
i
电动 n
机 被控量
(b) 方块图
•闭环控制系统的方框图
汽车ABS原理示意图 1—车轮转速传感器；2—制动分泵；3—输入阀；4—液压单元；5—回油泵；
6—制动总泵；7—ECU控制器；8—储油箱；9—输出阀
2.1.1 实例2:汽车ABS
简化的汽车ABS装置 汽车ABS控制系统框图
2.1.2 控制系统基本控制方式
1.1 1.3 1.4
•开环控制 •闭环控制 •复合控制
2) 附加扰动输入补偿
2.1.3 系统类型
1.1 1.2 1.4
分类
按给定值操纵的开环控制
按控制方式分
按干扰补偿的开环控制 按偏差调节的闭环控制
复合控制百度文库闭环反馈为主，开环补偿为辅
恒值系统
按给定值变化规律分 随动系统
程序控制系统
按被控对象分
运动控制系统 过程控制系统
温度控制系统
(3) 作用在反馈环内前向通道上的扰动所引起的被控量的偏差值，都 会得到减小或消除，使得系统的被控量基本不受该扰动的影响。
(4) 闭环控制系统存在稳定性问题。
闭环控制系统的特点是“检测偏差用以减小偏差”。
复合控制
复合控制实质上是在闭环控制回路的基础上，附加一个输入信号(给 定或扰动)的顺馈通路，对信号实行加强或补偿，以达到精确的控制 效果。
转速反 馈装置
(b) 方块图
扰动 (ML)
电动
n
机
输入信号 (-)
控制装置
被控量 受控对象
2.1.2 开环控制和闭环控制
代表被控量的检测值不反馈进入控制器时，称为开环控制。
转速开环控制系统 转速开环控制系统框图
开环控制和闭环控制
如果被控量的检测值反馈进入控制器，进而对控制作用产生影响，这 就构成了闭环控制，相应的控制系统称为闭环控制系统。
b
(-)
c
b
(b)
引出点 c (c)
闭环控制
+
给定电位计
-
ug uf
Δu
放大器
ua
M
电动机
煤气
放大器
热电偶
工件
阀门
热处理炉
混 合 器
动画：开闭环控制比较
空气
Ti 给定 ug
装置
Δu 放大器
(-)
电动机、传动 Q 热处理炉
To
装置和阀门
uf
放大器
热电偶
+ RP1 ug R0 R0
-ut
R1
- + uc
扰动
给定 r(t)
e(t)
装置
参考 输入信号
(-)偏 信差 号
校正 装置
放大 元件
调节器(或控制器)
u(t)
控制量
执行 机构
受控 对象
受控系统
反馈信号
反馈装置 (测量元件)
c(t)
被控量
•方框图中的几种表示法：
输入量 环节名称 输出量 (或特性)
(a)
r (+) e=r-b 或 r
e=r-b c
(-)
•开环控制系统的方框图
扰动
输入量 控制装置
输出量 受控对象
温度计
调压器
扰动量
加热电阻丝
u
输入量 调压器
(手柄位置)
加热 电阻丝
电炉 输出量 恒温箱 (温度)
控制装置
受控对象
~220V
(a) 原理图
(b) 方块图
•开环控制
扰动量
+
GT V
-
ug
udo
M
给定信号 (电压)
触发 器
晶闸管可 控整流器
控制装置
自动控制系统原理图
检测装置时刻对被控量进行检测，并将检测值反馈 给控制器，通常是把非电物理量以电信号形式呈现。 控制器将给定值与检测值进行比较得到偏差值，进 而调节控制输出量，使被控量按所希望的规律运行。
2.1.1 实例1:水温控制
水温人工控制系统
水温自动控制系统
水温自动控制系统框图
2.1.1 实例2:汽车ABS
2) 随动控制系统
随动控制系统的主要特点是给定信号的变化规律是事先不能确定的。 对于控制系统的主要要求是使输出快速地跟随给定值的变化而变化， 故称为随动控制系统，又可称为伺服控制系统。
第2章 微计算机控制系统设计基础
2.1 自动控制基础 2.2 微型计算机控制基本原理 2.3微计算机接口技术 2.4 微计算机通讯技术
2.1.1 一般概念
1.2 1.3 1.4
➢ 何谓控制 动画：水温自动控制 液位自动控制 ➢ 何谓自动控制：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被
控对象按照预定的技术要求进行工作。 ➢ 自 它动由控被制控系对统象：和是控指制能装够置对组被成控。对象的工作状手态动进控制行自动控制的系统， ➢ 自动控制理论所研究的问题
+
udo
M
-
RP2
TG
+
(a) 原理图
扰动
给定 ug
ue 放大器
触发器
晶阐管可 udo 电动机
n
装置
(-)
控制装置
控整流器
受控对象
ut
转速反
馈装置
(b) 方框图
•复合控制
+ ug 放大器
放大器
udo iR
M
负载
TG
ut
ug
放大器 ui
(-)
ut
补偿装置
(a) 原理图
放大器
扰动检 测装置
触发器
晶阐管可 控整流器
按系统功用分 压力控制系统
位置控制系统
按系统性能分
线性/非线性系统 连续/离散性系统 定常/时变性系统 确定/不确定系统
2.1.3 自动控制系统的分类
1. 按给定信号的特征划分 1) 恒值控制系统
恒值控制系统的任务是使控制系统的被控物理量维持在某一恒定值上。 对于控制系统的主要要求是当被控量受某种干扰而偏离恒定值时，通 过自动调节的作用，使它尽可能快地恢复到恒定值。
转台速度闭环控制系统
转台速度闭环控制系统框图
闭环控制:液位控制系统
液位控制系统 液位控制系统框图
闭环控制系统具有如下特点：
(1) 这类系统具有两种传输信号的通道：由给定值至被控量的通道称 为前向通道；由被控量至系统输入端的通道称为反馈通道。二者 构成了一个闭合回路。
(2) 由于系统的控制作用是通过给定值与反馈量的差值进行的，故这 种控制常称为按偏差控制，又称为反馈控制。而反馈控制的作用 是使偏差减小，这称为负反馈。
•被控对象 ：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控对 象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。 控制装置则指对被控对象起控制作用的设备总体，有测量变换 部件、放大部件和执行装置。 •被控量 ：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的 物理量。被控量又称输出量、输出信号 。 •给定值 ：是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物 理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。 •干扰量 ：除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干 扰。干扰又称扰动。动画： 实际控制
输出量
电动机 (转速)
受控对象
(a) 原理图
(b) 方块图
•控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系。
•前馈控制(开环)
+
ug
+u-i
udo R
放大 器
i
(a) 原理图
M 负载
ui
n
ug
给定信号
电压 放大
触发 器
电阻 R
晶阐管可 控整流器
扰动
i
电动 n
机 被控量
(b) 方块图
•闭环控制系统的方框图
汽车ABS原理示意图 1—车轮转速传感器；2—制动分泵；3—输入阀；4—液压单元；5—回油泵；
6—制动总泵；7—ECU控制器；8—储油箱；9—输出阀
2.1.1 实例2:汽车ABS
简化的汽车ABS装置 汽车ABS控制系统框图
2.1.2 控制系统基本控制方式
1.1 1.3 1.4
•开环控制 •闭环控制 •复合控制