1反馈控制系统概念

（4）分油机的排渣过程按预定的程序进行。
ST
§1-2
1. 开环控制系统
自动控制的基本方式
Fig.1-1◎
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 (2)按扰动补偿进行控制 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。
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）；
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。 ST
第一章 反馈控制系统的基本概念
§1-1 引言◎ §1-2 自动控制系统的基本方式◎ §1-3 反馈控制系统的概念◎
§1-4 自动控制系统的性能要求 ◎
ST
§1-1
引言
所谓自动控制，是指在没有人参与的情况下利用控制器 使被控对象（即生产设备或生产过程）自动地按预定的规 律运行。包括参数控制和程序控制 例如： （1）锅炉水位和压力保持在规定的范围或设定值上； （2）船舶的舵角按发出的舵令变化； （3）柴油主机的起动按规定的操作规程进行；
§1-4
自动控制的性能指标
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 ◎
ST
§1-4
（3）快速性：
ST
§1-4
自动控制的性能指标
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：
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。 ST
ST
伺服放 大器
执行器
蝶阀机构
温度传感器
控制器 温度变 送器
fig.1-5 电动仪表控制的主机冷却水温度控制系统
ST
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
Fig.1-5b◎
fig.1-5a 柴油机气缸冷却水温度手动控制过程
ST
自动控制过程
温度变送器
主 机
调节器 淡水泵 三通阀
ST
§1-2
3．复合控制
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。
开环控制——粗调 闭环控制——细调
ST
§1-3
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◎
ST
1. 反馈控制系统的组成
Fig.1-5a◎
fig.1-13
ST
r(t)
h→0 1/h 0 h t
r(t) r(t)→∞
t 0 h→0时，称为理想的单 位脉冲函数，记作δ(t)。
fig.1-12
ST
(a)
(b)
(c)
fig.1-14 过程曲线基本类型
(d)
ST
y
y1
emax y3
Δys
y∞
t
根据衰减率 φ的大小可以 判定过渡过程的性质：
自动控制的性能指标
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 ◎
ST
§1-4
自动控制的性能指标
4．自动控制系统过渡过程的性能要求
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
ST
y
t 平衡状态 平衡 状态 过渡过程
fig.1-8 自动控制系统过渡过程曲线
ST
r(t)
r(t) Rt
R 0
fig.1-9
t
0
fig.1-10
t
1 0.8 0.6 0.4 0.2
r(t)
r(t) 1/2Rt2
0
0
-0.2 -0.4 -0.6
t
0
fig.1-11
t
-0.8 -1 0 10 20 30 40 50 60 70
ST
§1-4
1）过渡过程评定指标
自动控制的性能指标
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 φ，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 ◎ ST
ST
前馈 装置 + 控制 装置
扰动 补偿 执行 机构
外部 扰动
给定 信号
控制 对象
被控量
反馈 装置
fig.1-3 复合控制系统结构方框图
ST
f(t) r(t) + e(t) b(t) 测量 单元
fig.1-6 自动控制系统结构方框图
控制 单元
p(t)
执行 单元
q(t)
控制 对象
y(t)
e(t)——偏差信号 e(t)=r(t)-b(t) y(t)——被控量 p(t)——控制量 f(t)——扰动量
执行机构
手
冷却器
海水出口 海水入口
Fig.1-5◎
fig.1-5b 柴油机气缸冷却水温度自动控制过程
ST
V2
Q2
H
F
V1 Q1
图1-1 液位控制系统示意图
ST
V2
+E
Q2
浮子
H 电动机 控制器 +E
F
V1 Q1
图1-2 液位控制闭环系统示意图
ST
y0
φ <0，为发散振荡过程
y2
t0
φ =0，为等幅振荡过程 0<φ<1，为率减振荡过程
t∞
φ =1，为非周期过程
最佳衰减率： φ=0.75~0.9
fig.1-15 自动控制系统过渡过程曲线
ST
y
ymax y1
Baidu Nhomakorabeaemax y0
y3
Δ
Δys y∞
t
y2
t0
ts
fig.1-16 自动控制系统过渡过程曲线
（3）智能控制（模糊、神经、专家、自学习控制）
§1-4
自动控制的性能指标
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
ST
§1-4
自动控制的性能指标
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。
§1-4
自动控制的性能指标
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。
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。 ST