自動控制系統基本知識

一：開環控制和閉環控制

1：開環控制系統

開環控制系統框圖

開環控制描述：即系統的輸出端和輸入端之間不存在相反的影響，在自動控制學科中稱之爲無反饋迴路，故把這種系統稱之爲開環控制系統。

2：人工控制

在工業生產過程或生產設備運行中，爲了維持正常的工作條件。往往需要對某些物理量（如溫度、壓力、流量、液位、電壓、位移、轉速等）進行控制，使其儘量維持在某個數值附近，或使其按一定規律變化。要滿足這種需要，就要對生產機械或設備進行及時的操作和控制，以抵消外界的擾動和影響。這種操作和控制，即可用人工操作完成，又可用自動裝置的操作完成，前者稱爲人工控制或手動控制，後者稱爲自動控制。

人工控制的過程是：測量→求偏差→控制→再測量→再求偏差→再控制這樣一種不斷循環的過程。其控制目的是要儘量減小偏差，使被控量儘可能地保持在期望值附近。

3、閉環控制系統

閉環反饋控制系統的基本組成主要有以下幾種：

(1)給定元件：給出與期望輸出對應的輸入量。

(2)比較元件：求輸入量與反饋量的偏差，常採用集成運算放大器(簡稱集成運放)來實現。

(3)放大元件：由於偏差信號一般較小，不足以驅動負載，故需要放大元件，包括電壓放大及功率放大。

(4)執行元件：直接驅動被控對象，使輸出量發生變化。常用的有電動機、調節閥、液壓馬達等。

(5)測量元件：檢測被控量並轉換爲所需要的電信號。在控制系統中常用的有用於速度檢測的測速發電機、光電編碼盤等；用於位置與角度檢測的旋轉變壓器、自整機等；用於電流檢測的互感器及用於溫度檢測的熱電偶等。這些檢測裝置一般都將被檢測的物理量轉換爲相應的連續或離散的電壓或電流信號。

(6)校正元件：也叫補償元件，是結構與參數便於調整的元件，以串聯或反饋的方式連接在系統中，完成所需的運算功能，以改善系統的性能。根據在系統中所處的位置不同，可分別稱爲串聯校正原件和反饋校正元件。

二：自動控制系統組成：

1：自動控制系統的功能框圖

在控制系統中，反饋的概念非常重要。，如果將反饋環節取得的實際輸出信號加以處理，並在輸入信號中減去這樣的反饋量，再將結果輸入到控制器中去控制被控對象，我們稱這樣的反饋爲負反饋；反之，若由輸入量和反饋量相加作爲控制器的輸入，則稱爲正反饋。

在一個實際的控制系統中，具有正反饋形式的系統一般是不能改進系統性能的，而且容易使系統的性能變壞，因此不被採用。而且有負反饋形式的系統，它通過自動修正偏離量，使系統趨向於給定值，並抑制系統迴路中存在的內擾和外擾的影響，最終達到自動控制的目的。通常，反饋控制就是指負反饋控制。

與開環系統比較，閉環控制系統的最大特點是檢測偏差，糾正偏差。從系統結構上看，閉環系統具有反向通道，即反饋；其次，從功能上看，

1) 由於增加了反饋通道，系統的控制精度得到了提高，若採用開環控制，要達到同樣的精度，則需高精度的控制器，從而大大增加了成本；

2) 由於存在系統的反饋，可以較好地抑制系統各環節中可能存在的擾動和由於器件的老化而引起的結構和參數的不穩定性；

3) 反饋環節的存在，同時可較好地改善系統的動態性能。當然，如果引入不適當的反饋，如正反饋，或者參數選擇不恰當，不僅達不到改善系統性能的目的，甚至會導致一個穩定的系統變爲不穩定的系統。

三、自動控制系統的性能指標

工程上常把對自動控制系統的基本要求歸納爲穩定性、準確性、快速性三個方面來衡量自動控制系統。穩定性（穩）穩定工作是對所有自動控制系統的基本要求，是一個系統能否工作的前提。不穩定的系統根本無法完成控制任務。考慮到實際系統工作環境或參數的變動，可能導致系統不穩定，因此除要求系統穩定外，還要求其具有一定的穩定裕量。

2.準確性（準）穩態精度是指系統過渡到新的平衡狀態以後，或系統對抗干擾重新恢復平衡後，最終保持的精度。穩態精度與控制系統的結構、參數及輸入信號形式有關。

3.快速性（快）控制系統不但要求穩定，而且要求被控量能迅速地按照輸入信號所規定的規律變化。即要求系統具有一定的響應速度。