机电系统设计 教学课件 作者 赵先仲 主编 第五章.ppt

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1、14270C第5章　控制系统设计5.1　控制系统的组成及其作用5.2　控制系统的设计要求5.3　控制系统中的输入装置5.4　控制系统中的信息显示5.5　控制系统中的信息输入、输出5.6　控制系统中的数据处理5.1　控制系统的组成及其作用一、控制与控制系统二、系统的分类三、系统的过渡过程和性能指标一、控制与控制系统控制是指为达到预先给定的目的，作用于系统有目的的动作。控制系统是指由被控对象和控制装置所构成的，能够对被控对象的工作状态进行调节、使之具有一定的状态和性能的系统。例如：一、控制与控制系统组成：(1)传感器　它将贮槽液位高低的信息转换为一种特定的信号

2、(如电压、电流等)，并传送到控制器，相当于人工控制时的眼睛。(2)控制器　它接受变送器送来的信号，与生产工艺要求所预先设定的液位高度信号相比较得出偏差，并按某种运算规则算出结果，然后将此结果用特定信号发送到执行器，相当于人工控制时的大脑。(3)执行器　在这里就是控制阀，它可以根据控制器送来的信号以及信号值的大小自动调节阀门的开启度，相当于人工控制时手和阀的组合。一、控制与控制系统控制器控制阀被控对象传感器给定值偏差控制器输出操纵变量被控变量测量值-+自动控制系统方框图干扰利用系统框图可以清楚、方便地表示自动控制系统中各个组成部分之间的相互关系，在研究自动控制

3、系统时，通常用方框图表示控制系统的组成。二、系统的分类1．按照有无反馈测量装置分类控制器被控对象传感器输入偏差输出测量值-+控制器被控对象输入输出开环控制系统闭环控制系统二、系统的分类开环控制系统是没有反馈环节的控制系统,其主要优点是简单、经济、容易维修以及价格便宜。它的主要缺点是精度低，对环境变化和干扰十分敏感。闭环控制系统亦称为反馈控制系统。闭环控制系统与开环控制系统相比，具有精度高，动态性能好，抗干扰能力强等优点，它的缺点是结构复杂，维修困难，价格昂贵等。二、系统的分类2．按照信号处理技术分类控制系统可以分为模拟控制系统和数字控制系统凡是采用模拟技术处

4、理信号的控制系统都称为模拟控制系统，而采用数字技术处理信号的控制系统则称为数字控制系统。现在许多控制系统都采用微处理机直接作为控制器，负责采集信号、运算控制规律以及产生控制指令等。机械系统是连续的物理过程，而微处理机控制器处理离散的数字信号，二者之间必须通过采样器和数据保持器连接起来通常，这类计算机控制系统通常称为采样—数据控制系统。二、系统的分类3．按照应用分类控制系统可分为调节系统、跟踪系统和过程控制系统调节系统是在干扰作用下使被控变量保持常数的一种控制系统，调节系统的输入是它的设定点。跟踪系统是保持其被控变量尽可能接近时变的指令值，跟踪系统的一个实例是

5、数控机床的刀具必须跟踪给定的路径，以加工出合适形状的零件，这一实例就是常见的伺服系统。伺服系统是一类被控变量为位移、速度或加速度的跟踪系统。温度自动调节系统不是伺服系统，而是过程控制系统。典型的过程控制系统的被控变量有温度、压力、流速、液位以及化学浓度等。二、系统的分类4．按系统给定信号的特点分类(1)恒值控制系统在控制过程中，如果要求被控变量保持在一个指标上不变，或者说系统的给定信号是恒定值，那么就需要采用恒值控制系统。(2)程序控制系统这类系统的给定值是变化的，但它是一个已知的时间函数，或按预定的规律变化。比如金属热处理的温度控制装置、数控机床的数控程序

6、加工，就是这类系统的例子。(3)随动控制系统这类系统的特点是给定信号不仅在不断地变化，而且这种变化不是预先规定好的，也就是说给定信号是按未知规律变化的任意函数。随动系统的根本任务就是能够自动地、连续地、精确地复现给定信号的变化规律。比如显示记录仪表采用的自动平衡电位计伺服系统、雷达天线伺服系统等，都是随动系统的一些例子。三、系统的过渡过程和性能指标1过渡过程系统的控制过程实际上是一个动态过程，即当系统的输入（包括干扰）量发生变化时，由于系统的能量只能作连续变化，从而使系统的输出呈现出从一个平衡状态向另一个新的平衡状态过渡的过程这一过程称为系统的过度过程。一般

7、情况下，系统的过渡过程有以下几种基本形式：(1).非周期衰减过程(2).衰减振荡过程(3).等幅振荡过程(4).发散振荡过程分别见下图的abcd：三、系统的过渡过程和性能指标abcd实际的控制系统希望系统具有图a和b的输出形式，图c和d的情况是不容许出现的。显然，系统的输出和系统的输入是密切相关的，实际系统的输入形式多种多样，为了安全和理论分析的方便，通常选择一些定型的典型的输入形式，主要包括单位阶跃输入、单位速度(斜坡)输入、单位加速度(抛物线)输入。其中，由于阶跃信号（如下图所示）对被控变量影响最大，且容易实现，便于实验、分析和计算，因而常采用它作为系统

8、的输入来研究控制系统。三、系统的过渡过程和性能指标2