自动控制系统示例

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1、自动控制系统示例计算机硬盘锤渭数据系统硬盘是计算机中的主要存储设备之一，主要由盘片、磁头及其驱动机构、主轴电路板以及接口等几部分组成，图1．13是其简化示意图。所有盘片装在盘片主轴上盘片之间平行，由主轴电机带动盘片高速旋转。每张盘片的存储面上有一个磁头，高精度的磁头驱动机构驱动磁头在高速旋转的磁盘表面上沿盘片径向移动。读／写磁头、传动手臂和传动轴三部分构成磁头组件，而磁头驱动机构则由磁头驱动电机(也称为音圈电机)、磁头驱动小车、防振动装置构成，它能够对磁头进行精确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位在系统指令指定的数据磁道，由磁头进行读／写数据的操作。计算机硬盘既可以读

2、取存储在其中的数据，也可以将数据存储在其中。下面以读数据为例介绍硬盘读／写系统的工作过程。硬盘驱动器加电正常工作以后，主轴电机启动并带动盘片高速旋转，磁头驱动机构设过钽电容转动手臂将浮动磁头置于盘片表面的oo道，处于等待指令的启动状态。接收到系统传来的指令信号后，经过放大，磁头驱动电机通过转动手臂来控制磁头对盘片数据信息进行正确定位，并通过探测磁颗粒极性的变化来谈取数据，然后将数据放大并传输到接口电路，反馈给主机系统完成指令操作，该系统通过读取一条预先记录的索引磁道的误差获得误差信号。图1．14是硬盘读取数据的方块图，图中的传感器指盘片中的话磁头及索引磁道。水加热自动控制系

3、统图为水加热自动控制系统(即热水电加热器)示意图。显见，系统由控温开关、电加热器、温度测量装置、水箱及保温层等组成。控制目的是维持水箱内水温在给定的温度上。该系统的工作原理分析如下：电加热器的通断电由控温开关控制，以保持期望的水温。温度测量装置将热TAJD477K004RNJ能转化为电能，给定温度为一电信号。需要热水时，打开阀门，水箱中流出热水并补充冷水。若水箱中的水温低于给定水温，温度测量装置(即反馈元件)将实际水温测量出来，回送到输入端，与给定温度相比较，产生一个伯差信号。在这个偏差信号的作用下，控温开关控制电加热器工作，使实际水温趋于，直至等于给定温度。在水加热自动控

4、制系统中，被控对象为水箱，输入量为给定水温，输出量(被控量)为水箱实际水温，主要扰动为放出热水并注入冷水而产生的降温作用，次要扰动为环境温度的变化，保温层、温度测量装置及电加热器等元件结构参数的变化等。由此，可绘制系统的方块团如图1．16所示。防空导弹制导系统防空导弹是一种由地面(或舰船)发射，拦截敌方来袭的空中目标(如飞机或巡航导弹的武器，制导控制系统是其重要的组成部分之一，它的功用是：引导和控制导弹有效拦截并摧毁目标。图1．17所470uF4VD示为防空导弹指令制导系统示意图。该系统的工作过程是：目标跟踪雷达和导弹跟踪雷达不断探测并跟踪目标和导弹，并将测得的目标和导弹的

5、运动参数送至制导计算机，制导计算机根据目标运动参数和导弹运动参数及选定的导引规律计算井产生编码控制指令，该指令由指令发送设备发送至导弹上；导弹上的指令接收机接收并将其转换成控制导弹运动的控制指令，自动驾驶仪根据这一控制指令控制导弹飞向目标，最终摧毁目标。实际上，上述导弹制导过程就是按偏差控制的过程。即：导弹在飞向目标酌过程中，制导系统不断地测量导弹的实际运动与理想运动之间的倔差，根据此偏差的大小和方向形成控制指令，在此指令的作用下，通过控制系统(即自动驾驶仪)控制导弹改变运动姿态，消除偏差。因1．18是该系统的方块图。对自动控制系统的要求自动控制系统的基本任务就是应用控制装

6、置去控制被控对象，使其被控量按照要求变化。为了提高控制质量，必须对控制系统在控制过程中所表现出的性能提出要求。通常，对自动控制系统的基本要求可归结为稳定性、快速性和准确性，简称稳、准、快。稳定性稳定性是对控制系统最基本的要求，是保证控制系统正常工作的必要条件，不稳定的控制系统不能实现预定的控制任务。稳定性是指系统在平衡状态下受到扰动作用后，系统恢复原有平衡状态的能力。稳定性通常由系统的结构和参数决定，与外界因素无关。对于恒值系统，稳定性贴片钽电容要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。对于随动系统，稳定性要求过渡过程结束后，被控制量始终跟随输人量的变化

7、。此外，稳定系统的过渡过程收敛，而不稳定系统的过渡过程是发散的。快速性是指控制系统对输入信号响应的快慢，即过渡过程持续的时间长短。统对输入信号响应的形式，即过渡过程的形式对快速性影响甚大。一般将过渡妇性和振荡性能通称为控制系统的动态性能，且都有具体要求。稳定性和快速性反映对控制系统过渡过程的要求。准确性推确性是对控制系统的控制精度提出的要求，用稳态误差来衡量，也称为稳态性能。稳定的控制系统在过渡过程结束后所处的状态称为稳态，稳态误差是指稳态时系统输出量的期望值与实际值之差。显然，稳态误差越小，表示系统输出旦跟随输入