浅谈控制系统与回授

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1、浅谈控制系统与回授摘要藉由方块图來描述系统的合成，可以迅速地了解不同组成组件的关系，进而了解整体系统Z动态方程式，而使系统更趋简洁明了。控制系统以冋授理论与线性系统分析为核心并依是否有回授Z行为，区分为开回路控制系统与闭回路控制系统两类。关键词：方块图、回授、开回路控制系统、闭回路控制系统一一、刖吕说到控制理论的发展，起源于公元18世纪詹姆士.瓦特所发明的离心调速器，用于蒸气引擎的转速控制。而其发展的过程大致可区分为古典控制理论与近代控制理论。古典控制理论，以拉氏转换所定义的转移函数为对象，利用根轨迹法，频域响应可设计出

2、稳定且满足性能需求的控制系统，处理对象主要为线性非时变系统。而在1960年后，为满足军事、太空及工业上之需求，以及处理多输入与多输出之系统，近代理论开始蓬勃发展，以状态方程式为基础，发展Z时域分析与设计技巧，可处理线性或非线性、时变或非时变、多输入多输出系统，进而由单纯的系统设计朝向控制系统之优化设计⑶。而此篇文章之主要探讨对象锁定于控制系统之浅谈与回授之介绍。二、材料与方法对于复杂系统Z分析，在多数情况下以单一关系式或单微分方程式來描述通常具有一定的困难，因此通常以方块图來描述系统的组合与和互关连性再配合转移函数來表示

3、系统的因果关系。借着方块图，可以很容易的了解不同组成组件的关系，进而了解整体系统Z动态方程式。为了了解方块图表如何以数学运作，首先了解方块图表的符号。如下图一所示为四类方块图Z元素，所显示的符号以下列方式定义：方塊请蛭方向匡令魁——*■Thri如果是”（如所示）「表正回授正使用。「.如果是”J,表負回校正使用。图一：方块图Z基木元素1.方块(block)：方块代表一成份；或者是一系统的几个成份的组合。此方块冇一讯号的输入及输出。相关于此方块是其移转函数。通常，此方块的所有能源连接均为了清晰理由而予简单的省略。2.方向箭头

4、：此方向箭头表示一个讯号的流向或数据住岀每个方块或沿着电路线。3.分支点(branchpoint)：此为二条或多条电路线物理地连接在一起的点，而容许它们分开的讯号合并成一个讯号，或允许一个单一讯号分成分割的线。第二情况，此假设被分割成讯号是与原來讯号成和同的波长与和位。4.汇合点(summingpoint)：这是两讯号相加在一起或相互减少的点。注意尽管冇两讯号可能相互减少的事实。我们仍然称之为汇合点。注意如果底边符号是(+),正回授正在此系统中使用，如果底边符号是(・)，负回授是正在使用中。［4］一般而言，一个口动控制系

5、统的机构，包含有七个主要的组件：1.测量组件(measuringelement)：利用各种原理以测量程序中的物理量,如温度、压力、流量等，其测量结果常以机械位移，压力、电流、电压等变量代表Z02.传送器(transmitter):测量部测得的变数，须先转换成适合于传送的信号,如4〜20A的屯流信号或3〜15psi的空气压力信号。3.控制器(controller)：将测量的控制变量与设定值相比较而产生与偏差和对应的控制信号，以行使必要的修止动作。4.控制阀(controlvalve)：一般调节操作量的最后控制机构以控制阀居

6、多，控制阀的开度与所接受电流或空气压力等控制信号的大小和对应。5•指示计(indicator)：指示计可分为模拟型及数字型。6.记录器(recorder)7•警报器［5］控制系统为以冋授理论与线性系统分析为核心基础，并网络理论与通信Z观念的学问。而依系统是否有冋授(feedback)Z行为,亦即系统Z输出是否对控制动作有直接影响，可区分为两大类：1.开冋路控制系统(Open-loopControlSystem)：此系统Z输入直接加入控制单元内，不受系统输出Z影响，亦即无冋授系统Z存在，此系统输入与输出Z关系完全由控制单位

7、与设备Z特性所决定，在生活上的实例,如：洗衣机，因为他的洗衣时间完全是由人为操作來进行评佔与判断。一台真止全口动的洗衣机应具有连续检查衣物是否洗净，且于洗净后能口动关闭其电源装置。图二：开冋路控制系统Z组件开冋路系统通常分为两部分：控制器(controller受控过程(controlledprocess),如图二所示。当参考输入r(referenceinput)进入控制器后，其输出则为致动信号u受控过程，产生受控变量c根据设定之标准执行命令⑵。而相对于闭回路控制系统，开回路具有以下Z优缺点：优点：(1)价格较闭回路便宜。

8、(2)结构简单易于保养。(3)不必考虑稳定性(stability)问题。(4)若输出不易测量时，较闭回路方便。缺点：(1)会因外界干扰而使输出偏离原先之期望值。(2)输出结果无法自行检测，亦无法自行修正。(3)欲维持输出之正确性，需时常校准刻度。［3］2•闭回路控制系统(Closed-loopControlSyste