反馈控制系统的基本概念.pdf

《反馈控制系统的基本概念.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第一章反馈控制系统的基本概念§1-1引言自动控制作为一门工程科学己广泛地应用于工农业生产、交通运输以及国防建设中，从简单的家用电器到复杂的机器人，从船舶操纵到宇宙航行都离不开自动控制。特别是本世纪80年代以来，微计算机技术的迅猛发展使自动控制如虎添翼，在应用上得到飞跃。随着生产的发展，自动控制理论经历了从经典控制理论到现代控制理论这两个发展阶段。目前智能控制的各个分支，如适应式控制、模糊控制、神经元网络控制以及遗传算法等，正逐步在新型的控制系统中得到应用。经典控制理论从本世纪30年代的奈魁斯特稳定性理论开始，发展了30年已基本成熟。60年代后至今的30多年是现代控制理论的形成和

2、发展阶段。经典控制理论以传递函数法为基础，研究单输入、单输出自动控制系统的性能和设计方法。现代控制理论则是以状态空间法为基础，研究多输入、多输出或变参数、非线性等复杂控制系统的性能和设计方法，它是在经典控制理论的基础上发展起来的。本书主要涉及经典控制理论，对现代控制理论的状态空间法仅作简单的介绍。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制对象（指生产设备或生产过程）自动地按预定的规律运行。例如使锅炉中水位和压力保持在一定的数值范围内；船舶的舵角按发出的舵令变化；柴油机的起动按设定的程序进行等，都是应用自动控制技术的结果。自动控制理论就是研究这些自动控制系统共同规律

3、的一门技术科学。经典控制理论中最重要的部分是以反馈理论为基础的自动控制原理，这是本教材的主要内容，它为后续课程即轮机自动化奠定了必要的理论基础。§1-2自动控制的基本方式对控制对象的工作状态能进行自动控制的系统称为自动控制系统，它一般由控制器和控制对象组成。控制对象是指要求加以自动控制的生产装备或生产过程，例如船舶、柴油机、发电机、锅炉或热力芦程、化工生产过程等，而控制器是指对控制对象的运行起控制作用的装置，这些控制器可以是机械式、液压式、气动式、电动式、电子式或者由一台或多台计算机构成，视控制对象的特点及对控制系统的性能要求而定。自动控制系统按结构可分成三类。V21．开环控制

4、系统控制系统的输出量对系统的控制作用没有任何影响，也就是说控制端与控制对象之间只有单向作用而没有反向作用，这样的控制系统称为开环控制系统。在图1-1所示的液位控制系统中，H为液面V1H高度（又称液位）控制的目的在于保持液面高度不变。但如果由于阀门V1的开度变化而引起液体输出流量发生变化时，必然引起液位H的变化，图1-1液位控制系统示意图1为了保持H不变必需人为地控制阀门V2的开度来改变输入液体的流量，以维持液面高度H不变。但是液位H的变化却不会自动使阀门V2开度发生变化，也就是说系统的输出量（液面高度）对系统的控制作用（输入液体流量）没有任何影响。在开环系统中，系统的输出量没有

5、反馈回来与输入量进行比较。开环控制中对于被控系统的每一个输人信号必有一个系统的固定的工作状态和输出量与之对应，如上述液位系统，如果输入流量一定，液位高度就有一个固定值与之对应。因此，开环系统就无法减小或消除由于扰动（上例中的液体输出流量）的变化而引起输出量（实际液位）与其希望值（设定液位）之间的误差。开环系统控制方式也可分成两种：（1）按给定值控制这种控制方式的原理是：需要控制的是控制对象的输出量，而测量的只是给定值，从给定值到输出量是单向传递，如上述的液位控制系统，这种控制方式显然有较大的缺陷：当控制对象或控制器受到扰动时，或工作过程中特性参数发生变化时，会导致被控制量（即系

6、统的输出量）的变化，系统对此却无法自动补偿。（2）按扰动补偿在这种控制方式中，需要控制的是控制对象的被控量，而测量的是破坏系统正常运行的扰动。这种扰动大多数情况下是属于系统的负载，如上面液位控制系统、指的是输出液体的流量。本方式利用扰动信号产生控制作用，以补偿扰动对被控制量的影响。但是扰动经测量、运算至执行部件再到控制对象都是单向传递，所以也属开环控制。由于对扰动进行了补偿，因而扰动引起被控制量的变化可以减少甚至消除，但是对于那些不可测的扰动以及控制对象和各功能部件内部参数变化给被控量造成的影响，系统自身无法控制。在船舶轮机系统中最典型的扰动补偿控制是船舶电站中同步发电机的不可

7、控相复励自动电压调整系统，该电压调整系统被控量是发电机的端电压，但测量的是发电机的负载（即负载电流的数值以及相位）。当负载电流增大时或者其功率因数（即相位）降低时，会使发电机的端电压降低。相复励自动调压系统通过对负载电流大小与相位的测量、运算以及变换，使发电机的励磁电流增大，从而使发电机的电压恢复到设定值。2.闭环控制系统闭环控制是指控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程，即控制系统的输出量对系统的控制作用有影响，这种影响称为“反馈”。闭环控制是自动控制系统工作的主要方式。用