第6章控制系统设计ppt课件.ppt

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1、第六章控制系统设计第一节控制系统的作用、分类和组成一、控制系统作用机械系统在工作过程中，各执行机构应根据生产要求，以一定的顺序和规律运动。各执行机构运动的开始、结束及其顺序一般由控制系统保证。这里的控制系统指自动控制系统。自动控制系统是指由控制装置和被控对象所构成的，能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。机械系统控制的主要任务通常包括：1）使各执行机构按一定的顺序和规律运动；2）改变各运动构件的运动方向和速度大小；3）使各运动构件间有协调的动作，完成给定的作业环节要求；4）对产品进行检测、分类以及防止事故，对工

2、作中出现的不正常现象及时报警并消除。二、控制系统分类1．按控制信号的变化规律分类（1）恒值控制系统其给定信号的值是恒定的，如电源自动稳压系统。（2）程序控制系统其给定信号是已知的时间函数或按预定规律变化的，如高炉程序加料系统。（3）伺服系统其给定信号是未知变化规律的任意函数，如数控机床的进给驱动系统，火炮瞄准雷达的天线控制系统。2．按控制系统中所包含的元件特性、信号作用特点分类（1）连续控制系统与断续控制系统连续控制系统中不包含断续元件，各个组成元件输出量都是输入量的连续函数。断续控制系统中包含有断续元件。断续控制系

3、统又可分成继电控制系统和离散控制系统。其中，离散控制系统又分为脉冲控制系统（采样控制系统，包含脉冲元件）、数字控制系统（包含数字逻辑元件）。（2）线性控制系统与非线性控制系统线性控制系统中各组成元件或环节不包含非线性元件。线性系统用线性方程来描述，并符合叠加原理。非线性控制系统中包含有非线性元件或环节其输入量与输出量之间是非线性关系。非线性系统用非线性方程来描述，不符合叠加原理。（3）定常（常系数）控制系统与时变（变系数）控制系统定常控制系统内各元件及环节的参数都不随时间而变化。时变控制系统内包含有变系数环节、元件或

4、对象，其参数随时间而变化，如化学反应器控制系统。3．按系统结构特点分类按系统结构特点分为：①单回路控制系统与多回路控制系统；②开环控制系统、闭环控制系统、复合控制系统；③单级控制系统与多级控制系统。4．按控制系统的功能分类可分为自动调节系统、最优控制系统、自学习控制系统、自适应控制系统等。5．按自动化技术工具特点分类可分为常规仪表控制系统和计算机控制系统。6．按元器件及装置的能源分类可分为机械控制系统、液压控制系统、气压控制系统、电力拖动系统与电气控制系统，以及混合控制系统。例如，可将数控机床的进给系统看做线性、定常

5、、多环（闭环）、连续（或离散）的伺服系统。三、控制系统的组成控制系统主要由控制部分和被控对象组成。控制部分的功能是接受指令信号和被控对象的反馈信号，并对被控部分发出控制信号。被控部分则是接受控制信号，发出反馈信号，并在控制信号的作用下实现被控运动。无论多么复杂的控制系统，都由一些基本环节或元件组成，图7-1是一个典型的闭环控制系统方框图，它由以下几个环节组成。（1）给定环节给定环节是给出与反馈信号同样形式和因次的控制信号，确定被控对象“目标值”的环节。给定环节的物理特性决定了给出的信号可以是电量、非电量，也可以是数字

6、量或模拟量。（2）测量环节测量环节用于测量被控变量，并将被控变量转换为便于传送的另一物理量（一般为电量）的环节。例如电位计可将转角转换为电压信号，测速发电机可将转速转换为电压信号，光栅测量装置可将直线位移转换为数字信号，这些都可作为控制系统的测量环节。测量环节一般是一个非电量的电测量环节。（3）比较环节比较环节是将输入信号X(s)与测量环节发出的有关被控变量Y(s)的反馈量信号B(s)进行比较的环节。经比较后得到一个小功率的偏差信号E(s)=X(s)-B(s)，如幅值偏差、相位偏差、位移偏差等。如果X(s)与B(s)

7、都是电压信号，则比较环节就是一个电压相减环节。（4）校正及放大环节为了实现控制，要将偏差信号作必要的校正，然后进行功率放大以便推动执行环节。实现上述功能的环节即为校正及放大环节。常用的放大类型有电流放大、电气－液压放大等。（5）执行环节执行环节是接收放大环节的控制信号，驱动被控对象按照预期规律运动的环节。执行环节一般是能将外部能量传送给被控对象的有源功率放大装置，工作中要进行能量转换，如把电能通过电机转换成机械能，驱动被控对象作机械运动。给定环节、测量环节、比较环节、校正放大环节和执行环节一起，组成了控制系统的控制部

8、分，实现对被控对象的控制。第二节控制原理经典控制理论与现代控制理论经典控制理论是基于传递函数对系统的数学描述（输入输出描述），以根轨迹法和频率法为研究方法，目的在于研究系统的稳定性以及在给定输入和给定指标情况下的系统综合。现代控制理论是针对多变量系统、非线性系统、时变系统、大系统以及智能控制系统，基于状态空间分析法对系统的状态进行分析和综合，能