自动控制原理与应用第1章.pptVIP

1.4.1 温度控制系统 　　温度在很多场合是重要的被控参数之一，它与流量、压力等均属于典型的被控参数。图1-5所示为烘烤炉温度控制系统原理图。 图1-5 烘烤炉温度控制系统原理图 　　根据图1-5可以知道，控制系统的任务是保持炉膛温度的恒定；系统的被控对象为烘烤炉；系统被控量为烘烤炉的炉膛温度；干扰量有工件数量、环境温度和煤气压力等；调节煤气管道上阀门开度可改变炉温；系统的检测元件是热电偶， 它将炉膛温度转变为相应的电压量Ut；系统的给定装置为给定电位器，其输出电压Ug作为系统的参考输入，对应于给定的炉膛温度；系统的偏差为ΔU，为炉温与给定温度的偏差，由Ug和Ut计算得到（ΔU=Ug-Ut），两电压极性反接，就可完成减法运算；系统的执行机构为电动机、传动装置和阀门。 　　炉温既受工件数量及环境温度的影响，又受由混合器输出的煤气流量的影响，因此，调整煤气流量便可控制炉温。  　　烘烤炉温度控制系统的控制原理如下：  　　假定炉温恰好等于给定值，这时Ug=Ut，(即ΔU＝0)，故电动机和调节阀都静止不动，煤气流量恒定，烘烤炉处于给定温度状态。 　　如果增加工件，烘烤炉的负荷加大，则炉温下降，温度下降将导致Ut减小，由于给定值Ug保持不变，则使ΔU>0，产生Ua使电动机转动，开大煤气阀门，增加煤气供给量，从而使炉温回升，直至重新等于给定值(即Ug=Ut)为止。这样在负荷加大的情况下仍然保持了规定的温度。 　　如果负荷减小或煤气压力突然加大，则炉温升高。Ut随之加大，ΔU<0，故电动机反转，关小阀门，减少煤气量，从而使炉温下降，直至等于给定值为止。  　　由此看出，系统通过炉温与给定值之间的偏差来控制炉温， 所以此控制系统是按偏差调节的自动控制系统。系统中除烘烤炉及供气设备外，其余统称温度控制装置或温度调节器。 　　表示系统各功能部件之间相互联系的框图如图1-6所示。 图中每个功能部件用一个方框表示，箭头表示信号的输入、 输出通道。最右边的方框习惯于表示被控对象，其输出信号即为被控量， 而系统的总输入量包括给定值和外部干扰。 图1-6 烘烤炉温度控制系统方框图 1.4.2 位置随动系统 图1-7 机床工作台位置随动系统原理图 　　在图1-7所示的系统中，控制系统的任务是控制工作台的位置， 使之按指令电位器给出的规律变化；系统的被控对象为工作台； 被控量为工作台的位置；检量元件是反馈电位器W2，它将工作台的位置xc转变为相应的电压量uc；系统的给定装置为指令电位器W1，其输出电压ur作为系统的参考输入，以确定工作台的希望位置；系统的偏差为Δu，为工作台的希望位置与实际位置之差，由ur和uc计算得到（Δu=ur-uc）；系统的执行机构为直流伺服电动机、 齿轮减速器和丝杠副。 * 第1章 自动控制系统概论 自动控制原理与应用 主讲 刘光乾 2011年9月 第1章 自动控制系统概论 1.1 概述 1.2 自动控制系统的组成和术语 1.3 自动控制系统的分类 1.4 自动控制系统示例 1.5 对自动控制系统的基本要求 习题1 图1-1 小球离心调速器原理图 1.1 概 述 　1769年，瓦特利用图1-1所示为小球离心调速器使蒸汽机的转速保持恒定，此调速器是利用飞锤、弹簧和杠杆系统来调节阀门的开度，从而达到控制蒸汽机转速的目的的。 其工作原理为：如果负载增加， 则蒸汽机转速下降，飞锤(1)下降，滑套(2)将通过杠杆(3)使蒸汽阀门开大，蒸汽供给量增加，从而使蒸汽机转速上升。反之若负载减小， 蒸汽机转速上升，则通过调节可使转速下降。这样， 离心调速器可自动地抵制负载的变化，使蒸汽机转速保持稳定。 但是在使用过程中发现，有时小球离心调速器并不使蒸汽机很好调速和稳定，而且常常还会出现剧烈振荡，即转速不够稳定。 此后很多科学家对此问题进行了研究，并提出了很多判定系统稳定性的方法（如：奈奎斯特法、伯德法等），1954年，我国科学家钱学森创立了工程控制论等，至此自动控制的古典控制论已基本发展形成。 随着航天航空技术及计算机技术的发展，古典控制论暴露出很多局限性，不能够对大型系统进行综合分析。因此现代控制理论有了突飞猛进的发展。 　　可以说，现代控制理论已经综合了控制技术、通信技术和计算机技术等各方面的成就，达到或正在进行着以下几个方面的工作：  　　① 最优控制 对某种性能指标实现最佳控制，即目标函数法；  　　② 自适应控制 系统具有自适应能力，当环境发生变化时， 系统本身可适应环境的变化，而使系统保持最优；  　　③ 自学习控制 这是一种较完善的自适应控制系统，具有系统辨识、判断、积累经验和学习的功能。 1.2 自动控制系统的组成和术语