電氣控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的主要手段,簡(jiǎn)稱(chēng)自控系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)是指在無(wú)人直接參與下可使生產(chǎn)過(guò)程或其他過(guò)程按期望規(guī)律或預(yù)定程序進(jìn)行的控制系統(tǒng),它是由被控對(duì)象和自動(dòng)控制裝置按一定方式聯(lián)結(jié)起來(lái)的、能自動(dòng)地完成一定控制任務(wù)的總體。其基本特征是控制系統(tǒng)中各個(gè)組成部件之間存在著控制和信息聯(lián)系,控制的目的是使被控對(duì)象的輸出能自動(dòng)地按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行,并達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。自動(dòng)控制系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于人類(lèi)社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。 一般自動(dòng)控制裝置包括測(cè)量元件、比較元件、控制器、放大元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。通常由以下7個(gè)部分組成,如下圖所示。 1. 按控制原理的不同,自動(dòng)控制系統(tǒng)分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。 1)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 在開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)輸出只受輸入的控制,控制精度和抑制干擾的特性都比較差。開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中,基于按時(shí)序進(jìn)行邏輯控制的稱(chēng)為順序控制系統(tǒng),由順序控制裝置、檢測(cè)元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和被控工業(yè)對(duì)象所組成。主要應(yīng)用于機(jī)械、化工、物料裝卸運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程的控制及機(jī)械手和生產(chǎn)自動(dòng)線(xiàn)。 2)閉環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)是建立在反饋原理基礎(chǔ)之上的,利用輸出量同期望值的偏差對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制,可獲得比較好的控制性能。閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱(chēng)反饋控制系統(tǒng)。 2. 按給定信號(hào)(輸入量)的變化規(guī)律,自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。 1)恒值控制系統(tǒng) 若系統(tǒng)輸入量為一定值,要求系統(tǒng)的輸出量也保持恒定,此類(lèi)系統(tǒng)稱(chēng)為恒值控制系統(tǒng)。這類(lèi)控制系統(tǒng)的任務(wù)是保證在擾動(dòng)作用下被控量始終保持在給定值上,在生產(chǎn)過(guò)程中的恒轉(zhuǎn)速控制、恒溫控制、恒壓控制、恒流量控制、恒液位控制等大量的控制系統(tǒng)都屬于這一類(lèi)。 對(duì)于恒值控制系統(tǒng),著重研究各種擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響,以及如何抑制擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響,使輸出量保持在預(yù)期值上。恒值控制系統(tǒng)又稱(chēng)為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng),其主要特征是給定量不變。 2)隨動(dòng)控制系統(tǒng) 給定值按未知時(shí)間函數(shù)變化,要求輸出跟隨給定值的變化而變化,如跟蹤衛(wèi)星的雷達(dá)天線(xiàn)系統(tǒng)。 隨動(dòng)系統(tǒng)的輸入信號(hào)是一個(gè)隨時(shí)間任意變化的函數(shù)(事先無(wú)法預(yù)測(cè)其變化規(guī)律),系統(tǒng)的任務(wù)是在存在擾動(dòng)的情況下,保證輸出量以一定的精度跟隨輸入信號(hào)的變化而變化。在這種系統(tǒng)中,輸出量通常是機(jī)械位移、速度或加速度。隨動(dòng)系統(tǒng)中,若給定量變化是任意的,則稱(chēng)為自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)或伺服系統(tǒng),研究的重點(diǎn)是系統(tǒng)輸出量跟隨輸入量的準(zhǔn)確性和快速性。 隨動(dòng)系統(tǒng)在工業(yè)、交通和國(guó)防等部門(mén)有著極為廣泛的應(yīng)用,如機(jī)床的自動(dòng)控制、艦船的操舵系統(tǒng)、火炮控制系統(tǒng)及雷達(dá)導(dǎo)航系統(tǒng)等。 3)程序控制系統(tǒng) 若系統(tǒng)的輸入量按一定的時(shí)間函數(shù)變化,但其變化規(guī)律是預(yù)先知道和確定的,給定值按一定時(shí)間函數(shù)變化,要求輸出量與給定量的變化規(guī)律相同,此類(lèi)系統(tǒng)稱(chēng)為程序控制系統(tǒng)。 例如,程控機(jī)床,熱處理爐溫度控制系統(tǒng)的升溫、保溫、降溫過(guò)程都是按照預(yù)先設(shè)定的規(guī)律進(jìn)行控制的,所以該系統(tǒng)屬于程序控制系統(tǒng)。此外,數(shù)控機(jī)床的工作臺(tái)移動(dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)等都屬于程序控制系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)可以是開(kāi)環(huán)系統(tǒng),也可以是閉環(huán)系統(tǒng)。
各種自控系統(tǒng)為了完成一定的任務(wù),要求被控量必須迅速而準(zhǔn)確地隨給定量變化而變化,并且盡量不受任何擾動(dòng)的影響。然而,實(shí)際過(guò)程中由于系統(tǒng)會(huì)受到外界作用,其輸出也將發(fā)生相應(yīng)的變化。因此,工程上對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能提出了一定的要求,包括:響應(yīng)動(dòng)作要快、動(dòng)態(tài)過(guò)程平穩(wěn)、跟蹤值要準(zhǔn)確等。這些基本要求通常稱(chēng)為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。
但是同一系統(tǒng)上述動(dòng)態(tài)品質(zhì)是相互制約的,提高了快速性,可能會(huì)引起系統(tǒng)強(qiáng)烈振蕩;改善了平穩(wěn)性,控制過(guò)程又可能很遲緩,甚至精度降低。因此在進(jìn)行自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),要充分考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo),平衡各方面性能要求,實(shí)現(xiàn)綜合性能最優(yōu)化。
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