电子教案-自动控制的基本方式及评价指标1.doc

授 课 稿 纸
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一． 自动控制的基本方式
1.开环控制
控制装置与被控对象之间只有顺向作用而无反向联系
① 按给定值操纵的开环控制

缺陷：当被控对象受到干扰或运行中某些部件的特性参数发生变化时，控制精度难保证；抗干扰能力差（一般只能用于对控制性能要求较低的场合）。
[例1]：电动机转速控制系统

[分析] 被控对象：电动机
控制装置：电位器、放大器
当改变给定电压Un*时，经放大器放大后的电压Ua随之变化，作为被控变量的电动机转速n亦随之变化。就是说，系统正常工作时，应由Un*来确定n。
[例2]：洗衣机
将定时器设定为3分钟，洗衣机达到设定值之前一直工作，时间到了，洗衣机停止工作。

设定时间只确定了开关时间长短与衣物洗涤程度无关。换言之，洗衣机不会根据衣物洗涤程度自动调整时间，控制装置与被控对象之间只有顺向作用。
② 按干扰补偿的开环控制

基本原理：将扰动测量出来送入控制器，以形成与扰动作用相反的控制量，该控制量与扰动共同作用的结果，使被控变量基本不受扰动影响。由于被控变量对控制过程无影响，故仍属开环控制。
适用于：存在强干扰而且变化比较剧烈的场合（扰动可测）
1． 按偏差调节的闭环控制
控制装置与被控对象之间不但没有顺向作用，而且还有反向联系，即有被控变量对控制过程的影响。

[开环控制与闭环控制的比较]
开环控制（一般只用于对控制性能要求较低的场合）
结构简单，成本低廉，工作稳定
不能自动修正被控变量，抗干扰能力差，控制精度不高
闭环控制（适用于控制精度要求较高、干扰较强的场合）
具有自动修正被控制量出现偏差能力，因此可修正元件、参数以及外界扰动引起的误差。
★特别说明★
以负反馈原理组成的闭环系统才能实现自动控制的任务。通常因为讨论的问题均具有负反馈的特点，所以研究的《自动控制原理》也可称为《反馈控制理论》。
自动控制系统的类型：
1．按给定输入的形式：随动系统、恒值系统和程序控制系统
2．线性和非线性系统
3．定常系统和时变系统
4．连续系统、离散系统和采样系统
评价总体精度的三个指标：
1．稳（表征动态过程的平稳性）
[举例]

稳定性是指系统在受到扰动作用后能自动恢复到原来的平衡状态的能力。如果系统受到扰动作用（系统内、外）后，能自动返回到原来的平衡状态，则该系统是稳定的。反之，系统不稳定。
① 衰减曲线（稳定）

② 等幅振荡（不稳定）

③ 发散曲线（不稳定）

1． 振荡曲线必须呈衰减趋势，等幅振荡亦不算稳定；
2． 振幅及频率应有所限制，不能过大。
2．快（表征动态过程的快速性）
1．调节时间应有所限制，要尽快进入稳态；
2．衰减过慢或虽无振荡，但被控变量迟缓地趋向平衡，都将使系统长时间出现大偏差。
[注]：“稳、快”反映了系统过渡态的性能。即快又稳，则过程中被控变量偏离给定值较小，偏离的时间短，表明系统动态精度高。
3．准（表征动态过程的最终精度）
1．反映系统后期稳态的性能；
2．误差越小，精度越高。
同一系统，稳、快、准相互制约，提高过程的快速性，常会诱发系统强烈振荡；改善平稳性，控制过程又可能很迟钝，甚至最终精度也有所下降。