自动控制系统基本知识
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第一章自动控制基本知识1.任何自动化系统都是由被控对象和自动化装置两大部分组成。
2.被控对象是指需要控制的设备、机器或生产过程。
3.自动化装置指实现自动化的工具。
包括:测量元件及变送器,控制器,执行器,定值器,辅助装置(如电源,稳压装置)。
4.自动检测是实现生产过程自动化的首要基础。
5.在自动控制系统中,需要控制工艺参数的生产设备叫被控对象,简称对象。
6.测量元件与变送器在自动控制系统中起着获取信息的作用。
7.控制器:接收测量元件与变送器的信号,根据被控对象的数学模型及控制所要达到的要求,按照一定的控制规律进行运算,并输出相应的信号给执行器。
8.执行器:接收来自控制器的信号,改变操纵变量的大小或符号,从而实现对生产的控制,在过程控制系统中,常用的有电动、气动执行器。
9.定值器:将被控变量的给定值转换成统一信号的装置,以便使给定值送入控制器和测量信号进行比较。
10.在自动控制系统中,被控对象中需要控制的那个参数叫做被控变量。
被控变量要求保持的那个规定值称为给定值(亦称设定值),烦恼影响被控变量偏离给定值的各种因素称为干扰。
11.方框图具有单向传递性。
c(t)是被控对象的被控变量,z(t)是被控对象的测量值,r(t)是被控对象的希望值即给定值,e(t)是给定值与测量值的偏差,e(t)=r(t)-z(t).12.方框图的优点:只要依照信号的流向,便可将表示各元件或设备的方框连接起来,很容易组成整个系统。
与纯抽象的数学表达式相比,它还能比较直观、形象地表示出组成系统的各个部分间的相互作用关系及其在系统中所起的作用。
与物理系统相比,它能更容易地体现系统运动的因果关系。
13.反馈:把系统的输出信号又返回输入端的做法。
14.把被控变量不随时间而变化的平衡状态称为系统的静态,而把被控变量随时间而变化的不平衡状态称为系统的动态、15.平衡是暂时的、相对的、有条件的;不平衡是普遍的、绝对的、无条件的。
16.过度过程:自动控制系统在动态过程中被控变量是不断变化的,这种随时间而变化的过程,称为自动控制系统的过度过程,也就是系统由一个平衡状态过渡到另一个平衡状态的过程,或者说是自动控制系统的控制作用不断克服干扰的全过程。
自动控制系统的基本知识01.自动控制系统的定义:P6是指带有反馈装臵的闭环控制系统。
从检出偏差到利用偏差进行控制,从而减小或消除偏差这个控制过程却是相同的。
02.自动控制系统的分类:P12恒值控制系统:(自动调整系统)特点:输入信号为某个常数,故称为恒值。
程序控制系统:输入信号不是常数,而是按照一种预先知道的时间函数变化。
随动系统:(伺服系统)输入信号是预先不知道的随时间任意变化的函数。
03.开环与闭环控制的特点:P5、P6开环系统:系统的输出端和输入端之间不存在反馈回路;开环控制系统的精度,主要取决于标定精度以及控制装臵参数的稳定程度,系统没有抵抗外部干扰的能力,故控制精度较低。
闭环系统:引入反馈环节,将输出量测出来,经物理量的转换后在反馈到输入端,使输出量对控制作用有直接影响;具有很强的纠偏能力,对干扰作用具有良好的适应性;由于采用反馈装臵,导致设备增多,线路复杂。
04.自动控制系统的三个特征:P6在结构上,系统必须具有反馈装臵,并按负反馈的原理组成系统。
由偏差产生控制作用。
控制的目的是力图减小或消除偏差,使被控量尽量接近期望值。
05.自动控制系统方框图的画法:P7、P1106.反馈信号的获得:电动机实际转速n经发电机转换为反馈电压Uf,再反送到系统的输出端。
与给定值Ugd进行比较,从而得到偏差信号:Ue=Ugd-Uf,Ue经放大器放大后,作为电枢电压控制电动机转速n。
07.负反馈的实现:P5反馈回路使信号的传送路径形成闭合环路,使输出量反过来直接影响控制作用,并按偏差Ue的性质产生控制作用,以求减小或消除偏差(从而是误差)的控制系统。
反馈信号由系统的输出端测量出来并转换为Uf,再反送到输入端与Ugd进行比较。
08.对自动控制系统的基本要求:P18稳定性(稳):评价系统在过渡过程中的振荡倾向和重新建立并平衡状态的能力。
快速性(快):控制系统不但要求稳,而其要求被控量能迅速地按照输入信号所规定的规律变化,即要求系统具有一定的响应速度。
自动控制知识一、自动控制原理的基本概念1、什么是自动控制。
自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制装置控制被控对象,对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制,使之按照预定的方案达到要求的指标。
2、自动控制系统的分类按控制方式分:开环控制、闭环控制(反馈控制)和复合控制。
3、什么是开环控制系统?有何特点?定义:在控制系统中,系统的输出量不被引回到输入端来对系统的控制部分产生影响。
(即开环系统无反馈)特性:在保证系统动态特性的前提条件下,放大倍数越大越好;不能自动补偿控制过程中受到的各种扰动因素的影响(即结构简单,调试方便,但精度低、无抗扰能力。
)4、什么是闭环控制系统?有何特点?定义:在控制系统中,系统的输出量通过反馈环节返回到输入端来对系统的控制部分产生影响。
(即闭环系统有反馈)特性:能自动补偿控制过程中受到的各种扰动因素的影响,但系统稳定性变差。
(即偏差控制,可以抑制内、外扰动对被控制量产生的影响。
精度高、结构复杂,设计、分析麻烦。
)5、对自动控制系统的基本要求对自动控制系统的基本要求:可以归结为稳定性(长期稳定性)、准确性(精度)和快速性(相对稳定性)。
(一)、稳定性:1)对恒值系统,要求当系统受到扰动后,经过一定时间的调整能够回到原来的期望值。
2)对随动系统,被控制量始终跟踪参据量的变化。
稳定性是对系统的基本要求,不稳定的系统不能实现预定任务。
稳定性,通常由系统的结构决定与外界因素无关。
(二)、快速性:对过渡过程的形式和快慢提出要求,一般称为动态性能。
稳定高射炮射角随动系统,虽然炮身最终能跟踪目标,但如果目标变动迅速,而炮身行动迟缓,仍然抓不住目标。
(三)、准确性:用稳态误差来表示。
在参考输入信号作用下,当系统达到稳态后,其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。
显然,这种误差越小,表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。
二、直流调速系统1、调速范围与静差率调速范围:是指在额定负载(及一定的静差率要求)下,电动机所能达到的最高转速与最低转速之比。
自控根本知识〔一〕根本概念 (2)〔二〕自动控制系统的组成 (2)〔三〕自动调节常用术语 (2)〔四〕调节对象的特性 (4)〔五〕调节器的特性 (6)〔六〕调节器的种类 (8)〔七〕对自动调节系统的要求 (12)〔一〕根本概念自动控制是指用专用的仪表和装置组成控制系统,以代替人的手动操作,去调节空调参数,使之维持在给定数值上,或是按给定的规律变化,从而满足空调房间的要求。
现在国内自动控制采用的方法,都是先测出调节参数对给定值的偏差,然后根据这个偏差,经控制系统的调节,消除干扰的影响,使调节参数再回到给定值(或允许范围)。
〔二〕自动控制系统的组成目前空调自动控制系统多采用电动调节。
这样的控制系统可由下面所示方块图表示:附图:自动控制系统方块图由于外扰的作用,调节对象的调节参数发生变化,经敏感元件测量并传送给控制机构〔调节器〕,调节器根据调节参数对给定值的偏差,指令执行机构使调节机构动作,去调节调节对象的负荷,使调节参数回到原来的给定值。
在给执行机构供电的主电路上,为使调节稳定,常装有通断机构,以便对执行机构间断供电。
〔三〕自动调节常用术语1.调节参数(也叫被调参数)需要维持数值不变或在允许范围内变化的参数,叫做调节参数。
空调中的调节参数主要是温度、湿度、压力,还有水位等等。
2.给定值(也叫定值值)就是根据需要给调节参数预先规定的不变值或波动范围,叫做给定值。
例如规定维持房间温度为23±℃,这个数值(即波动范围22.5~℃)就是室温调节系统的给定值(范围)。
3.偏差调节参数的实际数值同给定值之间的差值,叫做偏差。
例如,规定控制温度(给定值)为20℃,而实际却是21℃,它们相差的1℃即为偏差。
4.扰动能引起调节参数产生偏差的因素,叫做扰动或干扰。
空调中引起空调房间温度变化的因素,象室外温度变化、送风温度变化以及室内余热变化等等,都是室温的扰动。
自动调节的作用,也正是为消除扰动的影响,使调节参数恒定或在要求范围内。
自动控制原理基本知识点1.控制系统的基本组成和结构:自动控制系统一般由被控对象、传感器、控制器和执行器组成。
被控对象是需要控制的物理系统,传感器用于采集被控对象的参数信息,控制器根据采集到的参数信息进行计算和控制命令的输出,执行器负责根据控制命令对被控对象进行操作。
2.控制器的种类和工作原理:常见的控制器有比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器等。
比例控制器的输出与被控对象的参数成比例,用于消除静差;积分控制器的输出与被控对象参数的积分值成正比,用于消除稳态误差;微分控制器的输出与被控对象参数的变化率成正比,用于提高系统的动态响应速度;PID控制器是由比例、积分和微分控制器组成的综合控制器,可以在一定程度上综合利用比例、积分和微分控制器的优点。
3.系统的稳定性和稳定裕度:在自动控制系统中,稳定性是一个重要的性能指标。
系统稳定性的判据是该系统在无限时间内的响应能否在有限范围内振荡或逐渐衰减趋于平衡态。
稳定裕度是指系统实际稳定边界与临界稳定边界之间的差值,用于评估系统稳定性的好坏。
较大的稳定裕度意味着系统对参数变化和负载干扰具有较强的抵抗能力。
4.控制系统的性能指标:自动控制系统的性能指标包括稳态误差、动态响应和抗干扰能力等。
稳态误差是指系统在稳定工作状态下与期望值之间的差别,可以通过选择合适的控制器和调节参数来降低;动态响应是指系统在受到扰动或控制命令改变时,恢复到新的稳定状态所需的时间和过程,可以通过调节控制器的参数来提高;抗干扰能力是指系统对于外部干扰的响应能力,可以通过增加控制器的增益和改进控制策略来改善。
5.开环控制和闭环控制:自动控制系统可以分为开环控制和闭环控制两种模式。
开环控制是指输出量不通过传感器进行反馈,仅根据期望输入和系统模型进行控制。
闭环控制是指输出量通过传感器进行反馈,并与期望输入进行比较后进行控制。
闭环控制可以实现对系统的实时监测和修正,具有较好的稳定性和鲁棒性。
自动控制原理总结第一章绪论技术术语1.被控对象 :是指要务实现自动控制的机器、设施或生产过程。
2.被控量:表征被控对象工作状态的物理参量 (或状态参量 ),如转速、压力、温度、电压、位移等。
3.控制器:又称调理器、控制装置,由控制元件构成,它接受指令信号,输出控制作用信号于被控对象。
4.给定值或指令信号 r(t) :要求控制系统按必定规律变化的信号,是系统的输入信号。
5.扰乱信号 n(t) :又称扰动值,是一种对系统的被控量起损坏作用的信号。
6.反应信号 b(t) :是指被控量经丈量元件检测后回馈送到系统输入端的信号。
7.偏差信号 e(t):是指给定值与被控量的差值,或指令信号与反应信号的差值。
闭环控制的主要长处:控制精度高,抗扰乱能力强。
弊端:使用的元件多,线路复杂,系统的剖析和设计都比较麻烦。
对控制系统的性能要求:稳固性迅速性正确性稳固性和迅速性反应了系统的过渡过程的性能。
正确性是权衡系统稳态精度的指标,反应了动向过程后期的性能。
第二章控制系统的数学模型拉氏变换的定义:F ( s) f ( t )e- st d t几种典型函数的拉氏变换1.单位阶跃函数1(t)2.单位斜坡函数3.等加快函数4.指数函数e-at5.正弦函数sin ωt6.余弦函数cos ωt7.单位脉冲函数 (δ函数 )拉氏变换的基本法例1.线性法例2.微分法例3.积分法例Lf ( t )d t1F ( s )s4.终值定理e( ) lim e( t ) lim sE ( s)ts 05.位移定理L f (t)e 0 s F(s)Le atf ( t )F ( s a )传达函数: 线性定常系统在零初始条件下, 输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换之比 称为系统 (或元零件 )的传达函数。
动向构造图及其等效变换1.串连变换法例2.并联变换法例3.反应变换法例4.比较点前移“加倒数”;比较点后移“加自己”。
5.引出点前移“加自己”;引出点后移“加倒数” 梅森( S. J. Mason )公式求传达函数典型环节的传达函数 1.比率 (放大 )环节 2.积分环节 3.惯性环节 4.一阶微分环节 5.振荡环节G ( s)12 s 22 Ts 1T C ( s ) = 1 n6.二阶微分环节( s )P k kR ( s )k 1第三章时域剖析法二阶系统剖析2nKJF2nJ2 n(完整版)自动控制原理知识点汇总二阶系统的单位阶跃响应1.过阻尼 ξ>1 的状况 :系统闭环特色方程有两个不相等的负实根。