自动控制原理与应用韩全立第1章
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i -1水箱液im高度控制系统的3种原理方案如图2-i-i所示。
在运行中,希望液面高度H维持不变。
M w W解:(a) ⑶工作原理:当电位器电刷位于中点(对应电压为零)时,电动机静止不动,控制阀门有一定的开度,流入水量与流出水量相等,从而使液面保持给定高度H。
当液面升高时(H>Ho),浮子也相应升高,通过杠杆作用,使电位器电刷由中点位置下移,从而给电动机提供一定的控制电压,驱动电动机,通过减速器带动进水阀门向减小开度的方向转动,从而减少流入的水量,使液面逐渐降低,浮子位置也相应下降,直到液面恢复给定高度Ho(H=Ho),电动机的停止转动。
反之,若液面降低(H〈H°),则通过自动控制作用,增大进水阀门开度,加大流入水量,直到液面恢复给定高度Ho(H=Ho) o被控对象:水箱;被控量:水箱的实际水位H;给定量:液位的希望值H。
;干扰量:用水量系统是按偏差调节的闭环控制系统。
系统方块图如图所示:工作原理:当流出水量匾变小时,液面的实际水位H升高(H>Ho),浮子也相应升高,通过杠杆调节阀门从而减小流入的水量Q.使液面逐渐降低,浮子位置也相应下降,直到液面恢复给定高度Ho(H=Ho)o反之,当流出水量Q2变大时,液面的实际水位H降低(IKHo),浮子也相应降低,通过杠杆调节阀门L,从而增大流入的水量Q,使液面逐渐升高,浮子位置也相应升高,直到液面恢复给定高度Ho(H=Ho)o被控对象:水箱;被控量:水箱的实际水位H;给定量:液位的希望值H。
;手排曷.田永昼m系统是按偏差调节的闭环控制系统。
系统方块图如图所示:(c)工作原理:当输出阀门12改变时,通过杠杆调节输入阀门L,改变输入流量Q,使液面高度维持不变(H=H。
)。
被控对象:水箱;被控量:水箱的实际水位H;给定量:液位的希望值H。
;干扰量:输出阀门b系统是按干扰补偿的开环控制系统。
系统方块图如图所示:I - 2仓库大门|'|动控制系统的原理如图 2 - I - 5所示。
第一章自动控制的基本知识⏹ 1.1自动控制的一般概念⏹ 1.2自动控制系统的组成⏹ 1.3自动控制系统的类型⏹ 1.4 对控制系统性能的要求1.1.1自动控制技术⏹自动控制技术被大量应用于工农业生产、医疗卫生、环境监测、交通管理、科研开发、军事领域、特别是空间技术和核技术。
自动控制技术的广泛应用不仅使各种生产设备、生产过程实现了自动化,提高了生产效率和产品质量,尤其在人类不能直接参与工作的场合,就更离不开自动控制技术了。
自动控制技术还为人类探索大自然、利用大自然提供了可能和帮助。
1.1.2自动控制理论的发展过程⏹1945年之前,属于控制理论的萌芽期。
⏹1945年,美国人伯德(Bode)的“网络分析与放大器的设计”奠定了控制理论的基础,至此进入经典控制理论时期,此时已形成完整的自动控制理论体系。
⏹二十世纪六十年代初。
用于导弹、卫星和宇宙飞船上的“控制系统的一般理论”(卡尔曼Kalman)奠定了现代控制理论的基础。
现代控制理论主要研究多输入-多输出、多参数系统,高精度复杂系统的控制问题,主要采用的方法是以状态空间模型为基础的状态空间法,提出了最优控制等问题。
⏹七十年代以后,各学科相互渗透,要分析的系统越来越大,越来越复杂,自动控制理论继续发展,进入了大系统和智能控制时期。
例如智能机器人的出现,就是以人工智能、神经网络、信息论、仿生学等为基础的自动控制取得的很大进展。
1.2自动控制系统的组成1.2.1自动控制系统的结构与反馈控制理论⏹图中为放水阀,为进水阀,水箱希望的液位高度为。
当放水使得水箱液位降低而被人眼看到,人就会打开进水阀,随着液位的上升,人用大脑比较并判断水箱液位达到时,就会关掉。
若判断进水使得实际液位略高于,则需要打开放水而保证液位高度。
⏹在这个过程中,人参与了以下三个方面的工作:⏹用眼睛观察到实际液面的下降(实际液面高度);⏹用大脑将实际液面与要求液面高度进行比较(与产生偏差);⏹根据比较的结果(与偏差的正负),用手操作阀的开启或闭合。
自动控制原理第一章一、自动控制系统的概念自动控制系统是指通过测量被控对象的状态或输出,并根据一定规律进行比较、判断及输出控制量的系统。
该系统可以根据实际需要分为闭环控制和开环控制两种方式。
闭环控制系统通过比较实际输出量和期望输出量之间的差异,自动调整控制量以使实际输出量达到期望值。
开环控制系统不考虑实际输出量与期望值之间的差异,只根据一定规律输出控制量。
二、自动控制系统的组成自动控制系统主要由被控对象、传感器、执行器、控制器和控制对象组成。
被控对象是需要被控制系统改变状态或输出的物理元件或过程。
传感器用于将被控对象的状态或输出转换为电信号。
执行器接收控制器输出的信号,并将其转换为被控对象状态或输出的改变。
控制器接收传感器输出的信号,并根据一定的算法对其进行处理和判断,然后输出控制信号。
控制对象是指需要控制的系统或过程。
三、自动控制系统的特点自动控制系统具有以下几个基本特点:1.反馈调节:通过传感器和执行器之间的反馈回路来实现系统的调节和稳定。
2.误差纠正:系统的输出与期望输出之间的差异会被控制器捕捉到,从而对控制信号进行修正。
3.自适应性:系统能够根据外部环境变化自动调整控制参数以适应不同工况要求。
4.稳定性:系统能够稳定工作,在一定误差范围内输出可控的状态或输出。
5.灵敏性:系统对输入信号的变化有较强的响应能力,能够及时调整控制量以保持系统稳定。
6.自动化程度高:系统能够自动地完成输入参量的检测、判决和输出控制信号的过程。
总结起来,自动控制原理第一章详细介绍了自动控制系统的概念、组成和基本特点。
了解自动控制系统的概念和特点对于深入理解后续章节的内容非常重要,为后续学习打下了良好的基础。
了解了自动控制系统的组成,可以更好地理解控制系统中各个组成部分的功能和相互关系。
同时,该章节还介绍了自动控制系统的特点,使我们对自动控制系统的工作原理和优势有了更深入的认识。
一、习题解答第1章习题及解答1-1 根据图1-15所示的电动机速度控制系统工作原理图,完成:(1) 将a ,b 与c ,d 用线连接成负反馈状态;(2) 画出系统方框图。
图1-15速度控制系统原理图解 (1)负反馈连接方式为 d a ↔,c b ↔;(2)系统方框图如图解1-1 所示。
1-2 图1-16是仓库大门自动控制系统原理示意图。
试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理,并画出系统方框图。
图1-16 仓库大门自动开闭控制系统解 当合上开门开关时,电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压,偏差电压经放大器放大后,驱动伺服电动机带动绞盘转动,将大门向上提起。
与此同时,和大门连在一起的电刷也向上移动,直到桥式测量电路达到平衡,电动机停止转动,大门达到开启位置。
反之,当合上关门开关时,电动机带动绞盘使大门关闭,从而可以实现大门远距离开闭自动控制。
系统方框图如图解1-2所示。
1-3 图1-17为工业炉温自动控制系统的工作原理图。
分析系统的工作原理,指出被控对象、被控量和给定量,画出系统方框图。
图1-17 炉温自动控制系统原理图解 加热炉采用电加热方式运行,加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比,c u 增高,炉温就上升,c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制,该触点由可逆直流电动机驱动。
炉子的实际温度用热电偶测量,输出电压f u 。
f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较,得出偏差电压e u ,经电压放大器、功率放大器放大成a u 后,作为控制电动机的电枢电压。
在正常情况下,炉温等于某个期望值T ,热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。
此时,0=−=f r e u u u ,故0a u =,可逆电动机不转动,输出转角0θ=,调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上,使c u 保持一定的数值。
这时,炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量,形成稳定的热平衡状态,温度保持恒定。