自动控制系统分类方法

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。

简述自动控制系统的基本分类自动控制系统是现代工业生产中不可或缺的一部分，它可以实现对生产过程的自动化控制，提高生产效率和质量。

自动控制系统的基本分类主要有以下几种。

一、按照控制对象分类1.连续控制系统：主要用于对连续生产过程进行控制，如化工、石油、纺织等行业的生产过程。

2.离散控制系统：主要用于对离散生产过程进行控制，如自动包装、自动装配等行业的生产过程。

3.混合控制系统：是连续控制系统和离散控制系统的结合，主要用于对同时具有连续和离散生产过程的系统进行控制。

二、按照控制方式分类1.开环控制系统：是指控制器不对被控对象的输出进行反馈调节，而是直接根据预定的控制规律进行控制。

2.闭环控制系统：是指控制器对被控对象的输出进行反馈调节，根据输出与预定值之间的误差进行控制。

3.开闭环控制系统：是指同时采用开环和闭环控制方式的控制系统，主要用于对复杂系统进行控制。

三、按照控制器分类1.单变量控制器：是指控制单个变量的控制器，如PID控制器、比例控制器等。

2.多变量控制器：是指控制多个变量的控制器，如模型预测控制器、自适应控制器等。

3.分散控制器：是指控制系统中各个部分各自独立进行控制的控制器。

4.集中控制器：是指控制系统中各个部分通过中央控制器进行集中控制的控制器。

四、按照控制对象的数量分类1.单变量控制系统：是指控制系统中只有一个被控对象的控制系统。

2.多变量控制系统：是指控制系统中有多个被控对象的控制系统。

3.分布式控制系统：是指控制系统中各个被控对象通过分布式控制器进行控制的控制系统。

四、按照控制系统的层次分类1.基层控制系统：是指控制系统中最底层的控制系统，主要用于对现场设备进行控制。

2.中层控制系统：是指控制系统中处于中间层次的控制系统，主要用于对生产过程进行控制。

3.高层控制系统：是指控制系统中处于最高层次的控制系统，主要用于对整个生产过程进行规划和管理。

以上是自动控制系统的基本分类，不同的控制系统具有不同的特点和应用范围，选择合适的控制系统能够提高生产效率和质量，降低成本，提高企业的竞争力。

上篇自动控制原理第一章自动控制系统概述本章要点本章简要介绍有关自动控制的基本概念、开环控制和闭环控制的特点、自动控制系统的基本组成和分类以及对自动控制系统的基本要求。

第一节自动控制的基本概念自动控制是指在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定，或者按照一定的规律变化。

自动控制系统则是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。

在自动控制系统中，被控制的设备或过程称为被控对象或对象；被控制的物理量称为被控量或输出量；决定被控量的物理量称为控制量或给定量；妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素称为扰动量。

扰动量按其来源可分为内部扰动和外部扰动。

给定量和扰动量都是自动控制系统的输入量。

通常情况下，系统有两种外作用信号：一是有效输入信号（以下简称输入信号），二是有害干扰信号（以下简称干扰信号）。

输入信号决定系统被控量的变化规律或代表期望值，并作用于系统的输入端。

干扰信号是系统所不希望而又不可避免的外作用信号，它不但可以作用于系统的任何部位，而且可能不止一个。

由于它会影响输入信号对系统被控量的有效控制，严重时必须加以抑制或补偿。

第二节开环控制和闭环控制自动控制有两种基本的控制方式：开环控制和闭环控制。

与这两种控制方式对应的系统分别称之为开环控制系统和闭环控制系统。

一、开环控制系统开环控制系统是指系统的输出端和输入端不存在反馈关系，系统的输出量对控制作用不发生影响的系统。

这种系统既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联系。

电加热系统的控制目标是，通过改变自耦变压器滑动端的位置，来改变电阻炉的温度，并使其恒定不变。

因为被控制的设备是电阻炉，被控量是电阻炉的温度，所以该系统可称为温度控制系统，如图1-1所示。

开环控制系统的优点是系统结构和控制过程简单，稳定性好，调试方便，成本低。

自动控制系统的分类常用的自动控制系统分类方法如下。

1．按控制原理的不同自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。

1）开环控制系统在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。

开环控制系统中，基于按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统，由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成。

主要应用于机械、化工、物料装卸运输等过程的控制及机械手和生产自动线。

2）闭环控制系统闭环控制系统是建立在反馈原理基础之上的，利用输出量同期望值的偏差对系统进行控制，可获得比较好的控制性能。

闭环控制系统又称反馈控制系统。

2．按给定信号（输入量）的变化规律分类自动控制系统可分为恒值控制系统、随动控制系统和程序控制系统。

1）恒值控制系统若系统输入量为一定值，要求系统的输出量也保持恒定，此类系统称为恒值控制系统。

这类控制系统的任务是保证在扰动作用下被控量始终保持在给定值上，在生产过程中的恒转速控制、恒温控制、恒压控制、恒流量控制、恒液位高度控制等大量的控制系统都属于这一类系统。

对于恒值控制系统，着重研究各种扰动对输出量的影响，以及如何抑制扰动对输出量的影响，使输出量保持在预期值上。

恒值控制系统又称为自动调节系统，其主要特征是给定量不变。

2）随动控制系统给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化而变化，如跟踪卫星的雷达天线系统。

随动系统的输入信号是一个随时间任意变化的函数（事先无法预测其变化规律），系统的任务是在存在扰动的情况下，保证输出量以一定的精度跟随输入信号的变化而变化。

在这种系统中，输出量通常是机械位移、速度或加速度。

随动系统中，若给定量变化是任意的，则称为自动跟踪系统或伺服系统，研究的重点是系统输出量跟随输入量的准确性和快速性。

随动系统在工业、交通和国防等部门有着极为广泛的应用，如机床的自动控制、舰船的操舵系统、火炮控制系统及雷达导航系统等。

3）程序控制系统若系统的输入量按一定的时间函数变化，但其变化规律是预先知道和确定的，给定值按一定时间函数变化，要求输出量与给定量的变化规律相同，此类系统称为程序控制系统。

自动控制系统的组成及分类
一、系统组成
自动控制系统主要由控制器、受控对象、执行机构和反馈通路组成。

1. 控制器：控制器的功能是接受操作人员的指令，以及对由检测装置得到的被控量进行一定的处理，以控制受控对象的控制量的大小，以满足系统的性能要求。

控制器有多种分类，按能量关系可分为电动、气动、液压、机械和混合型等；按信息传递方式可分为开环和闭环等。

2. 受控对象：受控对象又称被控对象，是指在自动化系统中需要控制的设备或装置。

受控对象根据不同的要求和控制方案，可以是一个单台设备、一条生产线或一个系统。

3. 执行机构：执行机构是自动控制系统中的重要组成部分，它的作用是根据控制器的输出信号，产生相应的动作，驱动被控对象，以改变受控量的状态。

常见的执行机构有伺服电动机、步进电机等。

4. 反馈通路：反馈通路是指把被控量的变化通过传感器和转换装置变成电信号，再传输给控制器，以实现系统的闭环控制。

反馈通路由传感器、转换装置和控制器等组成。

二、分类方式
自动控制系统有多种分类方式，以下列举几种常见的分类方式：
1. 按控制系统类型分类：可分为开环控制系统和闭环控制系统。

开环控制系统是指系统的输出只受输入的控制，与系统的过去状态无关；而闭环控制系统是指系统的输出不仅受输入的控制，还与系统的过去状态有关。

2. 按控制方式分类：可分为程序控制和随动控制。

程序控制是指系统按照预定的程序进行控制；随动控制是指系统根据被控量的变化实时调整控制参数。

3. 按控制变量的数量分类：可分为单变量控制系统和多变量控制系统。

单变量控制系统是指系统只有一个被控量；多变量控制系统是指系统有多个被控量。