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1、自动控制的基本知识第1页，本讲稿共27页第一节 自动调速原理的基本概念1.1 自动控制与自动控制系统 自动控制问题的提出 所谓控制就是强制性地改变某些物理量，而使另外某些特定的物理量维持在某些特定的（恒定的或变动着的）标准上。人工控制过程。自动控制过程。第2页，本讲稿共27页一个简单的水箱液面第3页，本讲稿共27页第4页，本讲稿共27页1.2 自动控制与自动控制系统 自动控制是指在人不直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象(如机器、设备或生产过程)自动地按照预定的规律运行或变化。自动控制系统是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，一般是由控制装置和被控对象组成的。第5页，本讲稿共27
2、页自动控制技术中常用的一些术语（见P283）1.被控对象 2.系统 3.环节 4.扰动 5.反馈控制 6.控制器7.特性(静态特性和动态特性)第6页，本讲稿共27页1.3 开环控制与闭环控制 1.开环控制（见P283的图15-51）开环控制是最简单的一种控制方式。控制量与被控制量之间只有前向通路而没有反向通路。也就是说，控制作用的传递路径不是闭合的，故称为开环。开环控制的特点：（1）输入量产生控制作用影响输出量的变化；（2）输出量对输入产生的控制作用没有影响。第7页，本讲稿共27页2.开环控制系统 定义：若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，称为开环控制系统。如图1-2所示。第8页，本讲稿共
3、27页开环控制系统的特点（P284）（1）为了保证一定的控制精度，必须采用高精度元件。（2）对被控量不进行反馈，结构比较简单。（3）对干扰产生的误差不能自行修正。（4）不存在不稳定的问题。第9页，本讲稿共27页3.闭环控制 控制装置与被控对象之间既有顺向作用，又有反向联系，它将被控对象输出量送回到输入端，与给定输入量比较，而形成偏差信号，将偏差信号作用到控制器上。使系统的输出量趋向其期望值。（P283）闭环控制系统的特点：（1）控制作用不是直接来自给定输入，而是系统的偏差信号，由偏差产生对系统被控量的控制。第10页，本讲稿共27页（2）系统被控量的反馈信息又反过来影响系统的偏差信号，即影响控制
4、作用的大小。第1 1页，本讲稿共27页4.闭环控制系统 定义：凡是系统输出信号对控制作用能有直接影响的系统，都称为闭环控制系统。如图1-3所示。简言之，闭环控制就是根据输出量来决定控制。工程上，把使偏差减少的反馈称为“负反馈”。所以，闭环控制就成为负反馈的代名词。第12页，本讲稿共27页 闭环控制系统与开环控制系统相比，具有如下特点：1)系统中具有负反馈环节，可自动对输出量进行调节补偿，对系统中参数变化所引起的扰动和系统外部的扰动，均有一定的抗干扰能力。2)系统采用负反馈，除了降低系统误差、提高控制精度外、还能加速系统的过渡过程，但系统的控制质量与反馈元件的精度有关第13页，本讲稿共27页3)
5、系统闭环工作，有可能产生不稳定现象，因此存在稳定性问题。第14页，本讲稿共27页1.4 对控制系统的要求 各类控制系统为达到理想的控制目的，必须具备以下两方面的性能：（1）使系统的输出快速准确地按输入信号要求的期望输出值变化。（2）使系统的输出尽量不要受扰动的影响。衡量一个系统是否完成上述任务，把要求转化为三大性能指标来评价。（1）稳定-系统的工作基础；（2）准确-稳态精度要高，误差要小；（3）快速、平稳-动态过程时间要短，震荡要轻。第15页，本讲稿共27页第二节 自动调速系统2.1 对自动控制系统的性能要求 1稳定性 稳定性是决定一个自动控制系统能否实际应用的首要条件。2快速性 快速性是对稳
6、定系统过渡时间的长短而言的。过渡过程持续时间长，说明系统的快速性差、响应迟钝，将使系统受控量长久地出现偏差。第16页，本讲稿共27页 3准确性 准确性是指系统过渡到新的平衡状态后，其最终保持的精度。第17页，本讲稿共27页2.2 自动调速系统的性能指标 自动控制系统的性能指标，是衡量系统性能优劣的准则。自动调速系统的静态指标反映系统静态运行中的性能。主要有调速范围、静差率、调速平滑性及稳态误差等。动态指标反映系统动态过程的性能，主要有最大超调量，上升时间、调整时间及振荡次数等。经济指标反映系统的经济性，主要的调速设备投资费用等第18页，本讲稿共27页一、静态性能指标 1)调速范围D 调速范围是
7、指电动机在额定负载下，用其一方法调速时所能达到的最高转速与最低转速之比。第19页，本讲稿共27页 2)静差率s 调速系统静差率是指当电动机工作在其一条机械特性上其负载转矩由理想空载增加到额定负载(额定转速)时，对应的转速降与该特性上的理想空载转速的比值，即第20页，本讲稿共27页二、动态性能指标 动态性能指标是指一个稳定的自动调速系统在动态过程时的指标。它通常以系统在阶跃信号作用下的响应特性来衡量，如图所示。第21页，本讲稿共27页 1)最大超调量 最大超调量是调速系统转速超过其稳定值的最大偏差与稳定值之比。第22页，本讲稿共27页 2)上升时间tr 上升时间是指系统在输入量作用下系统的转速从
8、零上升到第一次到达稳定值n1所经过的时间。3)调节时间ts 调节时间是指从系统受到输入量作用开始到系统的转速进入偏离稳定值n1的正负(25)区域所需要的时间，如图所示。它反映了自动调速系统的快速性。第23页，本讲稿共27页 4)振荡次数 振荡次数是指在调节时间内，输出量在稳定值上下摆动的次数。第24页，本讲稿共27页2.3 转速负反馈单闭环直流调速系统1.单闭环调速系统的组成 对于调速系统，输出量是转速，通常引入转速负反馈构成闭环调速系统。由课本P284可见，该系统是由电压比较环节、放大器、晶闸管整流器与触发装置、直流电动机和测速发电机等部分组成。图中因为只有一个转速反馈环，所以称为单闭环调速系统。第25页，本讲稿共27页2.转速负反馈单闭环调速系统的静特性 见P284中的系统个环节的稳态关系。闭环调速系统的静特性表示闭环系统电动机转速与负载电流的稳态关系，它在形式上与开环机械特性相似，但本质上不同，因此称为“静特性”第26页，本讲稿共27页3.单闭环调速系统的基本特征（1）具有比例放大器的单闭环调速系统是有静差的（2）闭环系统具有较强的抗干扰性能（3）闭环系统对给定信号和检测装置中的扰动无能为力。第27页，本讲稿共27页