材料成型自動控制基礎(chǔ)雷毅版1

1、第第1章章 自動控制的基本概念自動控制的基本概念主要內(nèi)容：自動控制的基本方式主要內(nèi)容：自動控制的基本方式 自動控制系統(tǒng)的組成和類型自動控制系統(tǒng)的組成和類型 對控制系統(tǒng)的性能要求對控制系統(tǒng)的性能要求 材料成型自動控制的特點和主要發(fā)展方向材料成型自動控制的特點和主要發(fā)展方向中國石油大學勝利學院機械與控制工程學院中國石油大學勝利學院機械與控制工程學院n自動控制的基本方式：開環(huán)控制、閉環(huán)控制或復(fù)合控自動控制的基本方式：開環(huán)控制、閉環(huán)控制或復(fù)合控制制n最基本的控制方式：閉環(huán)控制（反饋控制）最基本的控制方式：閉環(huán)控制（反饋控制）n自動控制系統(tǒng)討論的自動控制系統(tǒng)討論的主要問題主要問題： 系統(tǒng)動態(tài)過程的性能，

2、即穩(wěn)準快系統(tǒng)動態(tài)過程的性能，即穩(wěn)準快n主要內(nèi)容主要內(nèi)容:n 系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計1.1 自動控制的基本方式n1.1.1 自動控制與自動控制系統(tǒng)自動控制與自動控制系統(tǒng)n自動控制：自動控制：是指在是指在沒有人直接參與沒有人直接參與的情況下，利用的情況下，利用控制裝置控制裝置使使被控制的對象被控制的對象（如焊接電弧、設(shè)備或生（如焊接電弧、設(shè)備或生產(chǎn)過程）自動的按照預(yù)定的規(guī)律工作。產(chǎn)過程）自動的按照預(yù)定的規(guī)律工作。n控制對象：控制對象：被控制的機器設(shè)備或生產(chǎn)過程被控制的機器設(shè)備或生產(chǎn)過程n控制元件：控制元件：所用的控制裝置所用的控制裝置系統(tǒng)的輸系統(tǒng)的輸入是作用入是作用于系統(tǒng)的于系統(tǒng)的激

3、發(fā)信號激發(fā)信號n自動控制系統(tǒng)：自動控制系統(tǒng)：控制裝置和控制對象的總和控制裝置和控制對象的總和控制裝置按給定量的要求控制裝置按給定量的要求向控制對象輸出操作量，向控制對象輸出操作量，使系統(tǒng)達到預(yù)定的性能或使系統(tǒng)達到預(yù)定的性能或預(yù)定的輸出預(yù)定的輸出被控制量：被控制量：系統(tǒng)的輸出（系統(tǒng)對輸入的響應(yīng)，是時間的函數(shù)）系統(tǒng)的輸出（系統(tǒng)對輸入的響應(yīng)，是時間的函數(shù)）給定值或目標值：給定值或目標值：使系統(tǒng)具有預(yù)定性能或預(yù)定輸出的信號使系統(tǒng)具有預(yù)定性能或預(yù)定輸出的信號干擾：干擾：破壞系統(tǒng)的預(yù)定性能或預(yù)定輸出的信號破壞系統(tǒng)的預(yù)定性能或預(yù)定輸出的信號n例：例：在材料成型的焊縫自動跟蹤系統(tǒng)中，要求整個焊在材料成型的焊縫

4、自動跟蹤系統(tǒng)中，要求整個焊接過程中焊炬自始至終準確對準焊縫的中心線進行焊接過程中焊炬自始至終準確對準焊縫的中心線進行焊接，使焊縫按預(yù)定的軌跡形成。但，由于焊前準備工接，使焊縫按預(yù)定的軌跡形成。但，由于焊前準備工作的差異、工件裝配公差的不準以及焊接過程中工件作的差異、工件裝配公差的不準以及焊接過程中工件受熱引起的變形等因素，使工件坡口中心位置與預(yù)定受熱引起的變形等因素，使工件坡口中心位置與預(yù)定的焊縫軌跡發(fā)生了偏差，這就要求自動控制系統(tǒng)能隨的焊縫軌跡發(fā)生了偏差，這就要求自動控制系統(tǒng)能隨時測出工件坡口中心的位置，實現(xiàn)焊縫的自動跟蹤，時測出工件坡口中心的位置，實現(xiàn)焊縫的自動跟蹤，以達到預(yù)期的目的以達到

5、預(yù)期的目的n1.1.2 開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)u開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)無控制作用無控制作用，或者說，或者說系統(tǒng)中沒有一個環(huán)節(jié)的輸入受到系統(tǒng)輸出的系統(tǒng)中沒有一個環(huán)節(jié)的輸入受到系統(tǒng)輸出的反饋作用反饋作用n開環(huán)控制系統(tǒng)特點：開環(huán)控制系統(tǒng)特點：n作用信號是作用信號是單方向單方向傳遞的傳遞的n結(jié)構(gòu)簡單，給定一個輸入量便有一個相應(yīng)的輸結(jié)構(gòu)簡單，給定一個輸入量便有一個相應(yīng)的輸出量出量n開環(huán)控制系統(tǒng)缺點：開環(huán)控制系統(tǒng)缺點：n輸出量的準確性較差，且系統(tǒng)抗外界干擾能力輸出量的準確性較差，且系統(tǒng)抗外界干擾能力差，沒有根據(jù)系統(tǒng)的實際輸出量修正輸入

6、量的差，沒有根據(jù)系統(tǒng)的實際輸出量修正輸入量的功能（無反饋），精度不高功能（無反饋），精度不高采用精密元件u閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)n直流電動機直流電動機M通過減速器驅(qū)動送絲導(dǎo)輪輸送焊絲。電動機通過減速器驅(qū)動送絲導(dǎo)輪輸送焊絲。電動機M的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速取決于直流發(fā)電機速取決于直流發(fā)電機G的輸出電壓。發(fā)電機的輸出電壓。發(fā)電機G有兩個激磁繞組有兩個激磁繞組W1、W2，通過電位器，通過電位器Rw1供給一個給定電壓供給一個給定電壓Ug，在，在W1產(chǎn)生一個磁產(chǎn)生一個磁通通 ；W2由電弧電壓由電弧電壓Ua在在W2中產(chǎn)生磁通中產(chǎn)生磁通 ，n兩個磁通方向相反：兩個磁通方向相反： 單獨存在時，發(fā)電機單獨存在時，發(fā)電機G輸

7、出電壓的極性使輸出電壓的極性使電動機電動機M向退絲方向轉(zhuǎn)動；當向退絲方向轉(zhuǎn)動；當 單獨存在時，電動機單獨存在時，電動機M向送絲方向送絲方向轉(zhuǎn)動。向轉(zhuǎn)動。n正常焊接時，正常焊接時， 電動機電動機M驅(qū)動送絲機構(gòu)有一個穩(wěn)定的送絲速度驅(qū)動送絲機構(gòu)有一個穩(wěn)定的送絲速度121212n由于某種原因使弧長自動變短，電弧電壓由于某種原因使弧長自動變短，電弧電壓Ua隨之降低，致使隨之降低，致使 減減小。此時小。此時 的差值減小的差值減小,發(fā)電機發(fā)電機G的輸出電壓減小，使焊絲送絲的輸出電壓減小，使焊絲送絲速度減慢，電弧長度迅速恢復(fù)速度減慢，電弧長度迅速恢復(fù)n若電弧長度突然增大，系統(tǒng)會由于相同原理使電弧長度迅速縮短，

8、若電弧長度突然增大，系統(tǒng)會由于相同原理使電弧長度迅速縮短，恢復(fù)原有弧長，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作恢復(fù)原有弧長，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作212-n閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)：作用信號是按作用信號是按閉環(huán)閉環(huán)傳遞的，系統(tǒng)的輸出對控傳遞的，系統(tǒng)的輸出對控制作用有制作用有直接直接的影響。這種輸入量與輸出量進行比較后，根據(jù)其的影響。這種輸入量與輸出量進行比較后，根據(jù)其偏差值實時控制，從而使輸出量有較準確的值。偏差值實時控制，從而使輸出量有較準確的值。n反饋：反饋：在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，依靠系統(tǒng)本身輸出量（弧長，亦即在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，依靠系統(tǒng)本身輸出量（弧長，亦即電弧電壓）對系統(tǒng)的反作用，在工作中不斷修正輸出量的作用電弧電壓）對

9、系統(tǒng)的反作用，在工作中不斷修正輸出量的作用反饋系統(tǒng)反饋系統(tǒng)n傳感器或變換器元件用來測量被控變量的實際值，并對被傳感器或變換器元件用來測量被控變量的實際值，并對被控量進行物理量的變換，形成反饋量控量進行物理量的變換，形成反饋量b(t)n反饋量和參考輸入量反饋量和參考輸入量r(t)進行比較，形成代數(shù)差稱為誤差，進行比較，形成代數(shù)差稱為誤差，即偏差即偏差e(t)=r(t)-b(t)n控制器根據(jù)偏差值計算出控制變量值控制器根據(jù)偏差值計算出控制變量值m(t)，并將其傳送到，并將其傳送到被控對象。任務(wù)：修正偏差，甚至包括出現(xiàn)的擾動被控對象。任務(wù)：修正偏差，甚至包括出現(xiàn)的擾動n控制系統(tǒng)要求達到的目標：控制器

10、連續(xù)進行修正作用，直控制系統(tǒng)要求達到的目標：控制器連續(xù)進行修正作用，直至偏差為零，即參考輸入量至偏差為零，即參考輸入量r(t)等于實際的反饋控制值等于實際的反饋控制值b(t)n閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)：動態(tài)系統(tǒng)、振蕩動態(tài)系統(tǒng)、振蕩n復(fù)合控制系統(tǒng)：前饋控制、反饋控制1.2 自動控制系統(tǒng)的組成和類型n自動控制系統(tǒng)的組成n指令值指令值v v。一個輸入信號，由控制者確定，與系統(tǒng)本身無關(guān)。一個輸入信號，由控制者確定，與系統(tǒng)本身無關(guān)。n給定元件。給定元件。將指令值轉(zhuǎn)換成實際輸入控制系統(tǒng)的給定值。將指令值轉(zhuǎn)換成實際輸入控制系統(tǒng)的給定值。n給定值給定值r r。實際輸入到系統(tǒng)的信號，一般正比于指令值。實際輸入

11、到系統(tǒng)的信號，一般正比于指令值n反饋量反饋量b b。與被控制量與被控制量c c具有某種函數(shù)關(guān)系（一般為比例關(guān)系），是測量元具有某種函數(shù)關(guān)系（一般為比例關(guān)系），是測量元件的輸出信號。反饋量件的輸出信號。反饋量b b與給定值比較后產(chǎn)生偏差與給定值比較后產(chǎn)生偏差e e。( (量綱量綱) )n偏差偏差e e。e=r-b,e=r-b,由比較器產(chǎn)生。這是一個最原始的控制信號，通常為小信號。由比較器產(chǎn)生。這是一個最原始的控制信號，通常為小信號。n校正元件校正元件. .為了提高系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，需要對偏差信號為了提高系統(tǒng)的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能，需要對偏差信號e進行放大進行放大、運算，使之按一定的規(guī)律變化

12、。、運算，使之按一定的規(guī)律變化。n執(zhí)行元件。執(zhí)行元件。執(zhí)行元件產(chǎn)生一個具有一定功率并能夠被控制對象接受的信號，執(zhí)行元件產(chǎn)生一個具有一定功率并能夠被控制對象接受的信號，從而使被控制量變化。執(zhí)行元件一般由功率放大器和驅(qū)動機構(gòu)組成。從而使被控制量變化。執(zhí)行元件一般由功率放大器和驅(qū)動機構(gòu)組成。n控制量控制量. .執(zhí)行機構(gòu)作用于被控制對象的信號，通常具有一定的功率，并且是能執(zhí)行機構(gòu)作用于被控制對象的信號，通常具有一定的功率，并且是能夠被對象接受的一種物理量。夠被對象接受的一種物理量。n控制對象。控制對象。自控系統(tǒng)中需要進行控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。自控系統(tǒng)中需要進行控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。n被控制

13、量。被控制量。系統(tǒng)的被控制對象中需要進行控制的物理量，能直接被測量系統(tǒng)的被控制對象中需要進行控制的物理量，能直接被測量n擾動量。擾動量。往往是一個不需要而又難以避免的外部輸入信號，它影響被控制量往往是一個不需要而又難以避免的外部輸入信號，它影響被控制量的控制精度。的控制精度。n檢測元件。檢測元件。它對被控制量進行測量，輸出反饋量。通常為一比例元件。它對被控制量進行測量，輸出反饋量。通常為一比例元件。n自動控制系統(tǒng)的類型自動控制系統(tǒng)的類型n自控系統(tǒng)有各種不同的分類方法：自控系統(tǒng)有各種不同的分類方法：n按按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制系統(tǒng)：開環(huán)控制、閉環(huán)控制和復(fù)合控制系統(tǒng)n按

14、按控制系統(tǒng)功能控制系統(tǒng)功能：恒值控制、隨動控制、過程控制、最優(yōu)控制和：恒值控制、隨動控制、過程控制、最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制系統(tǒng)等自適應(yīng)控制系統(tǒng)等n按按系統(tǒng)的物理特性系統(tǒng)的物理特性：機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)：機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)等等n此外，還可以按照描述系統(tǒng)的數(shù)學模型、系統(tǒng)中傳送信號的性質(zhì)此外，還可以按照描述系統(tǒng)的數(shù)學模型、系統(tǒng)中傳送信號的性質(zhì)和系統(tǒng)的特性等進行分類和系統(tǒng)的特性等進行分類 u恒值系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)恒值系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)n恒值系統(tǒng)恒值系統(tǒng)：（：（定值控制系統(tǒng)）輸入量為恒值或者隨時間緩慢變化定值控制系統(tǒng)）輸入量為恒值或者隨時間緩慢變化n主要任務(wù)：保證在任何干擾的

15、作用下使輸出保持恒定的設(shè)定值主要任務(wù)：保證在任何干擾的作用下使輸出保持恒定的設(shè)定值n如：恒壓、恒溫等如：恒壓、恒溫等n分析和設(shè)計主要集中在研究擾動對系統(tǒng)的影響和抗擾動的措施方面分析和設(shè)計主要集中在研究擾動對系統(tǒng)的影響和抗擾動的措施方面n隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)：（跟蹤系統(tǒng)）輸入量不是時間的解析函數(shù)，如何變化事：（跟蹤系統(tǒng)）輸入量不是時間的解析函數(shù)，如何變化事前無法估計（前無法估計（隨時間任意變化隨時間任意變化）n任務(wù)：在各種情況下保證其輸出以一定的精度并隨輸入量而改變?nèi)蝿?wù)：在各種情況下保證其輸出以一定的精度并隨輸入量而改變n如：運動目標的自動跟蹤系統(tǒng)、自動測量儀器系統(tǒng)如：運動目標的自動跟蹤系統(tǒng)、自動測

16、量儀器系統(tǒng)u線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)n線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)n當系統(tǒng)各元件的輸入輸出特性為線性特性，系統(tǒng)的狀態(tài)和性能可以用當系統(tǒng)各元件的輸入輸出特性為線性特性，系統(tǒng)的狀態(tài)和性能可以用線線性微分方程（或線性差分方程）性微分方程（或線性差分方程）來描述來描述n線性控制系統(tǒng)中各元件的靜特性必須是線性控制系統(tǒng)中各元件的靜特性必須是直線關(guān)系直線關(guān)系n線性系統(tǒng)的運算應(yīng)符合以下線性系統(tǒng)的運算應(yīng)符合以下規(guī)律規(guī)律：n1.齊次性：齊次性： 2.疊加性疊加性嚴格意義上的線性系統(tǒng)是不存在的n非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng)n系統(tǒng)中若有一個非線性特性的元件，則系統(tǒng)就要用非系統(tǒng)中若有一個非線性特性的元件，則系統(tǒng)就要用非線性

17、方程線性方程來描述。來描述。用非線性方程描述的系統(tǒng)成為非線性系統(tǒng)。用非線性方程描述的系統(tǒng)成為非線性系統(tǒng)。n特點：系統(tǒng)與變量有關(guān)，或者方程中含有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積特點：系統(tǒng)與變量有關(guān)，或者方程中含有變量及其導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項項n例如例如：wttrtytrtytytytycos)()()()()()()(2u單輸入單輸出系統(tǒng)和多輸入多輸出系統(tǒng)單輸入單輸出系統(tǒng)和多輸入多輸出系統(tǒng)nSISO：也稱單變量系統(tǒng)。也稱單變量系統(tǒng)。n輸入輸出信號各有一個，系統(tǒng)中主反饋只有一個（圖輸入輸出信號各有一個，系統(tǒng)中主反饋只有一個（圖1.2-1）nMIMO：也稱多變量系統(tǒng)。也稱多變量系統(tǒng)。n不僅輸入輸出信號多，

18、反饋回路也多，而且相互之間有耦合作用，不僅輸入輸出信號多，反饋回路也多，而且相互之間有耦合作用，所以很復(fù)雜，往往通過計算機解決所以很復(fù)雜，往往通過計算機解決n單變量系統(tǒng)可以作為多變量系統(tǒng)的一個特例單變量系統(tǒng)可以作為多變量系統(tǒng)的一個特例u有靜差系統(tǒng)和無靜差系統(tǒng)有靜差系統(tǒng)和無靜差系統(tǒng)u集中參數(shù)系統(tǒng)和分布參數(shù)系統(tǒng)集中參數(shù)系統(tǒng)和分布參數(shù)系統(tǒng)u現(xiàn)代高精度控制系統(tǒng)現(xiàn)代高精度控制系統(tǒng)1.3 對自動控制系統(tǒng)的基本要求n在控制過程中，一個理想的控制系統(tǒng)始終應(yīng)使其被控制量（輸出）在控制過程中，一個理想的控制系統(tǒng)始終應(yīng)使其被控制量（輸出）等于給定值（輸入）。但是由于機械部分質(zhì)量、慣性的存在，電等于給定值（輸入）。但

19、是由于機械部分質(zhì)量、慣性的存在，電路中儲能元件的存在以及能源功率的限制，使得運動部件的加速路中儲能元件的存在以及能源功率的限制，使得運動部件的加速度受到限制，其速度和位置難以實現(xiàn)瞬時變化，而需要經(jīng)過一個度受到限制，其速度和位置難以實現(xiàn)瞬時變化，而需要經(jīng)過一個過渡過程。過渡過程。n控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能可以通過在輸入信號作用下系統(tǒng)的過渡過程控制系統(tǒng)的暫態(tài)性能可以通過在輸入信號作用下系統(tǒng)的過渡過程（即暫態(tài)過程）來評價。（即暫態(tài)過程）來評價。n系統(tǒng)的暫態(tài)過程不僅與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，還與外加輸入信系統(tǒng)的暫態(tài)過程不僅與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)有關(guān)，還與外加輸入信號的形式有關(guān)號的形式有關(guān)1.3.1 典型輸入信號n

20、單位階躍函數(shù)單位階躍函數(shù) ：數(shù)學表達式：數(shù)學表達式：n若階躍函數(shù)幅值為若階躍函數(shù)幅值為Rp，則可表示成，則可表示成n在自動控制系統(tǒng)中，階躍函數(shù)是在自動控制系統(tǒng)中，階躍函數(shù)是應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛的一種典型輸入信號，的一種典型輸入信號，一般用系統(tǒng)對階躍函數(shù)的響應(yīng)來評價系統(tǒng)的暫態(tài)性能。一般用系統(tǒng)對階躍函數(shù)的響應(yīng)來評價系統(tǒng)的暫態(tài)性能。 00101ttt tRp1n單位脈沖函數(shù)：單位脈沖函數(shù)：數(shù)學表達式數(shù)學表達式n圖圖1.3-6所示的矩形脈沖的脈沖面積為所示的矩形脈沖的脈沖面積為1.當脈沖寬度當脈沖寬度 時，其時，其脈沖高度脈沖高度 。故單位脈沖可以看成面積總是為。故單位脈沖可以看成面積總是為1的，但脈

21、沖的，但脈沖寬度寬度 時的極限情況的矩形脈沖時的極限情況的矩形脈沖 000ttt001n定義脈沖函數(shù)如下：定義脈沖函數(shù)如下：n按此定義，脈沖的面積為按此定義，脈沖的面積為1n脈沖函數(shù)不用其幅值的大小來描述脈沖的強弱，而用脈沖面積的脈沖函數(shù)不用其幅值的大小來描述脈沖的強弱，而用脈沖面積的大小來描述脈沖的強度。大小來描述脈沖的強度。n強度為強度為A的脈沖函數(shù)為的脈沖函數(shù)為 因為：因為： 所以，單位脈沖可以看成是單位階躍函數(shù)的導(dǎo)數(shù)所以，單位脈沖可以看成是單位階躍函數(shù)的導(dǎo)數(shù))( 11)( 11lim)(0ttt tA tdtdt1n單位斜坡函數(shù)：單位斜坡函數(shù)：數(shù)學表達式數(shù)學表達式 （1(t)常省略）常

22、省略）n若斜坡函數(shù)的速度為若斜坡函數(shù)的速度為Rv，則斜坡函數(shù)可表示為，則斜坡函數(shù)可表示為 0001ttttttRvn單位加速度函數(shù)（拋物線函數(shù)）：單位加速度函數(shù)（拋物線函數(shù)）：數(shù)學表達式數(shù)學表達式n（1(t)常省略）常省略）n若加速度函數(shù)的加速度為若加速度函數(shù)的加速度為Ra，則加速度函數(shù)可表示為，則加速度函數(shù)可表示為 002101t2122tttt221tRan單位正弦函數(shù)：單位正弦函數(shù)：數(shù)學表達式：數(shù)學表達式：n（1(t)常省略）常省略）n若正弦函數(shù)的幅值為若正弦函數(shù)的幅值為A，則正弦函數(shù)可表示為，則正弦函數(shù)可表示為 00sin01sinttwttwtwtAsin1.3.2 系統(tǒng)的暫態(tài)過程n

23、零狀態(tài)零狀態(tài)：在沒有外作用時系統(tǒng)處于的某種平衡狀態(tài)：在沒有外作用時系統(tǒng)處于的某種平衡狀態(tài)n動態(tài)過程（暫態(tài)過程）：動態(tài)過程（暫態(tài)過程）：當系統(tǒng)受到外作用時，其輸出量（被控當系統(tǒng)受到外作用時，其輸出量（被控制量）將發(fā)生變化。由于系統(tǒng)中總含有制量）將發(fā)生變化。由于系統(tǒng)中總含有儲能元件儲能元件，因此輸出量的，因此輸出量的變化不可能是瞬時的，而是一個過程變化不可能是瞬時的，而是一個過程n系統(tǒng)暫態(tài)過程的性能是自動控制系統(tǒng)質(zhì)量的重要標志。對系統(tǒng)暫系統(tǒng)暫態(tài)過程的性能是自動控制系統(tǒng)質(zhì)量的重要標志。對系統(tǒng)暫態(tài)性能的態(tài)性能的要求要求：n穩(wěn)定性能：穩(wěn)定性能：當系統(tǒng)受到外作用時，若系統(tǒng)被控制量的暫態(tài)過程隨當系統(tǒng)受到外作

24、用時，若系統(tǒng)被控制量的暫態(tài)過程隨著時間推移而衰減，直到最后與希望值一致（允許有一定誤差），著時間推移而衰減，直到最后與希望值一致（允許有一定誤差），我們稱此系統(tǒng)為我們稱此系統(tǒng)為穩(wěn)定系統(tǒng)穩(wěn)定系統(tǒng) n(一定的穩(wěn)定裕量一定的穩(wěn)定裕量（相對穩(wěn)定性）（相對穩(wěn)定性）)n快速性快速性：暫態(tài)過程中被控制量上升速度的快慢以及被控制量趨向：暫態(tài)過程中被控制量上升速度的快慢以及被控制量趨向希望值的快慢希望值的快慢n暫態(tài)過程結(jié)束后系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)。暫態(tài)過程結(jié)束后系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)。n對于穩(wěn)態(tài)，要求被控制量以一定的精度達到希望值。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)對于穩(wěn)態(tài)，要求被控制量以一定的精度達到希望值。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差應(yīng)滿足系統(tǒng)控制精度的要求誤差應(yīng)

25、滿足系統(tǒng)控制精度的要求1.3.3 對控制系統(tǒng)的性能要求n穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：指系統(tǒng)受到外界擾動作用時系統(tǒng)的輸出將偏離平衡位置，指系統(tǒng)受到外界擾動作用時系統(tǒng)的輸出將偏離平衡位置，當這個擾動作用去除后，系統(tǒng)恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)或趨于一個當這個擾動作用去除后，系統(tǒng)恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)或趨于一個新的平衡狀態(tài)的能力新的平衡狀態(tài)的能力n絕對穩(wěn)定性：系統(tǒng)穩(wěn)定絕對穩(wěn)定性：系統(tǒng)穩(wěn)定n相對穩(wěn)定性：系統(tǒng)的輸出響應(yīng)振蕩的強烈程度相對穩(wěn)定性：系統(tǒng)的輸出響應(yīng)振蕩的強烈程度n快速性：快速性：系統(tǒng)實際輸出量與期望的輸出量之間產(chǎn)生偏差時消除這系統(tǒng)實際輸出量與期望的輸出量之間產(chǎn)生偏差時消除這種偏差的快速程度（系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下）種偏差

26、的快速程度（系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下）n準確性：準確性：在調(diào)整過程結(jié)束后輸出量與期望的輸出量之間的偏差，在調(diào)整過程結(jié)束后輸出量與期望的輸出量之間的偏差，即靜態(tài)精度即靜態(tài)精度n總結(jié)：總結(jié)：對控制系統(tǒng)性能的基本要求一般可歸納為：對控制系統(tǒng)性能的基本要求一般可歸納為：n1. 穩(wěn)定并有一定的裕量：必要條件穩(wěn)定并有一定的裕量：必要條件n2. 符合要求的瞬態(tài)響應(yīng)：包括系統(tǒng)的快速性、超調(diào)量等動態(tài)性能符合要求的瞬態(tài)響應(yīng)：包括系統(tǒng)的快速性、超調(diào)量等動態(tài)性能指標指標n3. 符合要求的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：系統(tǒng)經(jīng)過過渡過程達到穩(wěn)態(tài)后要求系統(tǒng)符合要求的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)：系統(tǒng)經(jīng)過過渡過程達到穩(wěn)態(tài)后要求系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差要小的穩(wěn)態(tài)誤差要小n同一系統(tǒng)對穩(wěn)

27、、準、快三個方面的要求同一系統(tǒng)對穩(wěn)、準、快三個方面的要求往往是相互制約的往往是相互制約的1.4 材料成型自動控制概況n今年來，焊接自動控制技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展很快，同時也受到了高今年來，焊接自動控制技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展很快，同時也受到了高度的重視，已成為焊接技術(shù)的一個獨立分支。從自控對象的觀點度的重視，已成為焊接技術(shù)的一個獨立分支。從自控對象的觀點來看，焊接（特別是電弧焊）與其他加工過程的控制有著不同的來看，焊接（特別是電弧焊）與其他加工過程的控制有著不同的特征，所以焊接自動控制也有和其他加工工藝過程自動化控制不特征，所以焊接自動控制也有和其他加工工藝過程自動化控制不同的特點同的特點1.4.1 焊接控

28、制特點n被控制量檢測困難：被控制量檢測困難：當焊接過程正在進行時，若可以在電弧當焊接過程正在進行時，若可以在電弧的附近檢測，就必須考慮近弧區(qū)各物理量的檢測；若將距離電弧的附近檢測，就必須考慮近弧區(qū)各物理量的檢測；若將距離電弧較遠地方的檢測量作為被控制量，需考慮時間延遲。故，如何將較遠地方的檢測量作為被控制量，需考慮時間延遲。故，如何將焊接過程中電弧的直接變量或間接變量中可以測量且測量性能良焊接過程中電弧的直接變量或間接變量中可以測量且測量性能良好的量作為被控量，這是焊接自動控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。好的量作為被控量，這是焊接自動控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。n在電弧焊過程中，可以考慮作為直接變量的被控制量

29、：焊縫的熔在電弧焊過程中，可以考慮作為直接變量的被控制量：焊縫的熔深，焊縫的熔寬，焊縫的截面面積和形狀，有加強高的焊縫外觀深，焊縫的熔寬，焊縫的截面面積和形狀，有加強高的焊縫外觀等。等。n但上述變量中，事前能直接測量的幾乎沒有，只能測其間接變量，但上述變量中，事前能直接測量的幾乎沒有，只能測其間接變量，如熔池附近的溫度和溫度梯度，熔池及其周圍的凝固部分和工件如熔池附近的溫度和溫度梯度，熔池及其周圍的凝固部分和工件的形狀，熔池金屬的流動狀態(tài)，電弧的形狀、大小、輝的形狀，熔池金屬的流動狀態(tài)，電弧的形狀、大小、輝度等n間接變量與直接變量必須在動態(tài)特性、靜態(tài)特性上一一對應(yīng)。然間接變量與直接變量必須在動態(tài)特性、靜態(tài)特性上一一對應(yīng)。然而，在實際焊接過程中對間接變量的檢測也存在不少困難，主要而，在實際焊接過程中對間接變量的檢測也存在不少困難，主要原因如下：原因如下：n1. 由于電弧發(fā)出的光、熱、聲、飛濺等干擾，在其他領(lǐng)域可使用由于電弧發(fā)出的光、熱、聲、飛濺等干擾，在其他領(lǐng)域可使用的測量技術(shù)在近弧區(qū)卻無法使用。另，埋弧焊時熔渣的存在也妨的測量技術(shù)在近弧區(qū)卻無法使用。另，埋弧焊時熔渣的存在也妨礙了有效的測量礙了有效的測量n2. 電弧焊多半是工件固定而電弧移動，要在有電弧的一面檢查，電弧焊多半是工件固定而電弧移動