自動(dòng)控制原理簡介

2.2自動(dòng)控制基本原理與系統(tǒng)組成

所謂自動(dòng)控制即：在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)的按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。

自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué),最基礎(chǔ)的控制理論是反饋控制理論下一頁點(diǎn)擊返回反饋控制理論反饋控制的理論：在反饋控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)被控對(duì)象施加的控制作用是取自被控量的反饋信號(hào)，用來不斷的修正被控量與輸入量之間的偏差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的任務(wù)。下一頁點(diǎn)擊返回反饋控制原理

下一頁點(diǎn)擊返回2.2.1閉環(huán)控制/調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成一般的自動(dòng)控制系統(tǒng)由被控對(duì)象、檢測(cè)儀表、調(diào)節(jié)器/控制器和執(zhí)行器幾個(gè)基本的部分組成。檢測(cè)儀表對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，調(diào)節(jié)器根據(jù)給定值與測(cè)量值的偏差并按照一定的調(diào)節(jié)規(guī)律發(fā)出調(diào)節(jié)命令，控制執(zhí)行器對(duì)被控對(duì)象的被控參數(shù)進(jìn)行控制，使被控參數(shù)滿足要求。這類控制系統(tǒng)就是閉環(huán)控制系統(tǒng)，也稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)。下一頁點(diǎn)擊返回閉環(huán)控制方框圖下一頁點(diǎn)擊返回單回路控制/調(diào)節(jié)系統(tǒng)單回路系統(tǒng)一般指在一個(gè)控制對(duì)象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來控制一個(gè)被控參數(shù)，調(diào)節(jié)器只接收一個(gè)測(cè)量信號(hào)其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu).下一頁點(diǎn)擊返回現(xiàn)代樓宇控制中,單回路控制/調(diào)節(jié)系統(tǒng)能夠滿足絕大部分的控制要求,因此,它在樓宇控制中的用量很大。單回路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、明了,投資小,只要系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理、選擇合適的調(diào)節(jié)器和適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)規(guī)律,就能使系統(tǒng)滿足控制要求。下一頁點(diǎn)擊返回2.2.2

控制器調(diào)節(jié)特性及其選擇

調(diào)節(jié)器的作用：是把測(cè)量值與給定值進(jìn)行比較,得出偏差后,根據(jù)一定的調(diào)節(jié)規(guī)律計(jì)算出輸出信號(hào),控制執(zhí)行器對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制,實(shí)現(xiàn)對(duì)被控量的調(diào)節(jié).(1)氣動(dòng)調(diào)節(jié)器(2)液動(dòng)調(diào)節(jié)器(3)電動(dòng)模擬調(diào)節(jié)器(4)數(shù)字調(diào)節(jié)器(使用廣泛)下一頁點(diǎn)擊返回調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律位置式比例式（Ｐ）積分式（Ｉ）比例＋積分式（ＰＩ）比例＋積分＋微分式（ＰＩＤ）(1)位置式調(diào)節(jié)所謂位置式調(diào)節(jié),也就是開關(guān)控制或開關(guān)調(diào)節(jié)。①雙位調(diào)節(jié)根據(jù)偏差值的正/負(fù),輸出兩個(gè)不同的開關(guān)控制信號(hào)優(yōu)點(diǎn):機(jī)構(gòu)簡單,動(dòng)作可靠。廣泛應(yīng)用于空調(diào)系統(tǒng)中,例如風(fēng)機(jī)盤管溫控器下一頁點(diǎn)擊返回

三位調(diào)節(jié)根據(jù)偏差的大小,輸出三個(gè)不同的開關(guān)狀態(tài)控制信號(hào)。三位調(diào)節(jié)系統(tǒng)有三種狀態(tài):全開、中間、全閉(大、中、小或正、停、反等)缺點(diǎn):位式調(diào)節(jié)用于調(diào)節(jié)精度要求不高的場合.下一頁點(diǎn)擊返回(2)比例調(diào)節(jié)(P)

特點(diǎn):調(diào)節(jié)速度快,穩(wěn)定性大,不容易產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象。缺點(diǎn):有殘余偏差（為什么？）適用:精度要求不高。如一般液位調(diào)節(jié),壓力調(diào)節(jié)等。下一頁點(diǎn)擊返回P調(diào)節(jié)器I/O特性曲線a)P調(diào)節(jié)器Uex調(diào)節(jié)器輸出Uin偏差輸入tUinUexO因?yàn)樵诓捎帽壤{(diào)節(jié)器控制的自動(dòng)系統(tǒng)中，輸入偏差是維系系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，所以必然要產(chǎn)生偏差，因此是有靜差系統(tǒng)。如果要消除系統(tǒng)誤差，必須尋找其他控制方法，比如：采用積分（Integration）調(diào)節(jié)器或比例積分（PI）調(diào)節(jié)器來代替比例調(diào)節(jié)器。下一頁點(diǎn)擊返回(3)積分調(diào)節(jié)(I)

優(yōu)點(diǎn):無殘余偏差缺點(diǎn):調(diào)節(jié)時(shí)間長,對(duì)變化快的干擾,調(diào)節(jié)效果差,極少單獨(dú)使用下一頁點(diǎn)擊返回(3)積分調(diào)節(jié)(I)積分調(diào)節(jié)器如圖，由運(yùn)算放大器可構(gòu)成一個(gè)積分電路。根據(jù)電路分析，其電路方程下一頁點(diǎn)擊返回++CUexRbalUinR0+A那么，如果既要穩(wěn)態(tài)精度高，又要?jiǎng)討B(tài)響應(yīng)快，該怎么辦呢？只要把比例和積分兩種控制結(jié)合起來就行了，這便是比例積分控制。如前圖所示，在同樣的階躍輸入作用之下，比例調(diào)節(jié)器的輸出可以立即響應(yīng)，而積分調(diào)節(jié)器的輸出卻只能逐漸地變。下一頁點(diǎn)擊返回(4)比例積分調(diào)節(jié)(PI)（重點(diǎn)）特點(diǎn):綜合了比例、積分兩積調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)要求不允許存在偏差時(shí),采用比例積分調(diào)節(jié)是最適宜,是最常用的調(diào)節(jié)規(guī)律之一。下一頁點(diǎn)擊返回在模擬電子控制技術(shù)中，可用運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)PI調(diào)節(jié)器，其線路如圖所示。Uex++C1RbalUinR0+AR1圖1-38

比例積分（PI）調(diào)節(jié)器

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突加輸入信號(hào)時(shí)，由于電容C1兩端電壓不能突變，相當(dāng)于兩端瞬間短路，在運(yùn)算放大器反饋回路中只剩下電阻R1，電路等效于一個(gè)放大系數(shù)為Kpi的比例調(diào)節(jié)器，在輸出端立即呈現(xiàn)電壓KpiUin，實(shí)現(xiàn)快速控制，發(fā)揮了比例控制的優(yōu)點(diǎn).下一頁點(diǎn)擊返回階躍輸入時(shí)由此可見，比例積分控制綜合了比例控制和積分控制兩種規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)，又克服了各自的缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短，互相補(bǔ)充。比例部分能迅速響應(yīng)控制作用，積分部分則最終消除穩(wěn)態(tài)偏差。

分析結(jié)果下一頁點(diǎn)擊返回(5)比例微分調(diào)節(jié)(PD)

微分的作用:在慣性滯后較大的場合將大大改善調(diào)節(jié)品質(zhì)。減少超調(diào)和過渡時(shí)間。