電子技工業(yè)務7.1反饋控制系統(tǒng)的基本概念

第7章輪機自動化基礎知識7.1反饋控制系統(tǒng)的基本概念一、反饋控制系統(tǒng)的組成二、反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖三、反饋控制系統(tǒng)的工作過程7.1反饋控制系統(tǒng)的基本概念一、反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)，四個環(huán)節(jié)：控制對象、測量單元、調節(jié)單元、執(zhí)行機構1．控制對象指所要控制的機器、設備或裝置，而所要控制的運行參數(shù)則稱為被控量。例如，在柴油機氣缸冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)中，柴油機是控制對象，柴油機冷卻水出口溫度是被控量。2.測量單元檢測被控量的實際值，并把它轉換成統(tǒng)一的標準信號，該信號稱為被控量的測量值。在氣動控制系統(tǒng)中，對應被控量的滿量程，其統(tǒng)一的標準氣壓信號是0.02～0.1MPa；在電動控制系統(tǒng)中，對應被控量的滿量程，其統(tǒng)一的標準電流信號是0～10mA或4～20mA，使用4～20mA居多。測量單元一般包含兩部分，即傳感器和變送器，傳感器用于對物理量進行檢測，變送器則將傳感器的輸出轉換為調節(jié)器能夠接受的信號。7.1反饋控制系統(tǒng)的基本概念一、反饋控制系統(tǒng)的組成3.調節(jié)單元指具有某種調節(jié)作用規(guī)律的調節(jié)器。調節(jié)器接收測量單元送來的被控量測量值，并與被控量的希望值相比較得到偏差信號，再根據(jù)偏差信號的大小和方向（正偏差還是負偏差），按照某種調節(jié)作用規(guī)律輸出一個控制信號，送給執(zhí)行機構，對被控量施加控制作用，直到偏差等于零或接近零為止。調節(jié)器一般有位式調節(jié)器、比例調節(jié)器、比例積分調節(jié)器、比例微分調節(jié)器和比例積分微分調節(jié)器等五種。調節(jié)器作用規(guī)律有：雙位作用規(guī)律、比例作用規(guī)律、比例積分作用規(guī)律、比例微分作用規(guī)律、比例積分微分作用規(guī)律等五種7.1反饋控制系統(tǒng)的基本概念一、反饋控制系統(tǒng)的組成4．執(zhí)行機構執(zhí)行機構接受調節(jié)單元輸出的控制信號，并將該信號轉換為作用到控制對象的實際控制作用。執(zhí)行機構的輸入是調節(jié)器輸出的控制信號，執(zhí)行機構的輸出直接改變流入控制對象的物質或能量的流量，用以克服擾動，消除偏差，使被控量恢復到給定值或給定值附近。執(zhí)行機構按其所使用的能源形式可分為氣動、電動和液壓三大類。在氣動控制系統(tǒng)中，執(zhí)行機構—般是氣動薄膜調節(jié)閥或氣動活塞式調節(jié)閥；在電動控制系統(tǒng)中，一般采用伺服電機。7.1反饋控制系統(tǒng)的基本概念二、反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖7.1反饋控制系統(tǒng)的基本概念二、反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖1.環(huán)節(jié)在控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，代表實際單元的每個小方框稱為一個環(huán)節(jié)。每個環(huán)節(jié)都有輸入量和輸出量，并用帶箭頭的信號線來表示。2.擾動控制對象作為反饋控制系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)，其輸出量是被控量，而引起被控量變化的因素統(tǒng)稱為擾動。包含兩類：即基本擾動和外部擾動?；緮_動是指來自控制系統(tǒng)內部控制通道（調節(jié)通道）的擾動外部擾動是指來自系統(tǒng)外部環(huán)境的擾動。例如，鍋爐水位控制系統(tǒng)，鍋爐負荷（外部用汽量）的變化引起水位的變化7.1反饋控制系統(tǒng)的基本概念二、反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖3.系統(tǒng)的輸入與輸出從系統(tǒng)的角度來看，作為一個整體，系統(tǒng)具有兩個輸入，即設定值和外部擾動，以及一個輸出，即被控量。4.反饋系統(tǒng)輸出的變化經(jīng)測量單元又送回到系統(tǒng)的輸入端反饋有正反饋和負反饋之分。正反饋：加強系統(tǒng)輸入效應的反饋，它使偏差e增大；負反饋：減弱系統(tǒng)輸入效應的反饋，它使偏差e減小。按偏差進行控制的系統(tǒng)必定是一個負反饋控制系統(tǒng)。7.1反饋控制系統(tǒng)的基本概念二、反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖5.前向通道與反饋通道在控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，從系統(tǒng)的輸入端沿信號線方向到達系統(tǒng)輸出端的通道稱為前向通道；而相反方向的通道則稱為反饋通道。6.閉環(huán)系統(tǒng)在反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖中，前一環(huán)節(jié)的輸出就是后一環(huán)節(jié)的輸入，系統(tǒng)的輸出又經(jīng)反饋通道送回到系統(tǒng)的輸入端。，控制系統(tǒng)就形成了一個封閉的控制回路，稱為閉環(huán)系統(tǒng)，反饋控制系統(tǒng)必定是閉環(huán)系統(tǒng)。開環(huán)系統(tǒng)不再是反饋控制系統(tǒng)，無法根據(jù)偏差來實現(xiàn)設備或生產(chǎn)過程的參數(shù)自動控制。7.1反饋控制系統(tǒng)的基本概念三、反饋控制系統(tǒng)的工作過程設系統(tǒng)處在平衡狀態(tài)（即系統(tǒng)穩(wěn)定運行）時突然受到一個外部擾動，被控量將離開初始穩(wěn)定值發(fā)生變化，測量單元將把被控量的實際值送至調節(jié)器，在調節(jié)器內部，被控量的給定值與測量值進行比較，得到偏差值e，調節(jié)器依據(jù)某種調節(jié)作用規(guī)律輸出一個控制信號，通過執(zhí)行機構改變流入控制對象的物質或能量流量，被控