目录

  • 1 追根溯源“自动化”
    • 1.1 自动化的起源
    • 1.2 无处不在的自动化
  • 2 反馈是“自动”之魂
    • 2.1 手动控制“三步骤”
    • 2.2 自动控制“三步骤”
    • 2.3 反馈调节原理的普遍性和优点
  • 3 “稳定性”压倒一切
    • 3.1 自动控制的核心问题:稳定性
    • 3.2 数学模型与稳定性分析
    • 3.3 控制器结构与参数设计
  • 4 信息化助推自动化
    • 4.1 数字式控制器:微处理器
    • 4.2 信息技术助推自动化
  • 5 “自动化”无处不在
    • 5.1 航空航天中的自动化
    • 5.2 工业制造中的自动化
    • 5.3 自动化的广泛应用
自动控制“三步骤”





自动控制(原理)是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器),使机器、设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控制量)自动地按照预定的规律运行。

自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期,是以反馈理论为基础的自动调节原理,主要用于工业控制。二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪、火炮定位系统、雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备,进一步促进并完善了自动控制理论的发展。到战后,已形成完整的自动控制理论体系,这就是以传递函数为基础的经典控制理论,它主要研究单输入单输出的线形定常数系统的分析和设计问题。

20世纪60年代初期,随着现代应用数学新成果的推出和电子计算机的应用,为适应宇航技术的发展,自动控制理论跨入了一个新的阶段——现代控制理论。它主要研究具有高性能、高精度的多变量变参数的最优控制问题,主要采用的方法是以状态为基础的状态空间法。目前,自动控制理论还在继续发展,正向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。

为了实现各种复杂的控制任务,首先要将被控制对象和控制装置按照一定的方式连接起来,组成一个有机的整体,这就是自动控制系统。在自动控制系统中,被控对象的输出量即被控量是要求严格加以控制的物理量,它可以要求保持为某一恒定值,例如温度、压力或飞行轨迹等;而控制装置则是对被控对象施加控制作用的相关机构的总体,它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制,但最基本的一种是基于反馈控制原理的反馈控制系统。

在上图中,出被控制对象外的其余部分统称为控制装置,它必须具备以下三种职能部件:

测量元件:用以测量被控量或干扰量;

比较元件:将被控量与给定值进行比较;

执行元件:根据比较厚的偏差,产生执行作用,去操纵被控对象。

参与控制的对象来自三条通道:即给定值、干扰量、被控量。

开环控制

开环控制——系统的输出端与输入端之间不存在反馈回路,输出量对系统的控制作用没有影响。

按给定值操纵的开环控制

特点:控制装置只按给定值来控制受控对象;

优点:控制系统结构简单,相对来说成本低;

缺点:对可能出现的被控量偏离给定值的偏差没有任何修正能力,抗干扰能力差,控制精度不高。


按干扰补偿的开环控制

定义:利用干扰信号产生控制作用,以及时补偿干扰对被控量的直接控制。

特点:只能对可测干扰进行补偿,对不可测干扰以及受控对象、各种功能部件内部参数变化对被控量的影响,系统自身无法控制。

适用于:存在强干扰且变化比较强烈的场合。

按偏差调节的闭环控制

特点:通过计算被控量和给定值的差值来控制被控对象;

优点:可以自动调节由于干扰和内部参数的变化而引起的变动。

如上图所示,反馈回来的信号与给定值相减,即根据偏差进行控制,称为负反馈,反之称为正反馈。

这种控制方式控制精度较高,因为无论是干扰的作用,还是系统结构参数的变化,只要被控量偏离给定值,系统就会自行纠偏。但是闭环控制系统的参数如果匹配得不好,会造成被控量的较大改动,甚至系统无法正常工作。

复合控制

复合控制——就是开环控制和闭环控制相结合的一种控制。实质上,它是在闭环回路的基础上附加了一个输入信号或扰动作用的顺馈通路,来提高系统的控制精度。








自动控制系统的基本组成。