自动控制系统基本知识

自动控制系统基本知识

电气控制系统是实现自动化的主要手段，简称自控系统。自动控制系统是指在无人直接参与下可使生产过程或其他过程按期望规律或预定程序进行的控制系统，它是由被控对象和自动控制装置按一定方式联结起来的、能自动地完成一定控制任务的总体。其基本特征是控制系统中各个组成部件之间存在着控制和信息联系，控制的目的是使被控对象的输出能自动地按预定的规律运行，并达到预期目标。自动控制系统已被广泛应用于人类社会的各个领域。

一般自动控制装置包括测量元件、比较元件、控制器、放大元件及执行机构等。通常由以下7个部分组成，如下图所示。

1. 按控制原理的不同，自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。

一：开环控制和闭环控制

1：开环控制系统

开环控制系统框图

开环控制描述：即系统的输出端和输入端之间不存在相反的影响，在自动控制学科中称之为无反馈回路，故把这种系统称之为开环控制系统。

2：人工控制

在工业生产过程或生产设备运行中，为了维持正常的工作条件。往往需要对某些物理量（如温度、压力、流量、液位、电压、位移、转速等）进行控制，使其尽量维持在某个数值附近，或使其按一定规律变化。要满足这种需要，就要对生产机械或设备进行及时的操作和控制，以抵消外界的扰动和影响。这种操作和控制，即可用人工操作完成，又可用自动装置的操作完成，前者称为人工控制或手动控制，后者称为自动控制。

人工控制的过程是：测量→求偏差→控制→再测量→再求偏差→再控制这样一种不断循环的过程。其控制目的是要尽量减小偏差，使被控量尽可能地保持在期望值附近。

3、闭环控制系统

闭环反馈控制系统的基本组成主要有以下几种：

（1）给定元件：给出与期望输出对应的输入量。

（2）比较元件：求输入量与反馈量的偏差，常采用集成运算放大器（简称集成运放）来实现。

（3）放大元件：由于偏差信号一般较小，不足以驱动负载，故需要放大元件，包括电压放大及功率放大。

（4）执行元件：直接驱动被控对象，使输出量发生变化。常用的有电动机、调节阀、液压马达等。

（5）测量元件：检测被控量并转换为所需要的电信号。在控制系统中常用的有用于速度检测的测速发电机、光电编码盘等；用于位置与角度检测的旋转变压器、自整机等；用于电流检测的互感器及用于温度检测的热电偶等。这些检测装置一般都将被检测的物理量转换为相应的连续或离散的电压或电流信号。

（6）校正元件：也叫补偿元件，是结构与参数便于调整的元件，以串联或反馈的方式连接在系统中，完成所需的运算功能，以改善系统的性能。根据在系统中所处的位置不同，可分别称为串联校正原件和反馈校正元件。