人工控制和自動控制

1、編輯編輯ppt12編輯編輯ppt主要內(nèi)容：1.人工控制與自動控制 2.開環(huán)控制 3.閉環(huán)控制 4.自動控制系統(tǒng)的組成 5.自動控制系統(tǒng)的分類編輯編輯ppt31.1.1 1.1.1 自動控制問題的提出自動控制問題的提出 一個簡單的水箱液面，因生產(chǎn)和生活需要，希望一個簡單的水箱液面，因生產(chǎn)和生活需要，希望液面高度液面高度h 維持恒定。當(dāng)水的流入量與流出量平衡時(shí)，維持恒定。當(dāng)水的流入量與流出量平衡時(shí)，水箱的液面高度維持在預(yù)定的高度上。水箱的液面高度維持在預(yù)定的高度上。水箱水箱流出流出流入流入h 當(dāng)水的流出量當(dāng)水的流出量增大或流入量減增大或流入量減小，平衡則被破小，平衡則被破壞，液面的高度壞，液面的高

2、度不能自然地維持不能自然地維持恒定。恒定。編輯編輯ppt4 這種出水量與進(jìn)水量的不平衡現(xiàn)象必然要經(jīng)常發(fā)這種出水量與進(jìn)水量的不平衡現(xiàn)象必然要經(jīng)常發(fā)生的。這使得這種生的。這使得這種“水位恒定的要求水位恒定的要求”變得難以實(shí)現(xiàn)變得難以實(shí)現(xiàn)了。了。 所謂所謂控制控制就是強(qiáng)制性地改變某些物理量（進(jìn)水就是強(qiáng)制性地改變某些物理量（進(jìn)水量），而使另外某些特定的物理量（如被控量液面高量），而使另外某些特定的物理量（如被控量液面高度度h）維持在某種特定的標(biāo)準(zhǔn)上。人工控制的例子。）維持在某種特定的標(biāo)準(zhǔn)上。人工控制的例子。水箱水箱（控制對象）（控制對象）流出流出流入流入h 這 種 人 為這 種 人 為地強(qiáng)制性地改地強(qiáng)

3、制性地改變進(jìn)水量，而變進(jìn)水量，而使液面（被控使液面（被控量）高度維持量）高度維持恒定的過程，恒定的過程，即是人工控制即是人工控制過程。過程。編輯編輯ppt51.2.2 1.2.2 自動控制的定義及基本職能元件自動控制的定義及基本職能元件 1. 1.自動控制的定義自動控制的定義 自動控制就是在沒有人直接參與的情況下，利用自動控制就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制器使被控對象（或過程）的某些物理量（或狀態(tài)）控制器使被控對象（或過程）的某些物理量（或狀態(tài)）自動地按預(yù)先給定的規(guī)律去運(yùn)行。自動地按預(yù)先給定的規(guī)律去運(yùn)行。水水箱箱流出流出流入流入h控制器控制器浮子浮子 當(dāng)出水與進(jìn)水的當(dāng)出水與進(jìn)水的平衡被

4、破壞時(shí)，水箱平衡被破壞時(shí)，水箱水位下降水位下降( (或上升或上升) )，出現(xiàn)偏差。這偏差由出現(xiàn)偏差。這偏差由浮子檢測出來，自動浮子檢測出來，自動控制器在偏差的作用控制器在偏差的作用下，控制閥門開下，控制閥門開大大(或或關(guān)小關(guān)小)，對偏差進(jìn)行修，對偏差進(jìn)行修正，從而保持液面高正，從而保持液面高度不變。度不變。編輯編輯ppt6 2. 2. 自動控制的基本職能元件自動控制的基本職能元件 自動控制的實(shí)現(xiàn)自動控制的實(shí)現(xiàn), ,實(shí)際上是由自動控制裝置來代替人實(shí)際上是由自動控制裝置來代替人的基本功能，從而實(shí)現(xiàn)自動控制的。畫出以上人工控制的基本功能，從而實(shí)現(xiàn)自動控制的。畫出以上人工控制與自動控制的功能方框圖進(jìn)行

5、對照。與自動控制的功能方框圖進(jìn)行對照。水箱水箱流出流出流入流入h水箱水箱流出流出流入流入h控制器控制器浮子浮子 眼睛眼睛 浮子浮子 大腦大腦 自動控制器自動控制器 肌肉、手肌肉、手 執(zhí)行元件執(zhí)行元件編輯編輯ppt7 比較兩圖可以看出，自動控制實(shí)現(xiàn)人工控制的功能，比較兩圖可以看出，自動控制實(shí)現(xiàn)人工控制的功能，存在必不可少的三種代替人的職能的基本元件：存在必不可少的三種代替人的職能的基本元件：氣氣 動動閥閥 門門希望液位希望液位實(shí)際液位實(shí)際液位浮浮 子子控制器控制器水水 箱箱肌肉和肌肉和閥門閥門希望液位希望液位實(shí)際液位實(shí)際液位大大 腦腦水水 箱箱眼眼 睛睛編輯編輯ppt8執(zhí)執(zhí) 行行元元 件件參考輸

6、入?yún)⒖驾斎胼敵鲚敵鰷y量變測量變送元件送元件控制器控制器對對 象象擾動輸入擾動輸入 測量元件與變送器（代替眼睛）；測量元件與變送器（代替眼睛）； 自動控制器（代替大腦）；自動控制器（代替大腦）； 執(zhí)行元件（代替肌肉、手）。執(zhí)行元件（代替肌肉、手）。 這些基本元件與被控對象相連接，一起構(gòu)成一個自這些基本元件與被控對象相連接，一起構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)。下圖是典型控制系統(tǒng)方框圖動控制系統(tǒng)。下圖是典型控制系統(tǒng)方框圖。編輯編輯ppt9 自動調(diào)溫空調(diào) 編輯編輯ppt10調(diào)節(jié)風(fēng)調(diào)節(jié)風(fēng)門門希望溫度希望溫度實(shí)際溫度實(shí)際溫度溫度傳感溫度傳感器器控制器控制器空調(diào)空調(diào)編輯編輯ppt11 人工控制 自動控制 控制量和被控

7、對象 自動控制的基本元件編輯編輯ppt12 電飯煲 編輯編輯ppt131.2 1.2 開環(huán)控制開環(huán)控制 開環(huán)控制是最簡單的一種控制方式，我們可以給開環(huán)控制是最簡單的一種控制方式，我們可以給出開環(huán)控制的一般定義：出開環(huán)控制的一般定義： 定義：控制量與被控量之間只有順向作用而沒有定義：控制量與被控量之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系。反向聯(lián)系。 開環(huán)控制系統(tǒng)的典型方框圖如圖所示。開環(huán)控制系統(tǒng)的典型方框圖如圖所示?？刂破骺刂破鞅豢貙ο蟊豢貙ο罂刂屏靠刂屏勘豢亓勘豢亓?交通指揮紅綠燈，自動洗衣機(jī)，自動售貨機(jī)，產(chǎn)品交通指揮紅綠燈，自動洗衣機(jī)，自動售貨機(jī)，產(chǎn)品自動生產(chǎn)線，數(shù)控車床等等。自動生產(chǎn)線，數(shù)控車床等等

8、。編輯編輯ppt14電動機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速滑臂位置滑臂位置功率功率放大器放大器電位器電位器下圖是一個直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。下圖是一個直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。 當(dāng)調(diào)節(jié)電位器滑臂位置時(shí)，改變功率放大器的輸入電壓，當(dāng)調(diào)節(jié)電位器滑臂位置時(shí)，改變功率放大器的輸入電壓，從而改變電動機(jī)的電樞電壓，最終改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。以上的從而改變電動機(jī)的電樞電壓，最終改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。以上的控制過程，用方框圖簡單直觀地表示出來?？刂七^程，用方框圖簡單直觀地表示出來。 編輯編輯ppt15 開環(huán)控制的特點(diǎn)：開環(huán)控制的特點(diǎn)： （1 1）結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、成本低。）結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、成本低。 （2 2）給定一個輸入，有相應(yīng)的

9、一個輸出。）給定一個輸入，有相應(yīng)的一個輸出。 （3 3）在系統(tǒng)方框圖中，作用信號是單方向傳遞的，）在系統(tǒng)方框圖中，作用信號是單方向傳遞的，形成開環(huán)。形成開環(huán)。 （4 4）輸出不影響輸入。）輸出不影響輸入。 （5 5）若系統(tǒng)有外界擾動時(shí)，系統(tǒng)輸出量不可能有準(zhǔn)）若系統(tǒng)有外界擾動時(shí)，系統(tǒng)輸出量不可能有準(zhǔn)確的數(shù)值，即開環(huán)控制精度不高，或抗干擾能力差。確的數(shù)值，即開環(huán)控制精度不高，或抗干擾能力差。1.3 1.3 閉環(huán)控制閉環(huán)控制 定義：凡是系統(tǒng)輸出信號對控制作用有直接影響的定義：凡是系統(tǒng)輸出信號對控制作用有直接影響的系統(tǒng)，都叫做閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)，都叫做閉環(huán)控制系統(tǒng)。編輯編輯ppt16 在控制系統(tǒng)中，控

10、制裝置對被控對象所施加的在控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控對象所施加的控控制作用，若能取自被控量的反饋信息，即根據(jù)實(shí)際輸制作用，若能取自被控量的反饋信息，即根據(jù)實(shí)際輸出來修正控制作用，實(shí)現(xiàn)對被控對象進(jìn)行控制的任務(wù)，出來修正控制作用，實(shí)現(xiàn)對被控對象進(jìn)行控制的任務(wù)，這種控制原理稱為反饋控制原理。正是由于引入了反這種控制原理稱為反饋控制原理。正是由于引入了反饋信息，使整個控制過程成為閉合的。因此，按反饋饋信息，使整個控制過程成為閉合的。因此，按反饋原理建立起來的控制系統(tǒng)，叫做閉環(huán)控制系統(tǒng)。在閉原理建立起來的控制系統(tǒng)，叫做閉環(huán)控制系統(tǒng)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，其控制作用的基礎(chǔ)是被控量與給定值環(huán)控制系統(tǒng)中，其控制作

11、用的基礎(chǔ)是被控量與給定值之間的偏差。之間的偏差。 人本身人本身就是一個具有高度復(fù)雜控制能力的閉環(huán)系就是一個具有高度復(fù)雜控制能力的閉環(huán)系統(tǒng)。比如，人可以用手拿到放在桌上的書等物，體現(xiàn)統(tǒng)。比如，人可以用手拿到放在桌上的書等物，體現(xiàn)了閉環(huán)控制的原理。了閉環(huán)控制的原理。 直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的例子。直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的例子。編輯編輯ppt17電動機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速給定給定位置位置功率功率放大器放大器電位器電位器+-負(fù)載負(fù)載擾動擾動測速發(fā)動機(jī)測速發(fā)動機(jī)ufureuaM功率功率放大器放大器電動機(jī)電動機(jī)負(fù)載負(fù)載電電位位器器F測速發(fā)動機(jī)測速發(fā)動機(jī)編輯編輯ppt18 閉環(huán)控制的特點(diǎn)：閉環(huán)控制的特點(diǎn)： 控制作

12、用不是直接來自給定輸入，而是系統(tǒng)的偏控制作用不是直接來自給定輸入，而是系統(tǒng)的偏差信號，由偏差產(chǎn)生對系統(tǒng)被控量的控制；差信號，由偏差產(chǎn)生對系統(tǒng)被控量的控制； 系統(tǒng)被控量的反饋信息又反過來影響系統(tǒng)的偏差系統(tǒng)被控量的反饋信息又反過來影響系統(tǒng)的偏差信號，即影響控制作用的大小。這種自成循環(huán)的控制作用，信號，即影響控制作用的大小。這種自成循環(huán)的控制作用，使信息的傳遞路徑形成了一個閉合的環(huán)路，稱為閉環(huán)。使信息的傳遞路徑形成了一個閉合的環(huán)路，稱為閉環(huán)。 提高了控制精度。提高了控制精度。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型方框圖如圖所示。閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型方框圖如圖所示。 控制器控制器被控對象被控對象反饋元件反饋元件輸入輸入輸

13、出輸出+-偏差偏差編輯編輯ppt19三三. .開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較 閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用了反饋，因而使系統(tǒng)的響閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用了反饋，因而使系統(tǒng)的響應(yīng)對外部干擾和內(nèi)部系統(tǒng)的參數(shù)變化均相當(dāng)不敏感。應(yīng)對外部干擾和內(nèi)部系統(tǒng)的參數(shù)變化均相當(dāng)不敏感。這樣，對于給定的控制對象，有可能采用不太精密且這樣，對于給定的控制對象，有可能采用不太精密且成本較低的元件構(gòu)成精密的控制系統(tǒng)。在開環(huán)情況下，成本較低的元件構(gòu)成精密的控制系統(tǒng)。在開環(huán)情況下，就不可能做到這一點(diǎn)。就不可能做到這一點(diǎn)。 從穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，開環(huán)控制系統(tǒng)比較容易建從穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，開環(huán)控制系統(tǒng)比較容易建造，因?yàn)閷﹂_環(huán)系統(tǒng)來說，不存在穩(wěn)定性的問題。但造，因?yàn)閷﹂_環(huán)系統(tǒng)來說，不存在穩(wěn)定性的問題。但是在閉環(huán)系統(tǒng)中，穩(wěn)定性則始終是一個重要問題。因是在閉環(huán)系統(tǒng)中，穩(wěn)定性則始終