機電控制系統(tǒng)的概念和發(fā)展概況

第1章概述1.1機電控制系統(tǒng)的概念和開展概況控制的根本概念“控制〔control〕”這一詞，如今已相當(dāng)廣泛地應(yīng)用在各行各業(yè)，如溫度控制、微機控制、人口控制等。所謂控制，其定義是：“為到達(dá)某種目的，對某一對象施加所需的操作”。含有“調(diào)節(jié)、調(diào)整”，“管理、監(jiān)督”，“運用、操作”等意思。在上述定義中所說的對象，是指物體、機器、過程或經(jīng)濟、社會現(xiàn)象等一般廣泛的系統(tǒng)，叫做被控對象。對于想實現(xiàn)控制的目標(biāo)量，比方電動機的轉(zhuǎn)速、儲水容量水位、油壓缸中活塞的位置、爐內(nèi)溫度等叫做控制量，而把所希望的轉(zhuǎn)速、水位、位置、溫度等叫做目標(biāo)值或參據(jù)量。根據(jù)產(chǎn)生控制作用的主體的不同，控制可分為手動控制和自動控制。由人本身通過判斷和操作進行的控制叫做手動控制。例如汽車的駕駛，司機為到達(dá)目的地，需要根據(jù)路況和車況不斷地操縱方向盤；又如人的行走、抓放物品等行為也都可稱為手動控制。所謂自動控制，是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置〔稱控制裝置或控制器〕使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程的某個工作狀態(tài)或參數(shù)自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。自動控制技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的許多領(lǐng)域中起著越來越重要的作用，例如，數(shù)控車床按照預(yù)定程序自動地切削工件，化學(xué)反響爐的溫度或壓力自動地維持恒定，雷達(dá)和計算機組成的導(dǎo)彈發(fā)射和制導(dǎo)系統(tǒng)自動地將導(dǎo)彈引導(dǎo)到敵方目標(biāo)，無人駕駛飛機按照預(yù)定航線自動升降和飛行，人造衛(wèi)星準(zhǔn)確地進入預(yù)定軌道運行并回收等，這一切都是以高水平的自動控制技術(shù)為前提的。另一方面，為了實現(xiàn)各種復(fù)雜的控制任務(wù)，首先要將被控對象和控制裝置按照一定的方式連接起來，組成一個有機總體，這就是自動控制系統(tǒng)。在自動控制系統(tǒng)中，被控對象的輸出量，即被控量是需要嚴(yán)格加以控制的物理量，它可以要求保持為某一恒定值，例如溫度、壓力、液位等，也可要求按照某個給定規(guī)律運行，例如飛行航線、記錄曲線等；而控制裝置那么是對被控對象施加控制作用的機構(gòu)的總體，它可以采用不同的原理和方式對被控對象進行控制。自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術(shù)科學(xué)。它的開展初期，是以反響理論為根底的自動調(diào)節(jié)原理，并主要用于工業(yè)控制。第二次世界大戰(zhàn)期間，為了設(shè)計和制造飛機及船用自動駕駛儀、火炮定位系統(tǒng)、雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)以及其他基于反響原理的軍用裝備，而進一步促進并完善了自動控制理論的開展。到戰(zhàn)后，已形成完整的自動控制理論體系，這就是以傳遞函數(shù)為根底的經(jīng)典控制理論，它主要研究單輸入-單輸出、線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。20世紀(jì)60年代初期，隨著現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)新成果的推出和電子計算機技術(shù)的應(yīng)用，為適應(yīng)宇航技術(shù)的開展，自動控制理論跨入了一個新階段——現(xiàn)代控制理論。它主要研究具有高性能、高精度的多變量變參數(shù)系統(tǒng)的控制問題，采用的方法是以狀態(tài)方程為根底的時域法。目前，自動控制理論還在繼續(xù)開展，并且已跨越學(xué)科界限，正向以控制論、信息論、仿生學(xué)為根底的智能控制理論深入。機械與控制有史以來，機械可以代替人類從事各種有益的工作，彌補了人類體力和能力的缺乏，在各個方面都給我們的生活帶來了極大的幫助。從機械的開展史可看到，機械的開展和進步與控制是密不可分的。一方面，機械運轉(zhuǎn)本身，廣義地講也可稱為控制，只有配備一定的控制裝置才可以到達(dá)某種較復(fù)雜的工作目的〔盡管這種控制裝置最初是通過純機構(gòu)來實現(xiàn)的〕。另一方面，機械的廣泛深入的應(yīng)用，也促進了控制科學(xué)的產(chǎn)生和開展。例如，作為工業(yè)革命象征的蒸汽機當(dāng)時主要用于各種機械驅(qū)動，為了消除蒸汽機因負(fù)荷變化而對轉(zhuǎn)速造成的影響，19世紀(jì)末詹姆斯·瓦特創(chuàng)造了離心調(diào)速器。但離心調(diào)速器在某種使用條件下，蒸汽機的轉(zhuǎn)速和調(diào)速器套筒的位置依然會周期性地發(fā)生很大變化，形成異常運轉(zhuǎn)狀態(tài)。蒸汽機和調(diào)速器能單獨地各自穩(wěn)定地工作，為什么在組合的情況下就出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)呢？這一問題促使人們展開了相關(guān)研究和探索。直到19世紀(jì)后半葉麥克斯韋提出了系統(tǒng)特性以及勞斯·胡爾維茲發(fā)現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定工作的條件〔穩(wěn)定性判據(jù)〕后上述問題才得以解決，這也可以說是控制理論的開始。生產(chǎn)工藝的開展對機械系統(tǒng)也提出了愈來愈高的要求，為到達(dá)工作目的，使得機械已不再是純機械結(jié)構(gòu)了，更多的是與電氣、電子裝置結(jié)合在一起，形成了機電控制系統(tǒng)。例如，一些精密機床要求加工精度達(dá)百分之幾毫米，甚至幾微米，重型鏜床為保證加工精度和光潔度，要求在極慢的穩(wěn)速下進給，即要求在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速；為了提高效率，由數(shù)臺或數(shù)十臺設(shè)備組成的生產(chǎn)自動線，要求統(tǒng)一控制和管理等。這些要求都是靠驅(qū)動裝置及其控制系統(tǒng)和機械傳動裝置的有機結(jié)合來實現(xiàn)的。由此也可得出機電控制和自動控制的關(guān)系：自動控制是以一般系統(tǒng)為對象，廣泛地使用控制方法進行控制系統(tǒng)的理論設(shè)計；而機電控制就是應(yīng)用自動控制工程學(xué)的研究結(jié)果，把機械作為控制對象，研究怎樣通過采用一定的控制方法來適應(yīng)對象特性變化從而到達(dá)期望的性能指標(biāo)。機電控制系統(tǒng)的開展概況機電控制系統(tǒng)的開展按所用控制器件來劃分，它主要經(jīng)歷了四個階段：最早的機電控制系統(tǒng)出現(xiàn)在20世紀(jì)初，它僅借助于簡單的接觸器與繼電器等控制電器，實現(xiàn)對被控對象的啟、停以及有級調(diào)速等控制，它的控制速度慢，控制精度也較差；20世紀(jì)30年代控制系統(tǒng)從斷續(xù)控制開展到連續(xù)控制，連續(xù)控制系統(tǒng)可隨時檢查控制對象的工作狀態(tài)，并根據(jù)輸出量與給定量的偏差對被控對象自動進行調(diào)整，它的快速性及控制精度都大大超過了最初的斷續(xù)控制，并簡化了控制系統(tǒng)，減少了電路中的觸點，提高了可靠性，使生產(chǎn)效率大為提高；20世紀(jì)40~50年代出現(xiàn)了大功率可控水銀整流器控制；時隔不久，50年代末期出現(xiàn)了大功率固體可控整流元件—晶閘管，很快晶閘管控制就取代了水銀整流器控制，后又出現(xiàn)了功率晶體管控制，由于晶體管、晶閘管具有效率高、控制特性好、反響快、壽命長、可靠性高、維護容易、體積小、重量輕等優(yōu)點，它的出現(xiàn)為機電自動控制系統(tǒng)開辟了新紀(jì)元。隨著數(shù)控技術(shù)的開展，計算機的應(yīng)用特別是微型計算機的出現(xiàn)和應(yīng)用，又使控制系統(tǒng)開展到一個新階段——計算機數(shù)字控制，它也是一種斷續(xù)控制，但是和最初的斷續(xù)控制不同，它的控制間隔〔采樣周期〕比控制對象的變化周期短得多，因此在客觀上完全等效于連續(xù)控制，它把晶閘管技術(shù)與微電子技術(shù)、計算機技術(shù)緊密地結(jié)合在一起，使晶體管與晶閘管控制具有強大的生命力。20世紀(jì)70年代初，計算機數(shù)字控制系統(tǒng)應(yīng)用于數(shù)控機床和加工中心，這不僅加強了自動化程度，而且提高了機床的通用性和加工效率，在生產(chǎn)上得到了廣泛應(yīng)用。工業(yè)機器人的誕生，為實現(xiàn)機械加工全面自動化創(chuàng)造了物質(zhì)根底。20世紀(jì)80年代以來，出現(xiàn)了由數(shù)控機床、工業(yè)機器人、自動搬運車等組成的統(tǒng)一由中心計算機控制的機械加工自動線——柔性制造系統(tǒng)〔FMS〕，它是實現(xiàn)自動化車間和自動化工廠的重要組成局部。機械制造自動化的高級階段是走向設(shè)計和制造一體化，即利用計算機輔助設(shè)計〔CAD〕與計算機輔助制造〔CAM〕形成產(chǎn)品設(shè)計與制造過程的完整系統(tǒng)，對產(chǎn)品構(gòu)思和設(shè)計直至裝配、試驗和質(zhì)量管理這一全過程實現(xiàn)自動化，以實現(xiàn)制造過程的高效率、高柔性、高質(zhì)量，實現(xiàn)計算機集成制造系統(tǒng)〔CIMS〕。機電一體化系統(tǒng)〔產(chǎn)品〕機電控制技術(shù)是機電一體化系統(tǒng)〔產(chǎn)品〕的重要支撐技術(shù)，那么，什么是機電一體化系統(tǒng)〔產(chǎn)品〕呢？“機電一體化”〔Mechatronics〕是各相關(guān)技術(shù)有機結(jié)合所形成的一個新概念，其中的“Mechatronics”是Mechanics〔機械學(xué)〕與Electronics〔電子學(xué)〕組合而成的英語，是由日本《機械設(shè)計》雜志于1971年提出的。對于機電一體化，目前尚無公認(rèn)的、統(tǒng)一的定義。幾個較能反映機電一體化性質(zhì)的定義如下：日經(jīng)產(chǎn)業(yè)新聞：“電子技術(shù)的電子學(xué)與機械技術(shù)的機械學(xué)相結(jié)合的技術(shù)進步的總稱。”富士通法納克公司：“將機械學(xué)和電子學(xué)有機結(jié)合而提供的更為優(yōu)越的技術(shù)。”日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟研究所：“機電一體化乃是在機械的主功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置用相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱?！睓C電一體化具有“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩方面的內(nèi)容。機電一體化技術(shù)主要包括機電控制技術(shù)和機械設(shè)計等技術(shù)、原理，使機電一體化產(chǎn)品〔或系統(tǒng)〕得以實現(xiàn)、使用和開展；機電一體化“產(chǎn)品”主要是指機械系統(tǒng)〔或部件〕與以微型計算機為代表的微電子系統(tǒng)〔或部件〕相互置換或有機結(jié)合而構(gòu)成的新“系統(tǒng)”，且被賦予了新的功能和性能。由此可見，傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)與控制技術(shù)和信息技術(shù)的有機結(jié)合，不僅促使生產(chǎn)經(jīng)營模式的開展和變革，而且促進開發(fā)性能優(yōu)越的、機電相結(jié)合的機械產(chǎn)品，創(chuàng)造新的制造工藝和加工手段，使系統(tǒng)〔產(chǎn)品〕高附加值化，即多功能、高效率化、高可靠性、節(jié)省能源，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，增強企業(yè)的市場競爭力。機電一體化技術(shù)在機械制造業(yè)中的應(yīng)用，大致經(jīng)歷了參數(shù)數(shù)顯、硬件數(shù)控〔NC控制〕、計算機數(shù)控〔CNC控制〕、柔性生產(chǎn)系統(tǒng)〔FMS〕、計算機集成制造系統(tǒng)〔CIMS〕、虛擬制造系統(tǒng)〔VMS〕等過程，使加工制造技術(shù)與生產(chǎn)經(jīng)營模式緊密結(jié)合，形成現(xiàn)代制造技術(shù)和系統(tǒng)。1.2機電控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成機電控制系統(tǒng)一般由8個局部組成，如圖1-1所示。圖中，“”代表比擬元件，它將測量元件檢測到的被控量與輸入量進行比擬；“-”號表示兩者符號相反，即負(fù)反響；“+”號表示兩者符號相同，即正反響。信號從輸入端沿箭頭方向到達(dá)輸出端的傳輸通路稱前向通路；系統(tǒng)輸出量經(jīng)測量元件反響到輸入端的傳輸通路稱主反響通路。前向通路與主反響通路共同構(gòu)成主回路。此外，還有局部反響通路以及由它構(gòu)成的內(nèi)回路。只包含一個主反響通路的系統(tǒng)稱單回路系統(tǒng)；有兩個或兩個以上反響通路的系統(tǒng)稱多回路系統(tǒng)。各個局部的功能和作用如下。圖1-1機電控制系統(tǒng)的組成框圖測量元件職能是檢測被控制的物理量，如執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)、加工狀況等。這些參數(shù)通常有位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)角、壓力、流量、溫度等。如果這個物理量是非電量，一般再轉(zhuǎn)換為電量。比擬元件職能是把測量元件檢測的被控量實際值與給定元件的輸入量進行比擬，求出它們之間的偏差。常用的比擬元件有差動放大器、機械差動裝置、電橋電路等。放大元件職能是將比擬元件給出的偏差信號進行放大，用來推動執(zhí)行元件去控制被控對象。電壓偏差信號可用電子管、晶體管、集成電路、晶閘管組成的電壓放大級和功率放大級加以放大。執(zhí)行元件職能是直接推動被控對象，使其被控量發(fā)生變化，完成特定的加工任務(wù)，如零件的加工或物料的輸送。執(zhí)行機構(gòu)直接與被加工對象接觸。根據(jù)不同的用途，執(zhí)行機構(gòu)具有不同的工作原理、運作規(guī)律、性能參數(shù)和結(jié)構(gòu)形狀，如車床、銑床、送料機械手等，結(jié)構(gòu)上千差萬別。驅(qū)動元件與執(zhí)行機構(gòu)相連接，給執(zhí)行機構(gòu)提供動力，并控制執(zhí)行機構(gòu)啟動、停止和換向。驅(qū)動元件的作用是完成能量的供應(yīng)和轉(zhuǎn)換。用來作為執(zhí)行元件的有閥、電動機、液壓馬達(dá)等。補償元件也叫校正元件，它是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的元件，用串聯(lián)或反響的方式連接在系統(tǒng)中，其作用是完成加工過程的控制，協(xié)調(diào)機械系統(tǒng)各局部的運動，具有分析、運算、實時處理功能，以改善系統(tǒng)的性能。最簡單的校正元件是由電阻、電容組成的無源或有源網(wǎng)絡(luò)，復(fù)雜的那么用STD總線工業(yè)控制機、工業(yè)微機〔PC〕、單片微機等組成?？刂茖ο笫强刂葡到y(tǒng)要操縱的對象。它的輸出量即為系統(tǒng)的被調(diào)量〔或被控量〕，例如機床、工作臺、設(shè)備或生產(chǎn)線等。機電控制系統(tǒng)各組成局部之間的連接匹配局部稱為接口。接口分為兩種，機械與機械之間的連接稱為機械接口，電氣與電氣之間的連接稱為接口電路。如果兩個組成局部之間相匹配，那么接口只起連接作用。如果不相匹配，那么接口除起連接作用外，還需起某種轉(zhuǎn)換作用，如連接機床主軸和電機的減速箱，連接傳感器輸出信號和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的放大電路，這些接口既起連接又起匹配的作用。機電控制系統(tǒng)的根本工作原理是，操作人員將加工信息〔如尺寸、形狀、精度等〕輸入到控制計算機，計算機發(fā)出啟動命令，啟動驅(qū)動元件運轉(zhuǎn)，帶動執(zhí)行機構(gòu)進行加工。測量元件實時檢測加工狀態(tài)，將信息反響到計算機，經(jīng)計算機分析、處理后，發(fā)出相應(yīng)的控制指令，實時地控制執(zhí)行機構(gòu)運動，如此反復(fù)進行，自動地將工件按輸入的加工信息完成加工。1.3機電控制系統(tǒng)的根本控制方式反響控制方式反響控制是機電控制系統(tǒng)最根本的控制方式，也是應(yīng)用最廣泛的一種控制系統(tǒng)。在反響控制系統(tǒng)中，控制裝置對被控對象施加的控制作用，是取自被控量的反響信息，用來不斷修正被控量的偏差，從而實現(xiàn)對被控對象進行控制的任務(wù)，這就是反響控制的原理。其實，人的一切活動都表達(dá)出反響控制的原理，人本身就是一個具有高度復(fù)雜控制能力的反響控制系統(tǒng)。例如，人用手拿取桌上的書，汽車司機操縱方向盤駕駛汽車沿公路平穩(wěn)行駛等，這些日常生活中習(xí)以為常的平凡動作都滲透著反響控制的深奧原理。下面，通過解剖手從桌上取書的動作過程，透視一下它所包含的反響控制機理。如圖1-2所示，書的位置是手運動的指令信息，一般稱為輸入信號〔或參據(jù)量〕。取書時，首先人要用眼睛連續(xù)目測手相對于書的位置，并將這個信息送入大腦〔稱為位置反響信息〕，然后由大腦判斷手與書之間的距離，產(chǎn)生偏差信號，并根據(jù)其大小發(fā)出控制手臂移動的命令〔稱控制作用或操縱量〕，逐漸使手與書之間的距離〔即偏差〕減小。只要這個偏差存在，上述過程就要反復(fù)進行，直到偏差減小為零，手便取到了書。可以看出，大腦控制手取書的過程，是一個利用偏差〔手與書之間距離〕產(chǎn)生控制作用，并不斷使偏差減小直至消除的運動過程。顯然，反響控制實質(zhì)上是一個按偏差進行控制的過程，因此，它也稱為按偏差的控制，反響控制原理就是按偏差控制的原理。圖1-2人取書的反響控制系統(tǒng)方塊圖通常，我們把取出的輸出量送回到輸入端，并與輸入信號相比擬產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為反響。假設(shè)反響的信號是與輸入信號相減，使產(chǎn)生的偏差越來越小，那么稱為負(fù)反響，反之，那么稱為正反響。反響控制就是采用負(fù)反響并利用偏差進行控制的過程，而且，由于引入了被控量的反響信息，整個控制過程成為閉合的，因此反響控制也稱閉環(huán)控制。其特點是不管什么原因使被控量偏離期望值而出現(xiàn)偏差時，必定會產(chǎn)生一個相應(yīng)的控制作用去減小或消除這個偏差，使被控量與期望值趨于一致。可以說，按反響控制方式組成的反響控制系統(tǒng)，具有抑制任何內(nèi)、外擾動對被控量產(chǎn)生影響的能力，有較高的控制精度。但這種系統(tǒng)使用的元件多，線路復(fù)雜，特別是系統(tǒng)的性能分析和設(shè)計也較麻煩。盡管如此，它仍是一種重要的并被廣泛應(yīng)用的控制方式，自動控制理論主要的研究對象就是用這種控制方式組成的系統(tǒng)。采用反響控制方式的一個例子是函數(shù)記錄儀。函數(shù)記錄儀是一種通用的自動記錄儀，它可以在直角坐標(biāo)上自動描繪兩個電量的函數(shù)關(guān)系。同時，記錄儀還帶有走紙機構(gòu)，用以描繪一個電量對時間的函數(shù)關(guān)系。函數(shù)記錄儀通常由變換器、測量元件、放大元件、伺服電動機-測速機組、齒輪系及繩輪等組成，采用負(fù)反響控制原理工作，其原理如圖1-3所示。系統(tǒng)的輸入是待記錄電壓，被控對象是記錄筆，其位移即為被控量。系統(tǒng)的任務(wù)是控制記錄筆的位移，在記錄紙上描繪出待記錄的電壓曲線。在圖1-3中，測量元件是由電位器組成的橋式測量電路，記錄筆就固定在電位器的滑臂上，因此，測量電路的輸出電壓與記錄筆位移成正比。當(dāng)有變化的輸入電壓時，在放大元件輸入口得到偏差電壓，經(jīng)放大后驅(qū)動伺服電動機，并通過齒輪系及繩輪帶動記錄筆移動，同時使偏差電壓減小。當(dāng)偏差電壓時，電動機停止轉(zhuǎn)動，記錄筆也靜止不動。此時，說明記錄筆位移與輸入電壓相對應(yīng)。如果輸入電壓隨時間連續(xù)變化，記錄筆便描繪出隨時間連續(xù)變化的曲線。函數(shù)記錄儀結(jié)構(gòu)圖見圖1-4，圖中測速發(fā)電機反響的信號是與電動機速度成正比的電壓，用以增加阻尼，改善系統(tǒng)性能。圖1-3函數(shù)記錄儀原理示意圖圖1-4函數(shù)記錄儀結(jié)構(gòu)圖開環(huán)控制方式開環(huán)控制方式是指控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程，按這種方式組成的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)，其特點是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響。開環(huán)控制系統(tǒng)可以按給定量控制方式組成，也可以按擾動控制方式組成。按給定量控制的開環(huán)控制系統(tǒng)，其控制作用直接由系統(tǒng)的輸入量產(chǎn)生，給定一個輸入量，就有一個輸出量與之相對應(yīng)，控制精度完全取決于所用的元件及校準(zhǔn)的精度。因此，這種開環(huán)控制方式?jīng)]有自動修正偏差的能力，抗擾動性較差，但由于其結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、本錢低，在精度要求不高或擾動影響較小的情況下，這種控制方式還有一定的實用價值。目前，用于國民經(jīng)濟各部門的一些自動化裝置，如自動售貨機、自動洗衣機、產(chǎn)品生產(chǎn)自動線、數(shù)控車床以及指揮交通的紅綠燈的轉(zhuǎn)換等，—般都是開環(huán)控制系統(tǒng)。按擾動控制的開環(huán)控制系統(tǒng)是利用可測量的擾動量，產(chǎn)生一種補償作用，以減小或抵消擾動對輸出量的影響，這種控制方式也稱順饋控制或前饋控制。例如，在一般的直流速度控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速常常隨負(fù)載的增加而下降，且其轉(zhuǎn)速的下降與電樞電流的變化有一定的關(guān)系。如果我們設(shè)法將負(fù)載引起的電流變化測量出來，并按其大小產(chǎn)生一個附加的控制作用，用以補償由它引起的轉(zhuǎn)速下降，就可以構(gòu)成按擾動控制的開環(huán)控制系統(tǒng)。這種按擾動控制的開環(huán)控制方式是直接從擾動取得信息，并以此來改變被控量，其抗擾動性好，控制精度也較高，但它只適用于擾動是可測量的場合。復(fù)合控制方式反響控制在外擾影響出現(xiàn)之后才能進行修正工作，在外擾影響出現(xiàn)之前那么不能進行修正工作。按擾動控制方式在技術(shù)上較按偏差控制方式簡單，但它只適用于擾動是可測量的場合，而且一個補償裝置只能補償一個擾動因素，對其余擾動均不起補償作用。因此，比擬合理的一種控制方式是把按偏差控制與按擾動控制結(jié)合起來，對于主要擾動采用適當(dāng)?shù)难a償裝置實現(xiàn)按擾動控制，同時，再組成反響控制系統(tǒng)實現(xiàn)按偏差控制，以消除其余擾動產(chǎn)生的偏差。這樣，系統(tǒng)的主要擾動已被補償，反響控制系統(tǒng)就比擬容易設(shè)計，控制效果也會更好。這種按偏差控制和按擾動控制相結(jié)合的控制方式稱為復(fù)合控制方式。1.4對機電控制系統(tǒng)的根本要求盡管機電控制系統(tǒng)有不同的類型，而且每個系統(tǒng)也都有不同的特殊要求，但對于各類系統(tǒng)來說，在系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)時，我們感興趣的都是系統(tǒng)在某種典型輸入信號下，其被控量變化的全過程。例如，對恒值控制系統(tǒng)是研究擾動作用引起被控量變化的全過程；對隨動系統(tǒng)是研究被控量如何克服擾動影響并跟隨參據(jù)量的變化過程。但對每一類系統(tǒng)中被控量變化全過程提出的根本要求都是一樣的，且可以歸結(jié)為穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性，即穩(wěn)、準(zhǔn)、快的要求。穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。一個穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，其被控量偏離期望值的初始偏差應(yīng)隨時間的增長逐漸減小或趨于零。具體來說，對于穩(wěn)定的恒值控制系統(tǒng)，被控量因擾動而偏離期望值后，經(jīng)過一個過渡過程的時間，被控量應(yīng)恢復(fù)到原來的期望值狀態(tài)：對于穩(wěn)定的隨動系統(tǒng)，被控量應(yīng)能始終跟蹤參據(jù)量的變化。反之，不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，其被控量偏離期望值的初始偏差將隨時間的增長而發(fā)散，因此，不穩(wěn)定的控制系統(tǒng)無法實現(xiàn)預(yù)定的控制任務(wù)。線性自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所決定，與外界因素?zé)o關(guān)。這是因為控制系統(tǒng)中一般含有儲能元件或慣性元件，如繞組的電感、電樞轉(zhuǎn)動慣量、電爐熱容量、物體質(zhì)量等，儲能元件的能量不可能突變，因此，當(dāng)系統(tǒng)受到擾動或有輸入量時，控制過程不會立即發(fā)生，而是有一定的延緩，這就使得被控量恢復(fù)期望值或跟蹤參據(jù)量有一個時間過程，稱為過渡過程。例如，在反響控制系統(tǒng)中，由于被控對象的慣性，會使控制動作不能及時糾正被控量的偏差，控制裝置的慣性那么會使偏差信號不能及時轉(zhuǎn)化為控制動作