自動(dòng)控制的基本概念 第一章 《自動(dòng)控制技術(shù)（第二版）》

全國(guó)高級(jí)技工學(xué)校電氣自動(dòng)化設(shè)備安裝與維修專業(yè)教材自動(dòng)控制技術(shù)主編：李國(guó)偉孫華（第二版）1緒論2緒論古代人類(lèi)在長(zhǎng)期的生產(chǎn)和生活中，為了減輕自己的勞動(dòng)強(qiáng)度，逐漸學(xué)習(xí)利用自然界的動(dòng)力（如風(fēng)力、水力等）代替人力、畜力，以及用自動(dòng)裝置代替人的部分腦力勞動(dòng)和對(duì)自然界動(dòng)力的控制。公元前１４世紀(jì)至公元前１１世紀(jì)，中國(guó)和巴比倫出現(xiàn)了自動(dòng)計(jì)時(shí)裝置———刻漏，為人類(lèi)研制和使用自動(dòng)裝置之始。公元１７８８年英國(guó)機(jī)械師瓦特發(fā)明離心式調(diào)速器，并把它與蒸汽機(jī)的閥門(mén)連接起來(lái)，構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)。這項(xiàng)發(fā)明對(duì)第一次工業(yè)革命和控制理論的發(fā)展產(chǎn)生了重要影響。3緒論近些年來(lái)，自動(dòng)控制技術(shù)迅猛發(fā)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防建設(shè)以及航空、航天事業(yè)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，成為促進(jìn)當(dāng)代生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)進(jìn)步的重要因素。自動(dòng)控制是指在無(wú)人直接參與的情況下，利用自動(dòng)控制裝置（簡(jiǎn)稱控制器）使整個(gè)生產(chǎn)或工作機(jī)械（稱為被控對(duì)象）自動(dòng)按預(yù)先設(shè)定的規(guī)律運(yùn)行，或使它的某些物理量（稱為被控量）按預(yù)定的要求變化。4緒論事實(shí)上，任何技術(shù)設(shè)備、工作機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程都必須按某種要求運(yùn)行。例如，要想發(fā)電機(jī)正常供電，其輸出的電壓和頻率就必須保持基本恒定，盡量不受用電負(fù)荷變化的影響；要使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，就得根據(jù)電源電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化及時(shí)控制電動(dòng)機(jī)，使其轉(zhuǎn)速盡量不受干擾；要使烘烤爐烤出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，就必須嚴(yán)格控制爐溫，使溫度保持恒定或按某種規(guī)律變化；要使火炮能自動(dòng)跟蹤并命中目標(biāo)，炮身就必須按照指揮儀的命令做相應(yīng)的方位角和俯仰角變動(dòng)；要把數(shù)噸重的人造衛(wèi)星送入數(shù)百公里外的高空軌道，使其攜帶的各種儀器能長(zhǎng)期、準(zhǔn)確地工作，就必須保持衛(wèi)星的正確姿態(tài)，使它的太陽(yáng)能電池一直朝向太陽(yáng)，無(wú)線電發(fā)射天線一直指向地球。所有的這一切都是以高水平的自動(dòng)控制技術(shù)為前提的。5緒論近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)和理論除了廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、石油、化工、電子、電力、航海、航空、航天、核反應(yīng)堆等領(lǐng)域外，其在人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)管理和其他社會(huì)生活領(lǐng)域也得到了擴(kuò)展，為各專業(yè)之間的相互滲透起了促進(jìn)作用。可以說(shuō)，自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用，使生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本、提高了經(jīng)濟(jì)效益、改善了勞動(dòng)條件，而且在人類(lèi)征服大自然、探索新能源、發(fā)展空間技術(shù)和創(chuàng)造人類(lèi)文明等方面都具有十分重要的意義，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化的重要支撐。作為現(xiàn)代工程技術(shù)人員和科學(xué)工作者，必須具備一定的自動(dòng)控制理論知識(shí)。6自動(dòng)控制的基本概念第一章7１－１

人工控制與自動(dòng)控制１－２

開(kāi)環(huán)控制１－３

閉環(huán)控制１－４

自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成１－５

自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)第一章8１－１

人工控制與自動(dòng)控制第一章9學(xué)習(xí)目標(biāo)１.了解人工控制與自動(dòng)控制的基本概念。２.熟悉開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)。３.熟悉閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及特點(diǎn)。４.掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成。５.了解自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)。10１－１

人工控制與自動(dòng)控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程和設(shè)備運(yùn)行中，為了維持正常的工作條件，往往需要對(duì)某些物理量（如溫度、壓力、流量、液位、電壓、位移、轉(zhuǎn)速等）進(jìn)行控制，使其盡量維持在某個(gè)數(shù)值附近或按一定規(guī)律變化。要滿足這種需要，就得對(duì)生產(chǎn)機(jī)械或設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的操作和控制，以抵消外界的擾動(dòng)和影響。這種操作和控制，既可由人工操作來(lái)完成，也可由自動(dòng)裝置的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)，前者稱為人工控制或手動(dòng)控制，后者稱為自動(dòng)控制。11圖１－１

人工控制的水位恒定供水系統(tǒng)１－１

人工控制與自動(dòng)控制圖１－１所示為人工控制的水位恒定供水系統(tǒng)。其中，水池中的水不斷經(jīng)出水管道流出，以供用戶使用。隨著用水量的增多，水池中的水位下降，這時(shí)若要保持水位高度不變，就得控制進(jìn)水閥門(mén)，增加進(jìn)水量以作補(bǔ)充。一、人工控制在本例中，進(jìn)水閥門(mén)的開(kāi)啟程度（簡(jiǎn)稱開(kāi)度）并非是一成不變的，而是要根據(jù)實(shí)際水位進(jìn)行操控。12一、人工控制上述過(guò)程可用人工控制加以實(shí)現(xiàn)，正確的操作步驟如下：（１）記住期望水位要求。（２）目測(cè)或通過(guò)測(cè)量工具測(cè)量出水池的實(shí)際水位。（３）將期望水位與實(shí)際水位進(jìn)行比較、計(jì)算，從而得出誤差值。（４）按照誤差的大小和正負(fù)性質(zhì)人工調(diào)節(jié)進(jìn)水閥門(mén)。由于圖１－１中由人直接參與控制，故稱為人工控制。在本例中，水池的水位是被控制的物理量，簡(jiǎn)稱被控量。水池這個(gè)設(shè)備是控制的對(duì)象，簡(jiǎn)稱對(duì)象。人工控制的過(guò)程是測(cè)量、求誤差、控制、再測(cè)量、再求誤差、再控制這樣一種不斷循環(huán)的過(guò)程。其控制目的是要盡量減小誤差，使被控量盡可能地保持在期望值附近。１－１

人工控制與自動(dòng)控制13１－１

人工控制與自動(dòng)控制圖１－２簡(jiǎn)單的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)利用某些裝置替代人工操作的控制方案就稱為自動(dòng)控制。圖１－２所示為簡(jiǎn)單的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)。圖中浮子用來(lái)測(cè)量水位高低；杠桿用來(lái)計(jì)算誤差和執(zhí)行控制操作。一、人工控制杠桿的一端由浮子通過(guò)連桿帶動(dòng)，另一端則連向進(jìn)水閥門(mén)。當(dāng)用水量增大時(shí)，水位開(kāi)始下降，浮子也隨之降低，杠桿的作用使進(jìn)水閥門(mén)往上提，開(kāi)度增大，進(jìn)水量增加，使水位回至期望值附近。反之，若用水量變小，水位及浮子上升，進(jìn)水閥門(mén)關(guān)小，減少進(jìn)水量，水位自動(dòng)下降至期望值附近。14１－１

人工控制與自動(dòng)控制上述整個(gè)過(guò)程沒(méi)有人的直接參與，故為自動(dòng)控制過(guò)程。其自動(dòng)控制的工作步驟可歸納如下：（１）利用連桿的長(zhǎng)度標(biāo)定水位的期望值。（２）當(dāng)水位超過(guò)或低于期望值時(shí)，水位誤差被浮子檢測(cè)出來(lái)，并通過(guò)杠桿作用控制進(jìn)水閥門(mén)，從而產(chǎn)生自動(dòng)控制作用。（３）按減小誤差的方向控制進(jìn)水閥門(mén)的開(kāi)度。圖１－２所示的水位恒定系統(tǒng)雖然可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，但由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而存在一定的缺陷，主要表現(xiàn)在被控制的水位高度將隨出水量的變化而變化。出水量越多，水位就越低，偏離期望值就越遠(yuǎn)，即誤差越大。也就是說(shuō)，控制的結(jié)果總存在著一定范圍的誤差。一、人工控制15１－１

人工控制與自動(dòng)控制產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是：當(dāng)出水量增加時(shí)，為了使水位基本保持恒定，就得開(kāi)大進(jìn)水閥門(mén)，使水流進(jìn)入水池以作補(bǔ)充。要開(kāi)大進(jìn)水閥門(mén)，唯一的途徑是浮子要下降更多，這就意味著控制的結(jié)果是水位要偏離期望值而降低，于是整個(gè)系統(tǒng)將在較低的水位建立起新的平衡狀態(tài)。一、人工控制為克服上述缺陷，可在原系統(tǒng)中增加一些設(shè)備組成較完善的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，如圖１－３所示。這里浮子仍是測(cè)量元件，連桿起著比較作用，它將期望水位與實(shí)際水位進(jìn)行比較，得出誤差，并以運(yùn)動(dòng)的形式推動(dòng)電位器的滑動(dòng)觸點(diǎn)做上下移動(dòng)。圖１－３較完善的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)16１－１

人工控制與自動(dòng)控制電位器輸出電壓的高低和極性充分反映出誤差的性質(zhì)（大小和方向）。電位器輸出的微弱電壓經(jīng)放大器放大后，用以控制直流伺服電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)軸經(jīng)減速器降速后拖動(dòng)進(jìn)水閥門(mén)，作為施加于系統(tǒng)的控制作用。在正常情況下，實(shí)際水位等于期望值，此時(shí)，電位器的滑動(dòng)觸點(diǎn)居中，ｕｅ＝０。當(dāng)出水量增大，浮子下降時(shí)，它帶動(dòng)電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)向上移動(dòng)，輸出電壓ｕｅ（＞０）經(jīng)放大器放大成ｕａ后控制電動(dòng)機(jī)做正向旋轉(zhuǎn)，以增大進(jìn)水閥門(mén)的開(kāi)度，促使水位回升。只有當(dāng)實(shí)際水位恢復(fù)到期望值時(shí)，才能使ｕｅ＝０，控制作用結(jié)束。一、人工控制17１－１

人工控制與自動(dòng)控制本控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)論出水量多少，自動(dòng)控制的結(jié)果總是使實(shí)際水位的高度接近于期望值，不致出現(xiàn)大誤差，從而大大提高了控制的精度。上述自動(dòng)控制和人工控制極為相似。自動(dòng)控制系統(tǒng)只不過(guò)是把某些裝置組合在一起，以代替人的控制。圖１－３中的浮子相當(dāng)于人的眼睛，連桿和電位器相當(dāng)于人的大腦，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于人的手，等等。由于這些裝置擔(dān)負(fù)著控制的職能，通常稱為控制器。任何一個(gè)控制系統(tǒng)，都是由被控制對(duì)象和控制器兩大部分組成的。一、人工控制18１－2開(kāi)環(huán)控制第一章19１－2開(kāi)環(huán)控制圖１－４他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)兩大類(lèi)。本書(shū)將以直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)為例，分別介紹開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成及運(yùn)行特點(diǎn)。圖１－４所示的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)就是一種開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。它的任務(wù)是控制電動(dòng)機(jī)使其以恒定的轉(zhuǎn)速帶動(dòng)負(fù)載工作。20１－2開(kāi)環(huán)控制該系統(tǒng)的工作原理是：調(diào)節(jié)電位器ＲＰ的滑臂，使其給出某個(gè)給定電壓ｕｇｄ。該電壓經(jīng)電壓放大和功率放大后成為ｕａ，再送往電動(dòng)機(jī)的電樞，用于控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。由于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速ｎ與電樞電壓ｕａ成正比（對(duì)同一負(fù)載而言），因此，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩ｍｆｚ不變時(shí)，只要改變給定電壓ｕｇｄ，便可得到不同的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ｎ。換言之，ｕｇｄ與ｎ具有一一對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系。在本系統(tǒng)中，直流電動(dòng)機(jī)是被控對(duì)象，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速ｎ是被控量。若把全系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)看，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ｎ是被控對(duì)象中需要嚴(yán)加控制的物理量，稱為系統(tǒng)的輸出量或輸出信號(hào)。ｎ的大小由給定電壓ｕｇｄ所決定，ｕｇｄ是原因，ｎ是結(jié)果，通常把給定電壓ｕｇｄ稱為系統(tǒng)的輸入量或輸入信號(hào)。21１－2開(kāi)環(huán)控制就圖１－４而言，只有輸入量ｕｇｄ對(duì)輸出量ｎ的單向控制作用，而輸出量ｎ對(duì)輸入量ｕｇｄ沒(méi)有任何影響，即系統(tǒng)的輸出端和輸入端之間不存在反饋回路，故稱這種系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)可用圖１－５所示的框圖來(lái)表示。圖中用方框代表系統(tǒng)中具有相應(yīng)職能的元件，用箭頭表示元件之間信號(hào)的傳遞方向。電動(dòng)機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩ｍｆｚ的任何變動(dòng)，均會(huì)構(gòu)成對(duì)輸出量ｎ的影響。22１－2開(kāi)環(huán)控制換言之對(duì)恒速控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，作用于電動(dòng)機(jī)軸上的阻力距ｍｆｚ將對(duì)系統(tǒng)的輸出起破壞作用，這種作用稱為干擾或擾動(dòng)，在圖１－５中用一個(gè)作用在電動(dòng)機(jī)上的箭頭表示。23圖１－５直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的精度，主要取決于ｕｇｄ的標(biāo)定精度以及控制裝置參數(shù)的穩(wěn)定程度，系統(tǒng)沒(méi)有抵抗外部干擾的能力，故控制精度較低。但由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低，故在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定、沒(méi)有干擾作用或所受干擾較小的場(chǎng)合下，仍會(huì)大量使用。１－3閉環(huán)控制第一章24１－3閉環(huán)控制25開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)是精度不高和適應(yīng)性較差，造成這種缺點(diǎn)的主要原因是缺乏從系統(tǒng)輸出端至輸入端的反饋回路。要克服這些缺點(diǎn)，就必須引入反饋環(huán)節(jié)，測(cè)出輸出量，并經(jīng)物理轉(zhuǎn)換后反饋到輸入端，使輸出量對(duì)控制作用有直接影響。引入反饋回路的目的是要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，提高控制質(zhì)量。在圖１－４所示的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中，加入一臺(tái)測(cè)速發(fā)電機(jī)，并對(duì)電路稍作改變，便構(gòu)成圖１－６所示的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。１－3閉環(huán)控制26在圖１－６中，測(cè)速發(fā)電機(jī)由電動(dòng)機(jī)同軸帶動(dòng)，用于測(cè)量系統(tǒng)的輸出量，即電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速ｎ，然后轉(zhuǎn)換成電壓ｕｆ，再反送到系統(tǒng)的輸入端，與給定值（系統(tǒng)的輸入量）進(jìn)行比較，從而得出電壓ｕｅ＝ｕｇｄ－ｕｆ。。圖１－６直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)由于該電壓能間接反映誤差性質(zhì)（大小和正負(fù)方向），通常稱之為偏差信號(hào)，簡(jiǎn)稱偏差。偏差ｕｅ經(jīng)放大器放大成ｕａ后，作為電樞電壓控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速ｎ。１－3閉環(huán)控制27直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)可用圖１－７所示的框圖來(lái)表示。通常將從系統(tǒng)輸入量至輸出量之間的信號(hào)傳輸通道稱為前向通道，從輸出量至反饋信號(hào)之間的信號(hào)傳輸通道稱為反饋通道。框圖中用符號(hào)“”表示比較環(huán)節(jié)，其輸出量等于各個(gè)輸入量的代數(shù)和。因此，各個(gè)輸入量均須用正負(fù)號(hào)表明其極性。圖１－７

直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖由于采用了反饋回路，因此信號(hào)的傳送路徑形成閉合環(huán)路，使輸出量反過(guò)來(lái)直接影響控制作用。這種通過(guò)反饋回路使系統(tǒng)形成閉合環(huán)路，并按偏差ｕｅ的性質(zhì)產(chǎn)生控制作用，以減小或消除偏差的控制系統(tǒng)，稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)或反饋控制系統(tǒng)。１－3閉環(huán)控制28閉環(huán)控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的糾偏能力，對(duì)干擾作用具有良好的適應(yīng)性。如圖１－６所示，設(shè)系統(tǒng)在給定電壓ｕｇｄ對(duì)應(yīng)的狀態(tài)下運(yùn)行，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為ｎ，一旦受到某些干擾（如負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大）而引起轉(zhuǎn)速下降，系統(tǒng)就自動(dòng)地產(chǎn)生以下調(diào)整過(guò)程：自動(dòng)控制的結(jié)果，就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速得到自動(dòng)補(bǔ)償，被控量ｎ基本保持恒定。由于閉環(huán)控制系統(tǒng)采用了負(fù)反饋回路，故系統(tǒng)對(duì)來(lái)自外部的干擾（如電源電壓波動(dòng)或變化）有自動(dòng)補(bǔ)償作用，而對(duì)來(lái)自內(nèi)部的干擾（如元件本身的參數(shù)變動(dòng)）不甚敏感。這樣就可以選用不太精密的元件去構(gòu)成較為精密的控制系統(tǒng)。１－3閉環(huán)控制29但是，閉環(huán)控制系統(tǒng)也有它的缺點(diǎn)，主要是反饋裝置設(shè)備增多，導(dǎo)致線路復(fù)雜。此外，對(duì)于一些慣性較大的系統(tǒng)，若參數(shù)配合不當(dāng)，控制過(guò)程可能變得很差，甚至出現(xiàn)發(fā)散或等幅振蕩等不穩(wěn)定的情況。必須指出，對(duì)主反饋而言，只有按負(fù)反饋原理組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的功能。若采用正反饋（ｕｅ＝ｕｇｄ＋ｕｆ），不但無(wú)法糾正偏差，反而會(huì)使偏差越來(lái)越大，最終導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法工作。由于閉環(huán)控制系統(tǒng)具有很強(qiáng)的自動(dòng)糾偏能力，且控制精度較高，因而在工程中獲得廣泛應(yīng)用。通常所說(shuō)的自動(dòng)調(diào)節(jié)（控制）系統(tǒng)，就是指帶有反饋裝置的閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種按偏差控制的閉環(huán)系統(tǒng)種類(lèi)繁多，盡管它們所要完成的任務(wù)不同（如液位控制、轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、壓力控制等），具體結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別，但是，從檢測(cè)出偏差到利用偏差進(jìn)行控制，再到減小或消除偏差的控制過(guò)程都是相同的。１－3閉環(huán)控制30歸納起來(lái)，自動(dòng)控制系統(tǒng)的特征主要有：（１）在結(jié)構(gòu)上，系統(tǒng)必須具有反饋裝置，并按負(fù)反饋的原則組成系統(tǒng)。采用負(fù)反饋，可以不斷檢測(cè)被控量，并將其變換成與輸入量相同的物理量，再反饋到輸入端，以便與輸入量進(jìn)行比較。（２）由偏差產(chǎn)生控制作用。系統(tǒng)必須按照偏差的性質(zhì)（大小、方向）進(jìn)行正確的控制，故系統(tǒng)中必須具有執(zhí)行糾偏任務(wù)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)正是靠放大了的偏差信號(hào)來(lái)推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以便對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。無(wú)論什么原因引起被控量偏離期望值而出現(xiàn)誤差，相應(yīng)的偏差信號(hào)都會(huì)隨之出現(xiàn)，系統(tǒng)必然產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用，以便糾正偏差。（３）控制的目的是力圖減小或消除偏差，使被控量盡量接近期望值。１－4自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成第一章31１－4自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成32圖１－８典型自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能框圖一、自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成自動(dòng)控制系統(tǒng)按其被控對(duì)象和具體用途的不同，可以有各式各樣的結(jié)構(gòu)形式。但是，從工作原理來(lái)看，自動(dòng)控制系統(tǒng)通常都是由一些具有不同職能的基本元件組成的。圖１－８所示為一個(gè)典型自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能框圖。圖中每一個(gè)方框，代表一個(gè)具有特定功能的元件。由圖可見(jiàn)，一個(gè)完善的自動(dòng)控制系統(tǒng)通常都是由測(cè)量反饋元件、比較元件、放大元件、校正元件、執(zhí)行元件以及控制對(duì)象等基本環(huán)節(jié)組成的。通常把圖中除控制對(duì)象以外的所有元件合并在一起，稱為控制器。１－4自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成33圖１－８所示框圖中主要元件的功能如下：校正元件———按某種函數(shù)規(guī)律變換控制信號(hào)，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)或靜態(tài)性能。圖中串聯(lián)校正元件和并聯(lián)校正元件是為了改善系統(tǒng)的控制性能而引入的校正環(huán)節(jié)。執(zhí)行元件———根據(jù)偏差信號(hào)的性質(zhì)執(zhí)行相應(yīng)的控制作用，使被控量按期望值變化?？刂茖?duì)象———又稱被控對(duì)象或受控對(duì)象，通常是指生產(chǎn)過(guò)程中需要進(jìn)行控制的工作機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。被控對(duì)象需要控制的物理量稱為被控量。測(cè)量反饋元件———用以測(cè)量被控量，并將其轉(zhuǎn)換成與輸入量同類(lèi)的物理量，再反饋至輸入端以作比較。比較元件———用來(lái)比較輸入信號(hào)與反饋信號(hào)，并產(chǎn)生反映兩者差值的偏差信號(hào)。放大元件———將微弱的偏差信號(hào)放大。１－4自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成34二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的常用名詞自動(dòng)控制系統(tǒng)：由被控對(duì)象和自動(dòng)控制裝置按一定方式組合，以完成某種自動(dòng)控制任務(wù)的整體。輸入信號(hào)：又稱參考輸入，通常是指給定值，它是控制輸出量變化規(guī)律的指令信號(hào)。輸出信號(hào)：指被控對(duì)象中要求按某種規(guī)律變化的物理量，又稱被控量，它與輸入量之間保持一定的函數(shù)關(guān)系。反饋信號(hào)：取自系統(tǒng)（或元件）輸出端并反向送回系統(tǒng)（或元件）輸入端的信號(hào)。反饋有主反饋和局部反饋之分。１－4自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成35二、自動(dòng)控制系統(tǒng)的常用名詞偏差信號(hào)：指參考輸入信號(hào)與主反饋信號(hào)之差。偏差信號(hào)簡(jiǎn)稱偏差，其實(shí)質(zhì)是從輸入端定義的誤差信號(hào)。誤差信號(hào)：指系統(tǒng)輸出量的實(shí)際值與期望值之差，簡(jiǎn)稱誤差，其實(shí)質(zhì)是從輸出端定義的誤差信號(hào)。顯然，在單位反饋（反饋信號(hào)不經(jīng)放大直接送入比較元件）的情況下，誤差值也就是偏差值，二者是相等的。擾動(dòng)信號(hào)：簡(jiǎn)稱擾動(dòng)或干擾，它與控制作用相反，是一種不希望存在的、能破壞系統(tǒng)輸出規(guī)律的不利因素。擾動(dòng)信號(hào)既可能來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部，也可能來(lái)自系統(tǒng)外部，前者稱內(nèi)部擾動(dòng)，后者稱外部擾動(dòng)。１－5自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)第一章36１－5自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)37自動(dòng)控制系統(tǒng)的種類(lèi)繁多，應(yīng)用范圍廣泛，它們的結(jié)構(gòu)、性能乃至控制任務(wù)也各不相同，因而分類(lèi)方法很多，不同的分類(lèi)原則會(huì)產(chǎn)生不同的分類(lèi)結(jié)果。根據(jù)有無(wú)