自动控制原理简介

2.2自动控制基本原理与系统组成

所谓自动控制即：在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数（即被控量）自动的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,最基础的控制理论是反馈控制理论下一页点击返回反馈控制理论反馈控制的理论：在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加的控制作用是取自被控量的反馈信号，用来不断的修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务。下一页点击返回反馈控制原理

下一页点击返回2.2.1闭环控制/调节系统的组成一般的自动控制系统由被控对象、检测仪表、调节器/控制器和执行器几个基本的部分组成。检测仪表对被控参数进行测量，调节器根据给定值与测量值的偏差并按照一定的调节规律发出调节命令，控制执行器对被控对象的被控参数进行控制，使被控参数满足要求。这类控制系统就是闭环控制系统，也称为调节系统。下一页点击返回闭环控制方框图下一页点击返回单回路控制/调节系统单回路系统一般指在一个控制对象上用一个调节器来控制一个被控参数，调节器只接收一个测量信号其输出也只控制一个执行机构.下一页点击返回现代楼宇控制中,单回路控制/调节系统能够满足绝大部分的控制要求,因此,它在楼宇控制中的用量很大。单回路系统结构简单、明了,投资小,只要系统设计合理、选择合适的调节器和适当的调节规律,就能使系统满足控制要求。下一页点击返回2.2.2

控制器调节特性及其选择

调节器的作用：是把测量值与给定值进行比较,得出偏差后,根据一定的调节规律计算出输出信号,控制执行器对控制对象进行自动控制,实现对被控量的调节.(1)气动调节器(2)液动调节器(3)电动模拟调节器(4)数字调节器(使用广泛)下一页点击返回调节器的控制规律位置式比例式（Ｐ）积分式（Ｉ）比例＋积分式（ＰＩ）比例＋积分＋微分式（ＰＩＤ）(1)位置式调节所谓位置式调节,也就是开关控制或开关调节。①双位调节根据偏差值的正/负,输出两个不同的开关控制信号优点:机构简单,动作可靠。广泛应用于空调系统中,例如风机盘管温控器下一页点击返回

三位调节根据偏差的大小,输出三个不同的开关状态控制信号。三位调节系统有三种状态:全开、中间、全闭(大、中、小或正、停、反等)缺点:位式调节用于调节精度要求不高的场合.下一页点击返回(2)比例调节(P)

特点:调节速度快,稳定性大,不容易产生超调现象。缺点:有残余偏差（为什么？）适用:精度要求不高。如一般液位调节,压力调节等。下一页点击返回P调节器I/O特性曲线a)P调节器Uex调节器输出Uin偏差输入tUinUexO因为在采用比例调节器控制的自动系统中，输入偏差是维系系统运行的基础，所以必然要产生偏差，因此是有静差系统。如果要消除系统误差，必须寻找其他控制方法，比如：采用积分（Integration）调节器或比例积分（PI）调节器来代替比例调节器。下一页点击返回(3)积分调节(I)

优点:无残余偏差缺点:调节时间长,对变化快的干扰,调节效果差,极少单独使用下一页点击返回(3)积分调节(I)积分调节器如图，由运算放大器可构成一个积分电路。根据电路分析，其电路方程下一页点击返回++CUexRbalUinR0+A那么，如果既要稳态精度高，又要动态响应快，该怎么办呢？只要把比例和积分两种控制结合起来就行了，这便是比例积分控制。如前图所示，在同样的阶跃输入作用之下，比例调节器的输出可以立即响应，而积分调节器的输出却只能逐渐地变。下一页点击返回(4)比例积分调节(PI)（重点）特点:综合了比例、积分两积调节器的优点。当要求不允许存在偏差时,采用比例积分调节是最适宜,是最常用的调节规律之一。下一页点击返回在模拟电子控制技术中，可用运算放大器来实现PI调节器，其线路如图所示。Uex++C1RbalUinR0+AR1图1-38

比例积分（PI）调节器

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突加输入信号时，由于电容C1两端电压不能突变，相当于两端瞬间短路，在运算放大器反馈回路中只剩下电阻R1，电路等效于一个放大系数为Kpi的比例调节器，在输出端立即呈现电压KpiUin，实现快速控制，发挥了比例控制的优点.下一页点击返回阶跃输入时由此可见，比例积分控制综合了比例控制和积分控制两种规律的优点，又克服了各自的缺点，扬长避短，互相补充。比例部分能迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差。

分析结果下一页点击返回(5)比例微分调节(PD)

微分的作用:在惯性滞后较大的场合将大大改善调节品质。减少超调和过渡时间。