船舶机舱自动化1-1 反馈控制系统

第1章自动控制基础第一节反馈控制系统一、反馈控制系统的结构1、反馈控制系统的组成

⑴控制对象控制对象（被控对象）：指所要控制的机器、设备或装置。被控量：而所要控制的运行参数。⑵

测量单元测量单元的作用：是检测被控量的实际值，并把它转换成统一的标准信号。测量单元包含：传感器和变送器。传感器：用于对物理量进行检测。变送器：将传感器的输出转换为调节器能够接收的信号。⑶

调节单元调节单元（控制单元）：是指具有某种调节作用规律的调节器。针对偏差信号（被控量的希望值-测量值），按照调节规律输出信号给执行机构，控制被控量，直到偏差等于零。⑷

执行机构执行机构接受调节单元输出的控制信号，并将该信号转换为作用到控制对象的实际控制动作。2、反馈控制系统传递方框图

e(t)>0：正偏差;

e(t)<0：负偏差;

e(t)=0：无偏差。⑴环节方框图中的每个小方框称为一个环节。

每个环节都有输入量和输出量。⑵扰动

扰动：引起被控量变化的因素。扰动包含：基本扰动和外部扰动。

基本扰动：是指来自控制系统内部控制通道(调节通道)的扰动。

基本扰动q(t)通过调节通道影响被控量。

外部扰动：是指来自系统外部环境的扰动。

外部扰动d(t)通过扰动通道影响被控量。⑶系统的输入与输出

系统输入：设定值r(t)和外部扰动d(t),

系统输出：输出y(t)。⑷反馈

反馈：系统输出的变化经测量单元送回到系统的输入端。

反馈分为：正反馈和负反馈。

正反馈：加强系统输入效应的反馈，它使偏差值e(t)增大;负反馈：减弱系统输入效应的反馈，它使偏差值e(t)减小。⑸前向通道与反馈通道

前向通道：从系统输入端到达系统输出端的通道。

反馈通道：从系统输出端到达系统输入端的通道。⑹闭环系统闭环系统：控制系统形成一个封闭的控制回路。

反馈控制系统必定是闭环系统。二、反馈控制系统的品质指标1、反馈控制系统的动态过程

⑴控制系统的动态过程

稳态：输出量(被控量)稳定在给定值或附近。

动态过程（过渡过程）：系统从受到扰动开始到被控量稳定在新稳态值，达到新的平衡状态的过程。⑵控制系统的典型输入信号①阶跃输入函数

②速度输入函数（斜坡输入函数）

③脉冲输入函数

④正弦输入函数2、反馈控制系统的品质指标控制系统受外部阶跃扰动后的情况⑴稳定性指标:

衰减率φ

：在衰减振荡中,第一个波峰值y1

减去第二个同相波峰值y3再除以第一个波峰值y1。

衰减比：是第一个波峰值y1

和第二个同相波峰值y3

的比值,即y1/y3。衰减率φ是衡量系统稳定性指标。要求：φ=0.75~0.9。

当φ=0.75时，y1

是y3

的4倍，衰减比为4∶1。

φ

不能小于0.75。否则系统动态过程的振荡倾向增加，降低了系统稳定性，过渡过程时间也因振荡不息而加长。

当φ=0时，其动态过程是等幅振荡，系统变成不稳定系统。

振荡次数N：在衰减振荡中，被控量的振荡次数。

一般要求被控量振荡2~3次就应该稳定下来。⑵精确性指标:

最大动态偏差emax

：是指在衰减振荡中第一个波峰的峰值,它是动态精度指标。

emax

大：说明动态精度低。要求emax小些为好。

emax

太小：有可能使动态过程的振荡加剧。

静态偏差ε：动态过程结束后,被控量新稳态值与给定值之间的差值。

ε越小：控制系统的静态精度越高。

有差调节：被控量稳定在给定值附近。

无差调节：被控量能最终稳定在给定值上。

ε

=

0：无差调节。

超调量

σp：在衰减振荡中,第一个波峰值y1减去最终稳态值y(∞)与最终稳态值y(∞)之比的百分数。超调量是评定控制系统动态精度的指标。要求：σp

<30%。

超调量太大：说明被控量偏离规定的状态太远。

⑶快速性指标:

过渡过程时间Ts：是指从控制系统受到扰动开始到被控量重新稳定下来所需的时间。

Δ

=

0.02或0.05。

上升时间

tr：在衰减振荡中，被控量从初