自动控制原理 课件 1.4自动控制系统的控制方式

1.4自动控制系统的控制方式

自动控制系统的控制方式包括开环控制、闭环控制和复合控制，它们都有其各自的特点和不同的适用场合。1.4.1开环控制系统

开环控制系统是指被控量对控制作用不产生影响的系统。在开环控制系统中，不对被控量进行任何检测，在输出端和输入端之间不存在反馈联系，信号从输入端到输出端之间的传递是单向进行的。

许多现代化设备如CD播放机、计算机磁盘驱动器和录音机等都需要电动机以恒定的转速带动转台旋转。图1-4-1所示的转台转速控制系统属于开环控制系统，通过调节电位器的滑臂，使其输出参考电压

ur，经放大器放大后成为

ua，加到直流电动机的电枢两端，从而控制电动机以恒定的转速带动转台旋转。图1-4-1转台转速开环控制系统示意图

在本系统中，转台是被控对象，转台的转速是被控量即输出量，参考电压为系统的输入量，整个控制过程可用图1-4-2所示的方框图表示，从图中可以看出，只有输入量对输出量的单向控制作用，而输出量对输入量却没有任何影响和联系，这种系统称为开环控制系统。图1-4-2转台转速开环控制系统方框图

该系统在理想条件下，转台转速

ω

与电枢电压

ua成正比，只要改变给定电压

ur，便可得到期望的转速

ω

。然而由于电动机磨损或磁盘发热、振动、噪声以及元器件老化等因素会使转台的转速偏离期望值，这些使被控量偏离期望值的因素称为干扰或扰动，系统在受到干扰的影响后，输出量无法反映到系统输入端从而对

ua产生影响，也就无法消除干扰对转台转速的影响，因此该系统控制精度较差。

一般来说，开环控制系统结构比较简单，成本较低，但对可能出现的被控量偏离给定值的偏差没有任何修正能力，抗干扰能力差，控制精度不高。一般适用于在控制精度要求不高或扰动影响较小的场合，如自动洗衣机、步进电机控制及水位调节等系统。1.4.2闭环控制系统

闭环控制系统是指被控量对控制作用产生影响的系统。在闭环控制系统中，输入端和输出端之间，除了有一条从给定值到被控量方向传递信息的前向通道外，还有一条从被控量到比较环节传递信号的反馈通道。图1-4-2转台转速开环控制系统方框图

图1-4-3所示的转台转速为闭环控制系统。在该系统中转台转速

ω

由转速计测量并转换成与之成比例的电压信号

uc，再反馈到系统的输入端，与给定电压

ur进行比较，得到偏差电压

。

经直流放大器放大后驱动直流电动机旋转，从而使转台速度ω

始终保持在给定的精度范围内。若采用精密元件，则转台速度与期望速度间的误差可降低到开环系统误差的百分之一。

整个控制过程可用图1-4-4所示的方框图表示，从图中清晰地表明，由于采用了反馈回路，信号的传输路径形成闭合回路，输出量反过来直接影响控制作用，这种系统称为闭环控制系统。图1-4-4转台转速闭环控制系统方框图

综上所述，闭环控制系统的控制实质是将系统的被控量经测量后反馈到系统输入端，与给定值相比较，利用偏差信号对系统进行调节，从而达到减小偏差或消除偏差的目的。由于闭环控制系统是根据负反馈原理按偏差进行控制的，因此也叫作反馈控制系统或偏差控制系统。

闭环控制是自动控制系统最基本的控制方式，也是应用最广泛的一种控制方式。这种控制方式控制精度较高，因为无论是干扰的作用，还是系统结构参数的变化，只要被控量偏离给定值，系统就会自行纠正偏差。因此，闭环控制系统在控制工程中得到了广泛的应用。但由于闭环控制系统结构复杂，建造困难，参数如果匹配得不好，会造成被控量有较大摆动，甚至系统无法正常工作。1.4.3复合控制系统

复合控制就是开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式。实质上，它是在闭环控制回路的基础上，附加了输入信号或扰动作用的顺馈通路，来提高系统的控制精度。顺馈通路通常由对输入信号的补偿装