控制系統(tǒng)的基本要求

一、自動(dòng)控制系統(tǒng)性能的基本要求

自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例

1.6.1 造紙機(jī)分部傳動(dòng)控制系統(tǒng)

1.6.2 谷物濕度控制系統(tǒng)

1.6.3 烘烤爐溫度控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)是否能很好地工作，是否能精確地保持被控量按照預(yù)定的要求規(guī)律變化，這取決于被控對(duì)象和控制器及各功能元器件的結(jié)構(gòu)和特性參數(shù)是否設(shè)計(jì)得當(dāng)。

在理想情況下，控制系統(tǒng)的輸出量和輸入量在任何時(shí)候均相等，系統(tǒng)完全無誤差，且不受干擾的影響。然而，在實(shí)際系統(tǒng)中，由于各種各樣原因，系統(tǒng)在受到輸入信號(hào)(也包括擾動(dòng)信號(hào))的激勵(lì)時(shí)，被控量將偏離輸入信號(hào)作用前的初始值，經(jīng)歷一段動(dòng)態(tài)過程(過渡過程)，則系統(tǒng)控制性能的優(yōu)劣，可以從動(dòng)態(tài)過程中較充分地表現(xiàn)出來。

控制精度是衡量系統(tǒng)技術(shù)性能的重要尺度。一個(gè)高品質(zhì)的系統(tǒng)，在整個(gè)運(yùn)行過程中，被控量對(duì)給定值的偏差應(yīng)該是最小的。

考慮動(dòng)態(tài)過程在不同階段中的特點(diǎn)，工程上通常從穩(wěn)、準(zhǔn)、好3個(gè)方面來衡量自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1.穩(wěn)定性(穩(wěn))

穩(wěn)定工作是對(duì)所有自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求，是一個(gè)系統(tǒng)能否工作的前提條件。不穩(wěn)定的系統(tǒng)根本無法完成控制任務(wù)?？紤]到實(shí)際系統(tǒng)工作環(huán)境或參數(shù)的變動(dòng)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，因此，我們除要求系統(tǒng)穩(wěn)定外，還要求其具有一定的穩(wěn)定裕量。穩(wěn)定性是系統(tǒng)的固有特性，由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)所決定，與外部輸入信號(hào)無關(guān)。

2.穩(wěn)態(tài)精度(準(zhǔn))

穩(wěn)態(tài)精度是指系統(tǒng)過渡到新的平衡工作狀態(tài)以后，或系統(tǒng)抗干擾重新恢復(fù)平衡后，最終保持的精度。穩(wěn)態(tài)精度與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及輸入信號(hào)形式有關(guān)。

3.動(dòng)態(tài)過程(好)

動(dòng)態(tài)過程是指控制系統(tǒng)的被控量在輸入信號(hào)作用下隨時(shí)間變化的全過程，衡量動(dòng)態(tài)過程的品質(zhì)好壞常采用單位階躍信號(hào)作用下過渡過程中的超調(diào)量、過渡過程時(shí)間等性能指標(biāo)。對(duì)不同的被控對(duì)象，系統(tǒng)對(duì)穩(wěn)、準(zhǔn)、好的要求有所側(cè)重。例如，隨動(dòng)系統(tǒng)對(duì)好要求較高。同一系統(tǒng)中，穩(wěn)、準(zhǔn)、好是相互制約的。提高過程的快速性，可能會(huì)加速系統(tǒng)振蕩;改善了平穩(wěn)性，控制過程又可能拖長，甚至使最終精度也變差。分析和解決這些矛盾，將是本課程的重要內(nèi)容。

自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例

1.6.1 造紙機(jī)分部傳動(dòng)控制系統(tǒng)

造紙機(jī)分部傳動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖如圖1-14所示。含有大量水分的紙張經(jīng)過第一壓榨棍后，去掉了一部分含水量，然后再進(jìn)入第二壓榨棍，再榨去一部分水分。第一壓榨棍和第二壓榨棍分別由各自的電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，顯然，兩個(gè)壓榨棍的轉(zhuǎn)速必須協(xié)調(diào)，否則將會(huì)拉斷紙頁或出現(xiàn)疊堆。

1.6.2 谷物濕度控制系統(tǒng)

谷物濕度控制系統(tǒng)原理圖如圖1-15所示。我們知道谷物含水量直接影響面粉產(chǎn)量，谷物在混合成磨料前要先濕潤，存在一個(gè)使谷物出粉最多的濕度，谷物濕度可通過加水來調(diào)整。實(shí)際中輸入谷物的水分，谷物流量和水壓均是變化不定的，為努力消除擾動(dòng)的影響，可在上部加一水箱以保證供水壓力不變，可以加一個(gè)送料漏斗以維持谷物流量基本不變。剩下就是谷物水分控制，首先測(cè)量輸入谷物水分含量，構(gòu)成順饋控制部分，同時(shí)測(cè)量輸出谷物水分含量，構(gòu)成反饋部分，調(diào)節(jié)器將兩個(gè)傳感器來的信號(hào)與要求的濕度信號(hào)結(jié)合起來，給出正確水流量所必需的自動(dòng)閥門整定值。

1.6.3 烘烤爐溫度控制系統(tǒng)

如圖1-16所示，控制的任務(wù)是保持爐溫恒定。由于爐溫既受工件數(shù)量及環(huán)境溫度的影響，又受煤氣流量的控制，故調(diào)整煤氣流量便可控制爐溫。

若工件數(shù)量增加，烘爐的負(fù)荷加大，而煤氣流量一時(shí)沒變，則爐溫下降，導(dǎo)致偏差電壓ΔU>0，故電動(dòng)機(jī)將閥門開大，增加煤氣供給量，從而使?fàn)t溫回升，直到重新等于給定值為止。

若負(fù)荷減小或煤氣壓力突然加大，則爐溫升高，偏差電壓ΔU<0，故電動(dòng)機(jī)自動(dòng)關(guān)小閥門，減小供氣量，從而使?fàn)t溫回降，直到等于給定值為止。