系统的分类

为研究、分析或综合问题方便起见,可对有关系统从不同角度分类。

1.对广义系统,可按反馈情况分类

1)开环系统(open-loop system).当一个系统以所需的方框图表示而没有反馈回路时,称之为开环系统。对自动控制系统而言,在方框图中,开环系统没有任何一个环节的输入受到系统输出的反馈作用。例如,图1.3.1(a)所示的数控机床进给系统(其方框图为图1.4.1),在此系统中,输入装置、控制装置、驱动装置和工作台这四个环节的输入的变化自然会影响工作台位置即系统的输出。但是,系统的输出并不能反过来影响任一环节的输入,因为这里没有任何反馈回路。

2)闭环系统(closed-loop system).当一个系统以所需的方框图表示而存在反馈回路时,称之为闭环系统。对自动控制系统而言,在方框图中,闭环系统任何一个环节的输入都可以受到系统输出的反馈作用。控制装置的输入受到输出的反馈作用时,该系统就称为全闭环系统,或简称为闭环系统。例如,图1.3.1(b)所示的数控机床进给系统(其方框图为图1.4.2),系统的输出通过由检测装置构成的反馈回路后,也成为控制装置的输入之一。显然,系统的输出同控制装置的输入有交互作用,因而影响到驱动装置与工作台的输入。


2.对自动控制系统,还可按输出变化规律分类

1)自动调节系统。自动调节系统是指在外界干扰作用下,系统的输出仍能基本保持为常量的系统。如图1.4.3所示的恒温调节系统,室温为其输出。当恒温室受到某种干扰,室温偏离给定值时,热敏感元件将发生作用,接通电路,开动调温装置,直到室温回到给定值为止。显然,这类系统是闭环系统,其输入即为与输出给定值相应的某物理量,在恒温调节系统中是热敏感元件的调整状态。

2)随动系统。随动系统是指在外界条件作用下,系统的输出能相应于输入在广阔范围内按任意规律变化的系统。例如,炮瞄雷达系统就是随动系统。飞机的位置是输入,高射炮的指向是输出,高射炮的指向随飞机位置的变动而变动。又如,电液伺服电动机、液压仿形刀架等都是这类系统。

3)程序控制系统。程序控制系统是指在外界条件作用下,系统的输出按预定程序变化的系统。例如,图1.3.1(a)、(b)所示的数控机床进给系统就是程序控制系统。显然,程序控制系统可以是开环系统,也可以是闭环系统。

由上述可知,一个闭环的自动控制系统主要由控制部分和被控部分组成。控制部分的功能是接收指令信号和被控部分的反馈信号,并对被控部分发出控制信号。被控部分的功能则是接收控制信号,发出反馈信号,并在控制信号的作用下实现被控运动。图1.4.4是一个典型闭环反馈控制系统的框图。该系统的控制部分由以下几个环节组成。


给定环节。它是给出输入信号的环节,用于确定被控对象的目标值(或称给定值),给定环节可以用各种形式(电量、非电量、数字量、模拟量等)发出信号。例如,数控机床进给系统的输入装置就是给定环节。

②测量环节。它用于测量被控变量,并将被控变量转换为便于传送的另一物理量(一般为电量)。例如,用电位计将机械转角转换为电压信号,用测速电动机将转速转换成电压信号,用光栅测量装置将直线位移转换成数字信号等。前述例中的工作台位置检装置、热敏感元件等,均为这类环节。一般说来,测量环节是非电量的电测量环节。

比较环节。在这个环节中,将输人信号x;与测量环节发出来的有关被控变量x.的反馈量xb相比较,得到一个小功率的偏差信号ε,ε=x;-xb.如幅值比较、相位比较、位移比较等。偏差信号是比较环节的输出。

放大及运算环节。为了实现控制,要将偏差信号做必要的校正,然后进行功率放大,以便推动执行环节。常用的放大类型有电流放大、电气-液压放大等。

执行环节。它接收放大环节送来的控制信号,驱动被控对象按照预期的规律运行。执行环节一般是一个有源的功率放大装置,工作中要进行能量转换。例如,把电能通过直流电动机转换成机械能,驱动被控对象做机械运动。前述例中的工作台驱动装置、调温装置等,都属这类环节。给定环节、测量环节、比较环节、校正放大环节和执行环节一起,组成了这一控制系统的控制部分,目的是对被控对象(即被控部分)实现控制。当然,有的装置可兼有两个环节的作用。闭环自动控制系统的特点是,利用输入信息与反馈至输入处的信息这两者之间的偏差对系统的输出进行控制,使被控对象按一定的规律运动。显然,这里的反馈作用就是力图减小反馈信息与输入信息之间的偏差,以期尽可能获得所希望的输出。因为只要偏差存在,系统的输出就要受到偏差的校正。了解更多机械化设备,五斗送料机系统分析。偏差越大,校正作用越强;偏差越小,校正作用越弱,直至偏差趋于最小值。这就是闭环自动控制系统中的反馈控制作用。其实,正如前文所述,在自然界,在人类社会,在人的本身,在日常生活中,就存在着大量的自动控制系统。人就是一个极其复杂而又极其完备的自动控制系统:以体温作为输出,人就是一个自动调节系统;以人追捕某一对象的行动为输出,人就是一个随动系统;以人按计划办事的行动为输出,人就是一个程序控制系统。三合一送料机系统。人的触觉、听觉、嗅觉和味觉等感觉器官都是检测装置,人的大脑是中枢控制装置,人的有关器官是执行装置,人的神经系统传输信息,起着联系各装置的回路作用。以人作为一个自动控制系统,执行装置的有关器官一般也是被控对象。

 



2021年04月05日

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作者:YANXIAOWEI

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