第2章自動化的核心

——自動控制

1本章內容自動控制的基本形式

開環(huán)控制，閉環(huán)控制，補償控制最基本和最常用的控制方法——PID控制

比例、積分、微分控制

最熱門的控制方法——智能控制

專家控制、模糊控制、神經網絡控制

自動控制的發(fā)展概況

技術、理論

2什么是自動控制？

自動控制與自動化的關系和區(qū)別：自動控制是自動化的重要組成部分；自動化強調的是代替人完成任務，而自動控制強調的則是控制，通過控制使某些變量（如溫度、速度、壓力、位置、運動軌跡等）按要求變化。自動控制就是無須人的直接參與，通過控制裝置去自動操縱機器、設備等，使其按照預定的規(guī)律運行，完成要求的任務。32.1自動控制的基本形式4例：電加熱爐的爐溫控制外部擾動：電源電壓波動，環(huán)境溫度變化等內部擾動：元器件老化、參數改變，工件體積和質量變化等給定電位器

～給定電壓加熱爐+-交流電源電熱絲功率放大器工件2.1.1最簡單的控制——開環(huán)控制5特點：沒有反饋，結構簡單，但抗擾性差，控制精度低原理圖：方塊圖：功率放大器加熱爐控制輸入（給定電壓）（電功率）輸出量（爐溫）控制裝置受控對象擾動量擾動量給定電位器

～給定電壓加熱爐+-交流電源電熱絲功率放大器工件62.1.2自動控制的精髓——反饋控制例：電加熱爐的爐溫反饋控制（人作為控制器）給定電位器

～給定電壓加熱爐+-交流電源電熱絲功率放大器工件溫度檢測根據爐溫的高低調節(jié)給定電壓，從而調節(jié)溫度7給定電位器

～控制量加熱爐控制器誤差e

溫度變送器

變換電壓uf電熱絲溫度

傳感器功率放大器溫度信號+-交流電源

給定電壓uru輸出量y（爐溫）+-工件注：反饋控制又稱為“閉環(huán)控制”電加熱爐的爐溫反饋控制（自動控制）8方塊圖：

原理圖：控制器加熱爐爐溫檢測ur擾動y－eufu相加點(綜合點)檢測噪聲給定電位器

～控制量加熱爐控制器誤差e

溫度變送器

變換電壓uf電熱絲溫度

傳感器功率放大器溫度信號+-交流電源

給定電壓uru輸出量y（爐溫）+-工件9正反饋例：音響系統、振蕩電路等反饋控制的特點：有反饋信息（信號傳遞形成閉合回路），抗擾性好，控制精度高反饋形式：負反饋（廣泛應用），正反饋（很少用）10反饋系統的相關術語：受控對象反饋信號溫度：被控量給定信號比較環(huán)節(jié)檢測環(huán)節(jié)-給定電位器

～控制量加熱爐控制器誤差e

溫度變送器

變換電壓uf電熱絲溫度

傳感器功率放大器溫度信號+-交流電源u輸出量y（爐溫）+工件11控制裝置受控對象檢測環(huán)節(jié)給定信號擾動－反饋信號控制量誤差被控量反饋控制系統的基本結構：12反饋控制系統舉例：水箱的水位控制+-水位y出水閥門誤差進水水箱放大器M電機給定電位計方塊圖？13反饋控制舉例：全自動燃氣熱水器手動調節(jié)全自動反饋調節(jié)：自動根據水溫調節(jié)火力進水出水進氣燃氣熱水器原理圖14反饋控制舉例：電冰箱的溫度控制繼電控制器溫度檢測15反饋控制舉例：樓房恒壓供水水泵調速

控制器進水至用水戶水壓檢測流量檢測16其他反饋控制的例子：人走路、騎車、駕車等數控機床自動加工零件交通信號反饋控制雷達火炮系統自動跟蹤飛機人的體溫、呼吸、心跳等教學過程、人才培養(yǎng)過程人口控制、經濟控制…還有哪些你知道的反饋控制系統例？172.1.3即時糾偏—補償控制例：電加熱爐對電源電壓波動的補償控制電源電壓↑輸出電壓↑，但補償調節(jié)器使控制電壓↓

輸出電壓基本不變溫度基本不變功率放大器加熱爐輸出電壓爐溫控制電壓擾動電源電壓波動給定電位器給定電壓擾動檢測補償調節(jié)器補償控制的特點：提供一個控制作用來盡量抵消擾動對系統的影響，抑制擾動比反饋控制更及時。18功率放大器加熱爐輸出電壓爐溫補償與反饋相結合的爐溫復合控制系統爐溫檢測控制電壓擾動給定電位器控制器給定電壓誤差反饋電壓電源電壓波動擾動檢測補償調節(jié)器補償控制屬于開環(huán)控制，補償效果取決于設計是否準確，而且僅對特定可測擾動有效，一般擾動要靠反饋控制來抑制。19復合控制系統例：水箱的水位反饋控制+

針對出水流量變化的補償控制+-水位y出水閥門誤差進水水箱放大器M電機給定電位計出水流量檢測補償調節(jié)器出水流量變化補償調節(jié)改變閥門開度水位基本不變比單純的反饋調節(jié)更快、更及時！20補償控制可更快地及時