第一章 绪论 第三节 机械控制的应用实例在线视频

大家好

上一次课给大家介绍了机械工程控制论的研究对象

任务及反馈的概念

今天我们进一步了解系统的分类

及对控制系统的基本要求

对控制系统来说，可从不同的角度加以分类

一按反馈情况

可以分为开环控制系统

闭环控制系统

复合控制系统

二

按元件类型可分为

机械系统，电力系统

机电系统，液压系统

气动系统，生物系统等

三按系统的功能，可以分为温度控制系统

压力控制系统 位置控制系统 速度控制系统

四按系统的性能可以分为

线性系统

非线性系统

定常系统与时变系统

五

按输入信号的变化规律来分可以分为恒值系统

随动系统程序控制系统

六

按系统内部传输信号的性质

可以分为连续系统

离散系统

按输入输出信号的数目可以分为

单输入单输出系统

多输入多输出系统

下面

我们就按反馈情况

详细分析自动控制系统的构成

一般来说

自动控制系统有三种基本的控制方式

一

就是开环控制系统

二，闭环控制系统

三，复合控制系统

它们三种都有其各自的特点和不同的使用场合

其中，闭环控制方式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

下面我们首先给大家介绍开环控制方式

开环控制方式是指控制装置与被控对象之间

只有顺向作用而没有反向连续的控制过程

按这种控制方式

组成的系统就称为开环控制系统

其特点是系统的输出量不会对系统的控制

作用发生影响

如图一所示

就是开环控制系统的方框图

其特点为

结构简单，容易实现成本低

但是，精度低，抗干扰能力差

下面是一个具体的开环控制系统的例子

直流电动机转速控制系统

如图二所示

电位器通过调整产生给定电压值

该电压值是0到10伏

对应

电动机产生0到1千转每分钟的转速

如图三所示就是该开环控制系统所对应的方框图

开环控制系统

他的输出对系统没有控制作用

比如说

步进电机驱动的数控机床

普通的洗衣机

家用的电烤箱，微波炉等

如图四所示，就是步进电机驱动的数控机床的方框图

二

闭环控制方式

需要控制的是数控对象的被控量

而测量的是被控量对给定值的偏差

无论是由干扰造成的还是由结构原理

引起的

只要被控量出现偏差

系统就会自行纠偏

如图四所示

其特点为抗干扰能力强

稳态精度高

但是存在稳定性问题，并且结构复杂，实现不易成本高

一般来说，闭环系统的基本组成

为

一，给定环节，二，测量环节

三比较缓解四

放大运算元件五执行环节

具体构成如图五所示

闭环控制系统

其输出对系统有控制作用

如发动机离心调速系统

伺服电机驱动的数控机床

恒温箱

等等

如图六所示就是伺服电机

驱动的数控机床的

方框原理图

我们在日常生活中使用的抽水马桶

也是一个典型的闭环控制系统

如图七所示

水箱原来处于一个平衡状态

如果打开阀门冲水冲好后关上阀门

水位发生变化，水位下降

水位差就会变大

通过扶直反馈到执行机构

机械杠杆带动活塞打开此时

水位

变大使水位差变小

浮子上浮，那么回到原有的控制状态

对应该抽水马桶

其原理方框图如图八所示

这就是负反馈的控制系统

检测偏差，然后进行调解

使偏差减少

最后消除偏差

实现按偏差控制的，这样的一个结果

我们再举一个例子

引入闭环控制系统之后

上述给大家介绍的直流电动机的控制系统

由图八所示，我们可以看到

加入了一个测速发电机

引入了测速发电机时候

这时，电压放大器的输出

就是由两部分来构成ur再加上ub

如果外来的电网电压波动，使电机的转速上升

则由测速发电机确定的电压值ub上升

则u=ur加ub就会下降

则UK下降ua下降

导致

转述n下降，消除了偏差

控制转速稳定，这就是负反馈

如图九所示就是该闭环控制系统的原理方框图

同开环系统相比

该系统由于干扰引起的转速误差要小得多

如果极性接错

这时电压放大器的输入就会越来越高

如果外来的电网电压波动

使电机的转速上升，

则由测速发电机确定的ub上升

咋获得的电压值等于ur+ub继续上升

导致转速越来越大，电动机损坏

失去控制，这就是正反馈

也就是说，请同学们在连接这一类的接线中，

极性一定不能接错

下面我们来给大家介绍一下

针对控制系统有哪些基本要求

用三个字来描述

就是稳快准

什么叫稳呢？稳就是稳定性

是指动态过程的震荡程度

和系统重新恢复平衡工作状态的能力

稳定性是对控制系统最基本的要求

对于稳定的恒值系统

被控量因扰动而偏离期望值后，

经过一个过渡过程时间

被控量应恢复到原来的期望值状态

对于稳定的随动系统

被控量

应能始终跟随输入量的变化

二，快速性

指动态过程进行的时间长短

过程时间持续很长

将使系统长久的出现偏差

同时也说明系统响应很迟钝

难以复现快速变化的指令信号

稳定性和快速性，反映了系统在控制过程中的性能

第三，准确性要求

指系统过渡到新的平衡工作状态以后

或者

系统受到扰动，重新恢复平衡以后

最终保持的精度

反映了动态过程后期的性能

准通常用系统的稳态误差来表示

由于受控对象的具体情况不同

各种系统对稳

快准的要求是有所侧重的

例如

随动系统对会要求较高

而恒值控制系统则对稳限制严格

在同一个系统中

上述三方面的性能要求通常是相互制约的

对于一个自动控制系统来说

最重要的就是系统的稳定性，

这是自动控制系统能正常工作的首要条件

要使一个自动通知系统满足稳定性，准确性，快速性要求

除了要求组成此系统的所有元器件的性能

都是稳定，准确和响应快速外

更重要的是，应用自动控制理论对整个系统进行分析和修正

以保证系统整体性能指标的实现

一个性能优良的机械工程自动控制系统

决不是机械和电器的简单组合

而是经过对整个系统进行仔细分析和精心设计的结果

自动控制理论为机械工程系统

分析和设计提供理论依据和方法

自动控制系统的这些性能

可以用性能指标具体描述

我们将在以后的章节详细给大家介绍

今天的课程到这里就结束了，谢谢大家