1、自動控制系統(tǒng)的分類
自動控制系統(tǒng)按其控制對象的不同分為兩大類。一類具有運(yùn)動性質(zhì),需由電動機(jī)拖動來實(shí)現(xiàn),稱為運(yùn)動控制系統(tǒng)(或稱傳動控制系統(tǒng)),而將運(yùn)動控制系統(tǒng)的工作過程稱為運(yùn)動控制;另一類的控制對象是如溫度、壓力、流量、物料、成分、液位和酸堿度等工業(yè)生產(chǎn)過程中的量,比如精餾塔中化工產(chǎn)品的生產(chǎn)控制、鍋爐中的蒸汽溫度的控制等,控制這類對象的自動控制系統(tǒng)稱為過程控制系統(tǒng),而將過程控制系統(tǒng)的工作過程稱為過程控制。
一般,過程控制中常常伴有物體的流動和能量的流動,控制好物量流和能量流的大小,可以達(dá)到過程控制目標(biāo)的要求。運(yùn)動控制的執(zhí)行元件是電動機(jī),過程控制的執(zhí)行元件是調(diào)節(jié)閥。無論是運(yùn)動控制還是過程控制,它們均適用于相同的自動控制理論。
但是,由于被控對象不相同的特點(diǎn),兩類控制系統(tǒng)在響應(yīng)特性上也呈現(xiàn)出不同的特征。例如,運(yùn)動控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間短、響應(yīng)速度快;而過程控制系統(tǒng)中常常含有大慣性環(huán)節(jié)、大延時(shí)環(huán)節(jié)等,調(diào)節(jié)時(shí)間長,響應(yīng)速度慢。在應(yīng)用控制理論解決具體控制問題時(shí),會存在一定的差異。在這兩大類控制系統(tǒng)中,根據(jù)控制對象的具體要求、輸入信號的特征、信號傳輸過程是否連續(xù)、參數(shù)是否時(shí)變、系統(tǒng)中是否含有非線性元件等,還可將控制系統(tǒng)作進(jìn)一步的分類。
2、自動控制系統(tǒng)的組成
為了描述自動控制系統(tǒng)的組成,常將系統(tǒng)中完成不同功能的部分用所謂的“環(huán)節(jié)”一詞來描述。一般的控制系統(tǒng)包括的環(huán)節(jié)如圖4-14所示。
1)給定環(huán)節(jié)
給定輸入量通過給定環(huán)節(jié)作用于系統(tǒng)。例如,有的控制系統(tǒng)用給定電位器將電壓信號作用于控制系統(tǒng),為了減小給定電位器在開關(guān)閉合瞬間將一個(gè)恒值的電壓信號突然作用于控制系統(tǒng)而對控制系統(tǒng)造成較大的沖擊,有時(shí)給定環(huán)節(jié)還利用積分器逐漸增加作用信號。
2)比較環(huán)節(jié)
比較環(huán)節(jié)完成將給定量與反饋量相比較的功能。完成給定量減反饋量運(yùn)算的,須將反饋量與給定量接成相反的極性,使反饋量的作用削弱給定量,稱為負(fù)反饋比較。反之,若完成給定量加反饋量運(yùn)算的,反饋量的極性須與給定量的極性相同,即反饋量的作用增大了給定量,則是正反饋比較。在多閉環(huán)控制系統(tǒng)中,為了得到好的響應(yīng)性能,有時(shí)將某個(gè)內(nèi)環(huán)接成正反饋,而外環(huán)則都接成負(fù)反饋。
3)放大環(huán)節(jié)
閉環(huán)控制系統(tǒng)是靠給定量與反饋量的差值信號實(shí)現(xiàn)對輸出量控制的。由于差值信號很。o差系統(tǒng)為0),直接加在控制設(shè)備上不足以使系統(tǒng)工作,須經(jīng)放大環(huán)節(jié)將信號放大。
4)執(zhí)行環(huán)節(jié)
執(zhí)行環(huán)節(jié)又稱執(zhí)行機(jī)構(gòu),由它的動作使被控量得到控制,是控制系統(tǒng)的末端環(huán)節(jié)。運(yùn)動控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件常常是各類電動機(jī),由電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動來拖動負(fù)載,過程控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件一般是調(diào)節(jié)閥,自動調(diào)節(jié)閥門的開度能夠控制管道中流體的流量或壓力,實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制。
5)控制環(huán)節(jié)
控制環(huán)節(jié)有時(shí)又稱校正環(huán)節(jié)或控制器、調(diào)節(jié)器等,是人為設(shè)置的環(huán)節(jié)。設(shè)置該環(huán)節(jié)的目的是為了取得好的控制效果。好的控制效果是指輸出量跟隨輸入量變化得更快、更穩(wěn)、更精確。
6)被控對象
被控對象也稱控制對象,是指受系統(tǒng)控制的物理量。被控對象常被選為輸出量。例如,速度控制系統(tǒng)的被控對象應(yīng)選為電動機(jī)的運(yùn)行速度,溫度控制系統(tǒng)的控制對象應(yīng)選為被控制的溫度。
7)反饋環(huán)節(jié)
反饋環(huán)節(jié)將檢測到的被控量反饋傳輸?shù)捷斎攵,與給定量進(jìn)行比較以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。有的系統(tǒng)將被測量直接接入比較環(huán)節(jié),稱為單位反饋。
8)擾動環(huán)節(jié)
自動控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,不可避免會受到環(huán)境、設(shè)備自身等各種因素的影響、擾動。