若系统的输出量不返送到系统的输入端,则这类系统就叫做开环控制系统。图1(a)所示的晶闸管可控整流器供电的直流调速系统,就是其中的一例。
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图 1
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在该系统中直流电动机为系统的受控对象,通过改变电动机电枢两端的电压来调节电机的转速,而电机的转速为系统的输出量(即被控量)。改变给定电压Ug的大小,使触发器GT所产生的触发脉冲的相位发生变化,从而改变晶闸管整流装置的输出电压(即电机的电枢电压)以调节电机转速的高低,故给定电压Ug为系统的输入量(即给定信号)。而电动机负载的改变以及电网电压的波动等也是外界作用于系统的输入信号,但它们是使电动机转速偏离希望值的,故它们为系统的扰动信号。在功能上,晶闸管可控整流器和触发器起着控制电动机(受控对象)转速的作用,通常把它们合在一起称为系统的控制装置(或控制器)。 |
从这个简单控制系统的讨论中可以看到:
(1)自动控制理论所关心的是系统的“控制”问题。所谓系统的“控制”问题是指:根据对系统有关信息的采集、加工和处理以形成适当的控制作用,对系统进行控制使之在各种扰动作用下能实现预定功能的问题。 |
(2)系统的控制问题广泛采用功能方块图表示法
方块图的基本组成单元如图2所示:
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图中每一条线代表控制系统中的一个信号变量,故又叫做信号线;信号的传递方向用箭头来表示,在控制系统中信号只能沿着箭头进行单方向传递;系统中具有一定功能的部分称为环节,用一方块来表示,在方块内标出该环节的名称(符号或特征);进入方块的信号称为该环节的输入量,离开方块的信号称为该环节的输出量(如图2(a)所示);用符号“ ”或“○”表示信号的综合点,即对进入该综合点的信号进行运算,运算的结果由离开综合点的信号线往外传送(如图2(b)所示),常用的综合运算是相加(减),故相应的综合点又叫做相加点,为了简化表示我们约定,凡是送至相加点的信号是负的必须以符号“(—)”加以标明,凡是正的则不另加标志符号;图2(c)表示的是信号的引出点(或测量点),它代表信号引出或测量的位置,从同一信号线引出的信号均为同一信号。若采用方块图表示法,则上述开环调速系统可简单地用图1(b)来表示。
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实际系统中扰动总是不可避免的,而且其变化规律往往是难以预计的,甚至是未知的。
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开环控制的特点是:控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系;每一输入量对应的有一输出量,系统的控制精度完全取决于所用元器件的精度和特性调整的准确度,只要受控对象稳定,系统就能稳定地工作;开环控制的缺点是抗扰动能力差,当有扰动作用时都将使被控量偏离给定值,直接影响系统的控制精度。
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图 3 开环控制系统方块图
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图 4 电炉恒温箱自动控制系统
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