第2章自動(dòng)化的核心

——自動(dòng)控制

1本章內(nèi)容自動(dòng)控制的基本形式

開環(huán)控制，閉環(huán)控制，補(bǔ)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制

自動(dòng)控制的發(fā)展概況

技術(shù)、理論

2什么是自動(dòng)控制？

自動(dòng)控制與自動(dòng)化的關(guān)系和區(qū)別：自動(dòng)控制是自動(dòng)化的重要組成部分；自動(dòng)化強(qiáng)調(diào)的是代替人完成任務(wù)，而自動(dòng)控制強(qiáng)調(diào)的則是控制，通過控制使某些變量（如溫度、速度、壓力、位置、運(yùn)動(dòng)軌跡等）按要求變化。自動(dòng)控制就是無須人的直接參與，通過控制裝置去自動(dòng)操縱機(jī)器、設(shè)備等，使其按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行，完成要求的任務(wù)。32.1自動(dòng)控制的基本形式4例：電加熱爐的爐溫控制外部擾動(dòng)：電源電壓波動(dòng)，環(huán)境溫度變化等內(nèi)部擾動(dòng)：元器件老化、參數(shù)改變，工件體積和質(zhì)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(diǎn)：沒有反饋，結(jié)構(gòu)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(dòng)量擾動(dòng)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(dòng)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(jù)爐溫的高低調(diào)節(jié)給定電壓，從而調(diào)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(dòng)控制）8方塊圖：

原理圖：控制器加熱爐爐溫檢測ur擾動(dòng)y－eufu相加點(diǎn)(綜合點(diǎn))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(tǒng)、振蕩電路等反饋控制的特點(diǎn)：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(fù)反饋（廣泛應(yīng)用），正反饋（很少用）10反饋系統(tǒng)的相關(guān)術(shù)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(dòng)－反饋信號控制量誤差被控量反饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)：12反饋控制系統(tǒng)舉例：水箱的水位控制+-水位y出水閥門誤差進(jìn)水水箱放大器M電機(jī)給定電位計(jì)方塊圖？13反饋控制舉例：全自動(dòng)燃?xì)鉄崴魇謩?dòng)調(diào)節(jié)全自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)：自動(dòng)根據(jù)水溫調(diào)節(jié)火力進(jìn)水出水進(jìn)氣燃?xì)鉄崴髟韴D14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(diào)速

控制器進(jìn)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(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工零件交通信號反饋控制雷達(dá)火炮系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤飛機(jī)人的體溫、呼吸、心跳等教學(xué)過程、人才培養(yǎng)過程人口控制、經(jīng)濟(jì)控制…還有哪些你知道的反饋控制系統(tǒng)例？172.1.3即時(shí)糾偏—補(bǔ)償控制例：電加熱爐對電源電壓波動(dòng)的補(bǔ)償控制電源電壓↑輸出電壓↑，但補(bǔ)償調(diào)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(dòng)電源電壓波動(dòng)給定電位器給定電壓擾動(dòng)檢測補(bǔ)償調(diào)節(jié)器補(bǔ)償控制的特點(diǎn)：提供一個(gè)控制作用來盡量抵消擾動(dòng)對系統(tǒng)的影響，抑制擾動(dòng)比反饋控制更及時(shí)。18功率放大器加熱爐輸出電壓爐溫補(bǔ)償與反饋相結(jié)合的爐溫復(fù)合控制系統(tǒng)爐溫檢測控制電壓擾動(dòng)給定電位器控制器給定電壓誤差反饋電壓電源電壓波動(dòng)擾動(dòng)檢測補(bǔ)償調(diào)節(jié)器補(bǔ)償控制屬于開環(huán)控制，補(bǔ)償效果取決于設(shè)計(jì)是否準(zhǔn)確，而且僅對特定可測擾動(dòng)有效，一般擾動(dòng)要靠反饋控制來抑制。19復(fù)合控制系統(tǒng)例：水箱的水位反饋控制+

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