第2章自動(dòng)控制基礎(chǔ)

1、.第二章 自動(dòng)控制基礎(chǔ)Any comments, please feel free to contact me (DW402, Tel.:). 現(xiàn)代制造技術(shù)正在向著機(jī)械化、自動(dòng)化方向發(fā)展，以替代現(xiàn)代制造技術(shù)正在向著機(jī)械化、自動(dòng)化方向發(fā)展，以替代人工操作，避免人工操作所帶來(lái)的隨機(jī)不確定性，滿足現(xiàn)人工操作，避免人工操作所帶來(lái)的隨機(jī)不確定性，滿足現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)品制造質(zhì)量、數(shù)量的要求。代高技術(shù)產(chǎn)品制造質(zhì)量、數(shù)量的要求。 電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，為材料加電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，為材料加工自動(dòng)化提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上的材料加工自動(dòng)化技工自動(dòng)化提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上的材

2、料加工自動(dòng)化技術(shù)在實(shí)際工程中得到研究和應(yīng)用。術(shù)在實(shí)際工程中得到研究和應(yīng)用。.2.1 2.1 自動(dòng)控制基本概念自動(dòng)控制基本概念 自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用可追溯到古代的自動(dòng)計(jì)時(shí)容器沙自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用可追溯到古代的自動(dòng)計(jì)時(shí)容器沙漏、中世紀(jì)的鐘擺等這些人類的科技發(fā)明。漏、中世紀(jì)的鐘擺等這些人類的科技發(fā)明。 而近代工業(yè)文明的自動(dòng)控制技術(shù)則開(kāi)始于而近代工業(yè)文明的自動(dòng)控制技術(shù)則開(kāi)始于1818世紀(jì)自動(dòng)世紀(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)在蒸汽機(jī)運(yùn)行中的成功應(yīng)用。控制系統(tǒng)在蒸汽機(jī)運(yùn)行中的成功應(yīng)用。 2020世紀(jì)后半頁(yè)自動(dòng)控制技術(shù)得到了快速發(fā)展，特別是世紀(jì)后半頁(yè)自動(dòng)控制技術(shù)得到了快速發(fā)展，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得自動(dòng)控制的應(yīng)用更

3、為普遍，計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得自動(dòng)控制的應(yīng)用更為普遍，人們正在追求更廣泛領(lǐng)域和更高層次的自動(dòng)化。人們正在追求更廣泛領(lǐng)域和更高層次的自動(dòng)化。.古古代代自自動(dòng)動(dòng)控控制制技技術(shù)術(shù)應(yīng)應(yīng)用用的的典典范范沙沙漏漏.近代近代自動(dòng)控制領(lǐng)域中的第一項(xiàng)重大成果自動(dòng)控制領(lǐng)域中的第一項(xiàng)重大成果1818世紀(jì)世紀(jì)James Watt(James Watt(英國(guó)格拉斯哥大學(xué)儀器修理工英國(guó)格拉斯哥大學(xué)儀器修理工) )為控制為控制蒸汽機(jī)速度而設(shè)計(jì)的離心調(diào)節(jié)器蒸汽機(jī)速度而設(shè)計(jì)的離心調(diào)節(jié)器. 現(xiàn)代自動(dòng)控制的應(yīng)用舉例現(xiàn)代自動(dòng)控制的應(yīng)用舉例(1)(1)航空、航天和國(guó)防工業(yè)中：宇宙飛船系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系航空、航天和國(guó)防工業(yè)中：宇宙飛船

4、系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)和飛機(jī)的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)統(tǒng)和飛機(jī)的自動(dòng)駕駛儀系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)。復(fù)雜控制系統(tǒng)。(2)(2)現(xiàn)代制造業(yè)和工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程：數(shù)控機(jī)床，工業(yè)過(guò)現(xiàn)代制造業(yè)和工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程：數(shù)控機(jī)床，工業(yè)過(guò)程中的流量、壓力、溫度、濕度的控制程中的流量、壓力、溫度、濕度的控制 (3)(3)新型應(yīng)用：機(jī)器人控制、城市交通控制、信息技術(shù)中網(wǎng)新型應(yīng)用：機(jī)器人控制、城市交通控制、信息技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)擁塞控制等絡(luò)擁塞控制等.哈勃望遠(yuǎn)鏡特殊地衛(wèi)星哈勃望遠(yuǎn)鏡特殊地衛(wèi)星中巴資源衛(wèi)星中巴資源衛(wèi)星 人造地球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星控制其準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收控制其準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收.無(wú)人駕駛飛機(jī)按預(yù)定軌跡飛行無(wú)人駕駛飛

5、機(jī)按預(yù)定軌跡飛行美國(guó)可從航母上起降的最新型無(wú)人駕駛飛機(jī)美國(guó)可從航母上起降的最新型無(wú)人駕駛飛機(jī)X-47B.制導(dǎo)導(dǎo)彈制導(dǎo)導(dǎo)彈 現(xiàn)代的高新技術(shù)讓導(dǎo)彈長(zhǎng)上了現(xiàn)代的高新技術(shù)讓導(dǎo)彈長(zhǎng)上了“眼睛眼睛”和和“大腦大腦”，利用負(fù)反饋控制原理去緊緊盯住目標(biāo)利用負(fù)反饋控制原理去緊緊盯住目標(biāo)我國(guó)研制的地空導(dǎo)彈我國(guó)研制的地空導(dǎo)彈. . 控制是什么？控制是什么？ 廣義的講，控制就是為了達(dá)到某種目的，對(duì)事物進(jìn)行主動(dòng)廣義的講，控制就是為了達(dá)到某種目的，對(duì)事物進(jìn)行主動(dòng)地干預(yù)、管理或操縱。地干預(yù)、管理或操縱。 在工業(yè)領(lǐng)域，控制是指利用控制裝置使生產(chǎn)過(guò)程或被控對(duì)在工業(yè)領(lǐng)域，控制是指利用控制裝置使生產(chǎn)過(guò)程或被控對(duì)象的某些物理量按照特

6、定的規(guī)律運(yùn)行。象的某些物理量按照特定的規(guī)律運(yùn)行。 控制分為人工控制和自動(dòng)控制。控制分為人工控制和自動(dòng)控制。.V220圖1.1 恒溫箱的人工控制溫度計(jì)-+TC -o700 操作者通過(guò)觀察溫度計(jì)獲得恒溫箱的溫度，與所要求的操作者通過(guò)觀察溫度計(jì)獲得恒溫箱的溫度，與所要求的溫度溫度 - - 給定值進(jìn)行比較，獲得兩者之間的偏差值，根據(jù)偏給定值進(jìn)行比較，獲得兩者之間的偏差值，根據(jù)偏差值的大小和方向，手動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)壓器的的輸出電壓，進(jìn)行溫差值的大小和方向，手動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)壓器的的輸出電壓，進(jìn)行溫度控制，以保證恒溫箱的溫度恒定。度控制，以保證恒溫箱的溫度恒定。.uD圖1.2 恒溫箱的自動(dòng)控制V220+器大放+_2u1u

7、+_+減速器執(zhí)行電機(jī)熱電偶_由檢測(cè)元件熱電偶檢測(cè)出恒溫箱的溫度，其溫度值是由檢測(cè)元件熱電偶檢測(cè)出恒溫箱的溫度，其溫度值是以電壓值形式表示，與所要求的溫度以電壓值形式表示，與所要求的溫度- -給定值的對(duì)應(yīng)給定值的對(duì)應(yīng)電壓值進(jìn)行比較，求出偏差，通過(guò)放大，控制晶閘管電壓值進(jìn)行比較，求出偏差，通過(guò)放大，控制晶閘管導(dǎo)通角的大小，進(jìn)行溫度控制。導(dǎo)通角的大小，進(jìn)行溫度控制。. 人工控制和自動(dòng)控制的控制過(guò)程是相同的，均由測(cè)量、比人工控制和自動(dòng)控制的控制過(guò)程是相同的，均由測(cè)量、比較、調(diào)整三個(gè)環(huán)節(jié)組成。較、調(diào)整三個(gè)環(huán)節(jié)組成。 測(cè)量就是檢測(cè)輸出（被控）量測(cè)量就是檢測(cè)輸出（被控）量 比較就是根據(jù)給定值和實(shí)際輸出值求出

8、偏差比較就是根據(jù)給定值和實(shí)際輸出值求出偏差 調(diào)整就是執(zhí)行控制或者叫糾正偏差調(diào)整就是執(zhí)行控制或者叫糾正偏差 控制與調(diào)節(jié)過(guò)程就是求偏與糾偏的過(guò)程?？刂婆c調(diào)節(jié)過(guò)程就是求偏與糾偏的過(guò)程。. 手動(dòng)與自動(dòng)控制比較分析手動(dòng)與自動(dòng)控制比較分析 任務(wù)：控制爐溫在給定值任務(wù)：控制爐溫在給定值測(cè)量：手動(dòng)測(cè)量：手動(dòng) - - 溫度計(jì)溫度計(jì) 自動(dòng)自動(dòng) - - 熱電偶（傳感器）熱電偶（傳感器）比較：手動(dòng)比較：手動(dòng) - - 通過(guò)人眼觀察溫度計(jì)讀數(shù)，在人腦中比較通過(guò)人眼觀察溫度計(jì)讀數(shù)，在人腦中比較 自動(dòng)自動(dòng) - - 電路自動(dòng)進(jìn)行電壓值比較電路自動(dòng)進(jìn)行電壓值比較 調(diào)整：手動(dòng)調(diào)整：手動(dòng) - - 根據(jù)比較結(jié)果根據(jù)比較結(jié)果( (溫度偏

9、高或偏低溫度偏高或偏低) )手動(dòng)調(diào)節(jié)加熱手動(dòng)調(diào)節(jié)加熱 電阻絲兩端的電壓電阻絲兩端的電壓 自動(dòng)自動(dòng) - - 電壓差值正負(fù)決定電機(jī)轉(zhuǎn)向，晶閘管變流裝置電壓差值正負(fù)決定電機(jī)轉(zhuǎn)向，晶閘管變流裝置 控制加熱電阻絲兩端的電壓。控制加熱電阻絲兩端的電壓。 自動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)： 不用人工干預(yù)，提高效率，精度提高。不用人工干預(yù)，提高效率，精度提高。. 1.1.自動(dòng)控制：自動(dòng)控制： 在在沒(méi)有人直接參與沒(méi)有人直接參與的情況下，的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)利用控制裝置使被控對(duì)象象（如機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程）的一個(gè)或數(shù)個(gè)物理量（如（如機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程）的一個(gè)或數(shù)個(gè)物理量（如電壓、電流、速度、位置、溫度、

10、流量、化學(xué)成分等）電壓、電流、速度、位置、溫度、流量、化學(xué)成分等）自自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行（或變化）運(yùn)行（或變化） 。 2.2.自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng): : 是指能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。是指能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。它一般由它一般由控制裝置（控制元件）控制裝置（控制元件）和和被控對(duì)象被控對(duì)象組成。組成。 控制裝置控制裝置: :是指對(duì)被控對(duì)象起控制作用的設(shè)備總體。是指對(duì)被控對(duì)象起控制作用的設(shè)備總體。 被控對(duì)象被控對(duì)象: :是指那些要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器、設(shè)備或生是指那些要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。產(chǎn)過(guò)程。.1.2 自動(dòng)控制系

11、統(tǒng)的構(gòu)成（六大元件） 整定元件整定元件：也稱給定元件，給出被控量應(yīng)取值：圖：也稱給定元件，給出被控量應(yīng)取值：圖1.21.2系系統(tǒng)中的電位器。統(tǒng)中的電位器。 測(cè)量元件測(cè)量元件：檢測(cè)被控量的大?。簷z測(cè)被控量的大小, ,如熱電偶，測(cè)速電機(jī)等如熱電偶，測(cè)速電機(jī)等 比較元件比較元件：用來(lái)得到給定值與被控量之間的誤差：常用差：用來(lái)得到給定值與被控量之間的誤差：常用差動(dòng)放大器、電橋等。動(dòng)放大器、電橋等。 放大元件放大元件：用來(lái)將誤差信號(hào)放大，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。：用來(lái)將誤差信號(hào)放大，用以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它可以是電子元件網(wǎng)絡(luò)，也可以是電機(jī)放大器等。它可以是電子元件網(wǎng)絡(luò)，也可以是電機(jī)放大器等。 執(zhí)行元件執(zhí)行元件：用

12、來(lái)執(zhí)行控制命令，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象。電機(jī)是典：用來(lái)執(zhí)行控制命令，驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象。電機(jī)是典型的執(zhí)行元件。型的執(zhí)行元件。 校正元件校正元件：用來(lái)改善系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能，：用來(lái)改善系統(tǒng)的動(dòng)、靜態(tài)性能，模擬模擬/ /數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以用計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。 能源元件能源元件：用來(lái)提供控制系統(tǒng)所需的能量。：用來(lái)提供控制系統(tǒng)所需的能量。.圖圖2-3 2-3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（包含反饋控制）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（包含反饋控制） 在分析自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理時(shí)，一般采用一個(gè)框圖來(lái)描在分析自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理時(shí)，一般采用一個(gè)框圖來(lái)描述系統(tǒng)的工作原理。述系統(tǒng)的工作原理。. 系統(tǒng)的輸入量是

13、作用于系統(tǒng)的激發(fā)信號(hào)，其中使系統(tǒng)具有系統(tǒng)的輸入量是作用于系統(tǒng)的激發(fā)信號(hào)，其中使系統(tǒng)具有預(yù)定性能或預(yù)定輸出的稱為目標(biāo)值或給定值，另一種則是預(yù)定性能或預(yù)定輸出的稱為目標(biāo)值或給定值，另一種則是破壞系統(tǒng)的預(yù)定性能或預(yù)定輸出的干擾輸入，根據(jù)具體情破壞系統(tǒng)的預(yù)定性能或預(yù)定輸出的干擾輸入，根據(jù)具體情況，干擾輸入有不同特點(diǎn)。況，干擾輸入有不同特點(diǎn)。 系統(tǒng)的輸出量稱為被控制量，有的系統(tǒng)會(huì)將其反饋到控制系統(tǒng)的輸出量稱為被控制量，有的系統(tǒng)會(huì)將其反饋到控制元件進(jìn)行反饋控制。元件進(jìn)行反饋控制。 控制環(huán)節(jié)按照給定值的要求向控制對(duì)象輸出操縱量，以達(dá)控制環(huán)節(jié)按照給定值的要求向控制對(duì)象輸出操縱量，以達(dá)到系統(tǒng)預(yù)定的性能或預(yù)定的輸

14、出。一定的輸出系統(tǒng)就會(huì)有到系統(tǒng)預(yù)定的性能或預(yù)定的輸出。一定的輸出系統(tǒng)就會(huì)有相應(yīng)的輸出，系統(tǒng)的這個(gè)輸出通常稱之為系統(tǒng)對(duì)輸入的響相應(yīng)的輸出，系統(tǒng)的這個(gè)輸出通常稱之為系統(tǒng)對(duì)輸入的響應(yīng)。它一般是時(shí)間的函數(shù)。應(yīng)。它一般是時(shí)間的函數(shù)。 自動(dòng)控制就是為了某個(gè)一定的目的，保證對(duì)輸入有滿意的自動(dòng)控制就是為了某個(gè)一定的目的，保證對(duì)輸入有滿意的響應(yīng)?；蛘哒f(shuō)，自動(dòng)控制系統(tǒng)必須滿足其被控制量具有給響應(yīng)。或者說(shuō)，自動(dòng)控制系統(tǒng)必須滿足其被控制量具有給定值所指定的數(shù)值，盡量不受干擾的影響。定值所指定的數(shù)值，盡量不受干擾的影響。. 人工控制和自動(dòng)控制有兩個(gè)共同點(diǎn)，一是檢測(cè)偏差，二是要人工控制和自動(dòng)控制有兩個(gè)共同點(diǎn)，一是檢測(cè)偏差

15、，二是要用檢測(cè)到的偏差去糾正偏差。用檢測(cè)到的偏差去糾正偏差。 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，這一偏差通常是通過(guò)反饋建立的。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，這一偏差通常是通過(guò)反饋建立的。 反饋是指輸出量通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量裝置將信號(hào)的全部或一部返反饋是指輸出量通過(guò)適當(dāng)?shù)臏y(cè)量裝置將信號(hào)的全部或一部返回到輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較，比較的結(jié)果稱為偏差。回到輸入端，使之與輸入量進(jìn)行比較，比較的結(jié)果稱為偏差?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)該偏差進(jìn)行控制，以使偏差減小或消除。這種控制系統(tǒng)根據(jù)該偏差進(jìn)行控制，以使偏差減小或消除。這種基于反饋基礎(chǔ)上的基于反饋基礎(chǔ)上的“檢測(cè)偏差用于糾正偏差檢測(cè)偏差用于糾正偏差”的控制原理稱的控制原理稱之為反饋控制原理。之為反

16、饋控制原理。 反饋控制原理是自動(dòng)控制中普遍應(yīng)用的控制理論之一。反饋控制原理是自動(dòng)控制中普遍應(yīng)用的控制理論之一。 反饋控制系統(tǒng)由輸入部分、控制環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)和被控對(duì)象反饋控制系統(tǒng)由輸入部分、控制環(huán)節(jié)、反饋環(huán)節(jié)和被控對(duì)象組成。控制環(huán)節(jié)包括調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸入量與反饋量相組成?？刂骗h(huán)節(jié)包括調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。輸入量與反饋量相比較得到偏差信號(hào)?？刂骗h(huán)節(jié)中的調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差信號(hào)產(chǎn)生比較得到偏差信號(hào)?？刂骗h(huán)節(jié)中的調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差信號(hào)產(chǎn)生控制信號(hào)，并傳送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用于被控對(duì)象，控制信號(hào)，并傳送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用于被控對(duì)象，使其輸出量得到調(diào)節(jié)。使其輸出量得到調(diào)節(jié)。.航行問(wèn)題航行問(wèn)題.無(wú)負(fù)反饋時(shí)航

17、無(wú)負(fù)反饋時(shí)航線線有負(fù)反饋時(shí)航有負(fù)反饋時(shí)航線線. 控制系統(tǒng)中主要采用負(fù)反饋控制系統(tǒng)中主要采用負(fù)反饋 。 負(fù)反饋：負(fù)反饋：反饋的加入，使偏差越來(lái)越小。反饋的加入，使偏差越來(lái)越小。 正反饋：正反饋：反饋的加入，使偏差越來(lái)越大。（振蕩發(fā)生器）反饋的加入，使偏差越來(lái)越大。（振蕩發(fā)生器） 本書(shū)中說(shuō)的反饋一般都指負(fù)反饋。本書(shū)中說(shuō)的反饋一般都指負(fù)反饋。.2.2 2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型自動(dòng)控制系統(tǒng)的類型 2.2.1 2.2.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 1 1、按控制系統(tǒng)類型分類、按控制系統(tǒng)類型分類 （1 1）模擬控制）模擬控制 在模擬控制系統(tǒng)中，采用模擬電子器件及電路，輸入的指令信在模擬控制系

18、統(tǒng)中，采用模擬電子器件及電路，輸入的指令信號(hào)和輸出信號(hào)都是模擬量，系統(tǒng)中的過(guò)程參數(shù)及檢測(cè)信號(hào)也都號(hào)和輸出信號(hào)都是模擬量，系統(tǒng)中的過(guò)程參數(shù)及檢測(cè)信號(hào)也都是模擬量。是模擬量。 響應(yīng)快，但控制精度低、靈活性小、缺乏復(fù)雜計(jì)算能力。響應(yīng)快，但控制精度低、靈活性小、缺乏復(fù)雜計(jì)算能力。 （2 2）計(jì)算機(jī)控制）計(jì)算機(jī)控制 利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。輸入輸出信號(hào)都是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。輸入輸出信號(hào)都是數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)。. 計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，其輸入輸出只能是計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，其輸入輸出只能是二進(jìn)制編碼的數(shù)字信號(hào)，即在時(shí)間上和幅值上都離二進(jìn)制編碼的數(shù)字信號(hào)，即在時(shí)間上

19、和幅值上都離散的信號(hào)，而系統(tǒng)中被控對(duì)象和測(cè)量元件的輸入輸散的信號(hào)，而系統(tǒng)中被控對(duì)象和測(cè)量元件的輸入輸出是連續(xù)信號(hào)，所以在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，需要出是連續(xù)信號(hào)，所以在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，需要A/DA/D和和D/AD/A轉(zhuǎn)換器，以實(shí)現(xiàn)兩種信號(hào)的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換器，以實(shí)現(xiàn)兩種信號(hào)的轉(zhuǎn)換。 典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)如圖典型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)如圖2-42-4所示。所示。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式主要有操作指導(dǎo)控制系計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式主要有操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線統(tǒng)、直接數(shù)字控制系統(tǒng)、分散控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。.圖圖2-4 2-4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).2

20、2、按輸入量（給定量）的變化規(guī)律分、按輸入量（給定量）的變化規(guī)律分（1 1）定值控制系統(tǒng)）定值控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的輸入量（給定量）為恒定值，對(duì)應(yīng)的輸出量也保持系統(tǒng)的輸入量（給定量）為恒定值，對(duì)應(yīng)的輸出量也保持恒定。這類控制系統(tǒng)的任務(wù)是保證在擾動(dòng)作用下使被控變量始恒定。這類控制系統(tǒng)的任務(wù)是保證在擾動(dòng)作用下使被控變量始終保持在給定值。例如：在生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、終保持在給定值。例如：在生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、液面高度等的控制系統(tǒng)。液面高度等的控制系統(tǒng)。（2 2）程序控制）程序控制 輸入量和輸出量按預(yù)定程序變化的系統(tǒng)。輸入量為一個(gè)已輸入量和輸出量按預(yù)定程序變化的系統(tǒng)。輸入量為一個(gè)已知并隨

21、時(shí)間變化的函數(shù)。如：全自動(dòng)洗衣機(jī)、熱處理溫度控制知并隨時(shí)間變化的函數(shù)。如：全自動(dòng)洗衣機(jī)、熱處理溫度控制等。等。（3 3）隨動(dòng)控制）隨動(dòng)控制輸出量能迅速而準(zhǔn)確的跟隨著變化著的輸入量的系統(tǒng)。輸入輸出量能迅速而準(zhǔn)確的跟隨著變化著的輸入量的系統(tǒng)。輸入量為預(yù)先未知并隨時(shí)間變化的函數(shù)。如：雷達(dá)無(wú)線跟蹤系統(tǒng)等量為預(yù)先未知并隨時(shí)間變化的函數(shù)。如：雷達(dá)無(wú)線跟蹤系統(tǒng)等. 3 3、按組成系統(tǒng)的元件特性分類、按組成系統(tǒng)的元件特性分類 （1 1）線性系統(tǒng)）線性系統(tǒng) 構(gòu)成系統(tǒng)的所有元件都是線性元件的系統(tǒng)。系統(tǒng)中各組成構(gòu)成系統(tǒng)的所有元件都是線性元件的系統(tǒng)。系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)的特性可以用線性微分方程或差分方程來(lái)描述。環(huán)節(jié)的特性

22、可以用線性微分方程或差分方程來(lái)描述。 （2 2）非線性系統(tǒng)）非線性系統(tǒng) 構(gòu)成系統(tǒng)的元件中至少含有一個(gè)非線性元件的系統(tǒng)稱為非構(gòu)成系統(tǒng)的元件中至少含有一個(gè)非線性元件的系統(tǒng)稱為非線性系統(tǒng)。系統(tǒng)的特征由非線性微分方程來(lái)描述，對(duì)于非線性系統(tǒng)。系統(tǒng)的特征由非線性微分方程來(lái)描述，對(duì)于非線性系統(tǒng)疊加原理是不適用的。線性系統(tǒng)疊加原理是不適用的。 嚴(yán)格講，實(shí)際上不存在線性系統(tǒng)，各種系統(tǒng)總是不同程度嚴(yán)格講，實(shí)際上不存在線性系統(tǒng)，各種系統(tǒng)總是不同程度地具有非線性因素。地具有非線性因素。.4. 4. 按系統(tǒng)中信號(hào)特征分類按系統(tǒng)中信號(hào)特征分類（1 1）連續(xù)系統(tǒng)）連續(xù)系統(tǒng) 系統(tǒng)內(nèi)各處的信號(hào)都以連續(xù)的模擬量傳遞的系統(tǒng)稱為系統(tǒng)

23、內(nèi)各處的信號(hào)都以連續(xù)的模擬量傳遞的系統(tǒng)稱為連續(xù)系統(tǒng)，系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)的輸入和輸出信號(hào)都是時(shí)間連續(xù)系統(tǒng)，系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)的輸入和輸出信號(hào)都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)。連續(xù)控制系統(tǒng)的特征一般是用微分方程來(lái)描的連續(xù)函數(shù)。連續(xù)控制系統(tǒng)的特征一般是用微分方程來(lái)描述的，若系統(tǒng)是線性的而且又是連續(xù)的，則稱為線性連續(xù)述的，若系統(tǒng)是線性的而且又是連續(xù)的，則稱為線性連續(xù)系統(tǒng)。系統(tǒng)。（2 2）離散系統(tǒng)）離散系統(tǒng) 控制系統(tǒng)中有一個(gè)或多個(gè)組成環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)或輸出控制系統(tǒng)中有一個(gè)或多個(gè)組成環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)或輸出信號(hào)在時(shí)間上是離散的，信號(hào)是以脈沖序列或數(shù)碼形式傳信號(hào)在時(shí)間上是離散的，信號(hào)是以脈沖序列或數(shù)碼形式傳遞的，這樣的系統(tǒng)稱為離散

24、系統(tǒng)。遞的，這樣的系統(tǒng)稱為離散系統(tǒng)。.5. 5. 按系統(tǒng)輸入和輸出信號(hào)的數(shù)量分類按系統(tǒng)輸入和輸出信號(hào)的數(shù)量分類（1 1）單變量控制系統(tǒng)）單變量控制系統(tǒng) 在一個(gè)控制系統(tǒng)中，如果只有一個(gè)被控變量和一在一個(gè)控制系統(tǒng)中，如果只有一個(gè)被控變量和一個(gè)控制作用來(lái)控制被控對(duì)象，則稱該系統(tǒng)為單變量個(gè)控制作用來(lái)控制被控對(duì)象，則稱該系統(tǒng)為單變量控制系統(tǒng)，又稱為單輸入單輸出系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)，又稱為單輸入單輸出系統(tǒng)。 （2 2）多變量控制系統(tǒng)）多變量控制系統(tǒng) 如果一個(gè)控制系統(tǒng)中的被控變量多于一個(gè)，控如果一個(gè)控制系統(tǒng)中的被控變量多于一個(gè)，控制作用也多于一個(gè)，而且各控制回路相互之間有耦制作用也多于一個(gè)，而且各控制回路相互之間

25、有耦合關(guān)系，則稱這類控制系統(tǒng)為多變量控制系統(tǒng)，也合關(guān)系，則稱這類控制系統(tǒng)為多變量控制系統(tǒng)，也稱為多輸入多輸出控制系統(tǒng)。稱為多輸入多輸出控制系統(tǒng)。.圖圖2-7 2-7 單變量控制系統(tǒng)單變量控制系統(tǒng): : 這種系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)各這種系統(tǒng)輸入輸出信號(hào)各為一個(gè)，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)中主反饋（從系統(tǒng)輸為一個(gè)，系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，系統(tǒng)中主反饋（從系統(tǒng)輸出至系統(tǒng)輸入的反饋稱為主反饋）只有一個(gè)，但是出至系統(tǒng)輸入的反饋稱為主反饋）只有一個(gè)，但是有時(shí)為了改善系統(tǒng)質(zhì)量，還可以加劇局部反饋。有時(shí)為了改善系統(tǒng)質(zhì)量，還可以加劇局部反饋。圖圖2-8 2-8 多變量控制系統(tǒng)多變量控制系統(tǒng).圖圖2-7 2-7 單變量控制系統(tǒng)單變量控制

26、系統(tǒng).圖圖2-8 2-8 多變量控制系統(tǒng)多變量控制系統(tǒng).2.2.2 2.2.2 開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制 1 1、開(kāi)環(huán)控制、開(kāi)環(huán)控制 控制系統(tǒng)的輸入端和輸出端無(wú)反饋通道，控制裝置與被控制系統(tǒng)的輸入端和輸出端無(wú)反饋通道，控制裝置與被控制對(duì)象之間只有順向作用而設(shè)有反向聯(lián)系，即被控量控制對(duì)象之間只有順向作用而設(shè)有反向聯(lián)系，即被控量- -系系統(tǒng)輸出量不影響系統(tǒng)的控制作用，這樣系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)輸出量不影響系統(tǒng)的控制作用，這樣系統(tǒng)稱為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。相應(yīng)的控制方式稱為開(kāi)環(huán)控制。統(tǒng)。相應(yīng)的控制方式稱為開(kāi)環(huán)控制。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，系統(tǒng)穩(wěn)定好，成本低；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，系統(tǒng)穩(wěn)定好

27、，成本低； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：控制精度低，系統(tǒng)沒(méi)有抗干擾能力，控制精度取決于控制精度低，系統(tǒng)沒(méi)有抗干擾能力，控制精度取決于系統(tǒng)元器件的精度，因此必須采用高精度和穩(wěn)定性的元件，系統(tǒng)元器件的精度，因此必須采用高精度和穩(wěn)定性的元件，應(yīng)用場(chǎng)合有限。應(yīng)用場(chǎng)合有限。 開(kāi)環(huán)控制又分為用給定量操縱的控制方式和干擾補(bǔ)償?shù)目刂崎_(kāi)環(huán)控制又分為用給定量操縱的控制方式和干擾補(bǔ)償?shù)目刂品绞椒绞?（1 1）用給定量操縱的控制方式）用給定量操縱的控制方式 用給定值操縱的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如圖用給定值操縱的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如圖2-92-9所示。所示。 這種控制方式的特點(diǎn)是：這種控制方式的特點(diǎn)是： 在給定輸入端到輸出端之間的信號(hào)

28、傳遞是單向進(jìn)行的。在給定輸入端到輸出端之間的信號(hào)傳遞是單向進(jìn)行的。這種控制方式的缺點(diǎn)是：當(dāng)受控對(duì)象或控制裝置受到干擾，這種控制方式的缺點(diǎn)是：當(dāng)受控對(duì)象或控制裝置受到干擾，或者在工作過(guò)程中元件特性發(fā)生變化而影響被控量時(shí)，系或者在工作過(guò)程中元件特性發(fā)生變化而影響被控量時(shí)，系統(tǒng)不能進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，所以控制精度難以保證。統(tǒng)不能進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，所以控制精度難以保證。.圖圖2-9 2-9 用給定量操縱的開(kāi)環(huán)控制用給定量操縱的開(kāi)環(huán)控制.(2)(2)用干擾補(bǔ)償?shù)目刂品绞接酶蓴_補(bǔ)償?shù)目刂品绞?用干擾補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)控制方式的方框圖如圖用干擾補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)控制方式的方框圖如圖2-102-10所示。所示。 這種控制方式的特點(diǎn)是：

29、這種控制方式的特點(diǎn)是： 干擾信號(hào)經(jīng)測(cè)量、計(jì)算、放大、執(zhí)行等元件到輸出端干擾信號(hào)經(jīng)測(cè)量、計(jì)算、放大、執(zhí)行等元件到輸出端的傳遞也是單向進(jìn)行的。的傳遞也是單向進(jìn)行的。 用干擾補(bǔ)償?shù)目刂品绞街荒苡迷诟蓴_可以測(cè)量的場(chǎng)用干擾補(bǔ)償?shù)目刂品绞街荒苡迷诟蓴_可以測(cè)量的場(chǎng)合。另外這種控制方式在工作過(guò)程中不能補(bǔ)償由于元件及合。另外這種控制方式在工作過(guò)程中不能補(bǔ)償由于元件及受控對(duì)象工作特性變化而對(duì)被控量所產(chǎn)生的影響。受控對(duì)象工作特性變化而對(duì)被控量所產(chǎn)生的影響。.圖圖2-10 2-10 用干擾補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)控制用干擾補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)控制.2.2.閉環(huán)控制閉環(huán)控制 控制系統(tǒng)的輸出與輸入間存在著反饋通道，系統(tǒng)的輸控制系統(tǒng)的輸出與輸入間

30、存在著反饋通道，系統(tǒng)的輸出對(duì)控制作用有直接影響，這樣的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制出對(duì)控制作用有直接影響，這樣的控制系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)，相應(yīng)的控制方式稱為閉環(huán)控制。如圖系統(tǒng)，相應(yīng)的控制方式稱為閉環(huán)控制。如圖2-112-11。 閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn): : 在控制器和控制對(duì)象之間，不僅存在著正向作用，而且在控制器和控制對(duì)象之間，不僅存在著正向作用，而且還存在著反饋?zhàn)饔?，即系統(tǒng)的被控量對(duì)控制作用有直接影還存在著反饋?zhàn)饔茫聪到y(tǒng)的被控量對(duì)控制作用有直接影響。若有干擾使輸出的實(shí)際值偏離給定值時(shí)，由于反饋控響。若有干擾使輸出的實(shí)際值偏離給定值時(shí)，由于反饋控制作用將減少這一偏差，因而閉環(huán)系統(tǒng)控制精度較高。

31、制作用將減少這一偏差，因而閉環(huán)系統(tǒng)控制精度較高。 對(duì)控制元件的要求比開(kāi)環(huán)控制低，在工程應(yīng)用中更對(duì)控制元件的要求比開(kāi)環(huán)控制低，在工程應(yīng)用中更普遍。普遍。.閉環(huán)控制的缺點(diǎn)是：閉環(huán)控制的缺點(diǎn)是： 一般的閉環(huán)控制系統(tǒng)總存在有慣性元件，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部一般的閉環(huán)控制系統(tǒng)總存在有慣性元件，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部元件特性參數(shù)匹配不當(dāng)時(shí)，將引起系統(tǒng)振蕩，不能穩(wěn)定工元件特性參數(shù)匹配不當(dāng)時(shí)，將引起系統(tǒng)振蕩，不能穩(wěn)定工作；作； 閉環(huán)控制有檢測(cè)、反饋比較、調(diào)節(jié)器等部件，因而使閉環(huán)控制有檢測(cè)、反饋比較、調(diào)節(jié)器等部件，因而使系統(tǒng)復(fù)雜，成本提高；系統(tǒng)復(fù)雜，成本提高； 閉環(huán)控制會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)的增益損失，但是損失一定的開(kāi)閉環(huán)控制會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)的增益損失

32、，但是損失一定的開(kāi)環(huán)增益換取對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的控制能力也是值得的。環(huán)增益換取對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的控制能力也是值得的。.圖圖2-11 2-11 閉環(huán)控制閉環(huán)控制.3.3.復(fù)合控制復(fù)合控制 就是將開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制方式。就是將開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制方式。 實(shí)質(zhì)上，它是在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附加一個(gè)對(duì)實(shí)質(zhì)上，它是在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附加一個(gè)對(duì)輸入信號(hào)或?qū)_動(dòng)作用的前饋通路，來(lái)提高系統(tǒng)的控制輸入信號(hào)或?qū)_動(dòng)作用的前饋通路，來(lái)提高系統(tǒng)的控制精度。精度。 前饋通路通常由對(duì)輸入信號(hào)的補(bǔ)償裝置或?qū)_動(dòng)作用前饋通路通常由對(duì)輸入信號(hào)的補(bǔ)償裝置或?qū)_動(dòng)作用的補(bǔ)償裝置組成，分別稱為按輸入信號(hào)補(bǔ)償和

33、按擾動(dòng)作的補(bǔ)償裝置組成，分別稱為按輸入信號(hào)補(bǔ)償和按擾動(dòng)作用補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)，如圖用補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)，如圖2-122-12所示。所示。.(a)(b)圖圖2-12 2-12 復(fù)合控制系統(tǒng)方框圖復(fù)合控制系統(tǒng)方框圖(a)(a)按輸入作用補(bǔ)償；按輸入作用補(bǔ)償；(b)(b)按擾動(dòng)作用補(bǔ)償按擾動(dòng)作用補(bǔ)償.2.3 2.3 材料成形過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的特性材料成形過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的特性 2.3.1 2.3.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本特性自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本特性 1 1、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 是指系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)下，受到擾動(dòng)作用后，系統(tǒng)恢復(fù)原是指系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)下，受到擾動(dòng)作用后，系統(tǒng)恢復(fù)原有平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是保證使

34、系統(tǒng)正常工作的前提。有平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是保證使系統(tǒng)正常工作的前提。為了使系統(tǒng)在環(huán)境或參數(shù)變化時(shí)還能保持穩(wěn)定，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)為了使系統(tǒng)在環(huán)境或參數(shù)變化時(shí)還能保持穩(wěn)定，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留一定的穩(wěn)定裕量。預(yù)留一定的穩(wěn)定裕量。 2 2、精確性、精確性 穩(wěn)定的系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程（暫態(tài)）結(jié)束后所處的狀態(tài)稱為穩(wěn)穩(wěn)定的系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程（暫態(tài)）結(jié)束后所處的狀態(tài)稱為穩(wěn)態(tài)。精確性是指調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束處于穩(wěn)態(tài)時(shí)被控量與期望值態(tài)。精確性是指調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束處于穩(wěn)態(tài)時(shí)被控量與期望值接近的程度。接近的程度。 常以穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)衡量，希望穩(wěn)態(tài)誤差越小越好。常以穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)衡量，希望穩(wěn)態(tài)誤差越小越好。. 3 3、動(dòng)態(tài)品質(zhì)、動(dòng)態(tài)品質(zhì) 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)直接反

35、映了系統(tǒng)控制性能的優(yōu)劣。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)直接反映了系統(tǒng)控制性能的優(yōu)劣。 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)通常用動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)來(lái)衡量?？刂葡到y(tǒng)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)通常用動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)來(lái)衡量。 動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)包括：動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)包括：調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量、振蕩次數(shù)調(diào)節(jié)時(shí)間、超調(diào)量、振蕩次數(shù)等。等。系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間即系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間也就是系統(tǒng)受到干擾即系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間也就是系統(tǒng)受到干擾時(shí)，對(duì)偏差進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的時(shí)間；時(shí)，對(duì)偏差進(jìn)行控制調(diào)節(jié)的時(shí)間；超調(diào)量超調(diào)量即系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)最大值超出穩(wěn)態(tài)值的部分相對(duì)于穩(wěn)即系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)最大值超出穩(wěn)態(tài)值的部分相對(duì)于穩(wěn)態(tài)值的百分?jǐn)?shù)；態(tài)值的百分?jǐn)?shù)；振蕩次數(shù)振蕩次數(shù)即系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中系統(tǒng)響應(yīng)曲線波動(dòng)的次

36、數(shù)。即系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中系統(tǒng)響應(yīng)曲線波動(dòng)的次數(shù)。調(diào)節(jié)時(shí)間反映了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的快速性；超調(diào)量和振蕩次調(diào)節(jié)時(shí)間反映了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)程的快速性；超調(diào)量和振蕩次數(shù)反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程的平穩(wěn)性。數(shù)反映系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程的平穩(wěn)性。. 2.3.2 2.3.2 材料成形自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)材料成形自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 在一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，首先必須選擇能恰當(dāng)表現(xiàn)控制對(duì)在一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，首先必須選擇能恰當(dāng)表現(xiàn)控制對(duì)象本來(lái)面目的物理量作為被控制量，其數(shù)目可以是一個(gè)或象本來(lái)面目的物理量作為被控制量，其數(shù)目可以是一個(gè)或多個(gè)；其次要研究檢測(cè)出此被控制量的手段，確定合理的多個(gè)；其次要研究檢測(cè)出此被控制量的手段，確定合理的檢測(cè)元

37、件。檢測(cè)元件。 被控制量的測(cè)量性的好壞作為選擇被控制量的條件。被控制量的測(cè)量性的好壞作為選擇被控制量的條件。 被控制量可以是能夠直接測(cè)量的直接變量，或是可以檢測(cè)被控制量可以是能夠直接測(cè)量的直接變量，或是可以檢測(cè)的與被控制量的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性一一對(duì)應(yīng)的二次間接變量。的與被控制量的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性一一對(duì)應(yīng)的二次間接變量。 對(duì)于對(duì)于鑄造工藝鑄造工藝，可以考慮作為直接變量的包括鑄件形狀、，可以考慮作為直接變量的包括鑄件形狀、收縮率、鑄件缺陷、成分及其分布等，可以考慮為間接變收縮率、鑄件缺陷、成分及其分布等，可以考慮為間接變量的是壓力、溫度、速度、時(shí)間等。量的是壓力、溫度、速度、時(shí)間等。. 對(duì)于對(duì)于鍛造工藝

38、鍛造工藝，可以考慮作為直接變量的包括鍛件形狀、，可以考慮作為直接變量的包括鍛件形狀、回彈、厚度、張力、板形、位置等，可以考慮為間接變量回彈、厚度、張力、板形、位置等，可以考慮為間接變量的是壓力、溫度、速度、時(shí)間等。的是壓力、溫度、速度、時(shí)間等。 對(duì)于對(duì)于焊接工藝焊接工藝，情況比較復(fù)雜。可以考慮作為直接變量，情況比較復(fù)雜?？梢钥紤]作為直接變量的包括焊縫的熔深、熔寬、缺陷狀態(tài)等，這些變量的直接的包括焊縫的熔深、熔寬、缺陷狀態(tài)等，這些變量的直接測(cè)量幾乎不可能，必須考慮間接變量測(cè)量?？梢钥紤]為間測(cè)量幾乎不可能，必須考慮間接變量測(cè)量?？梢钥紤]為間接變量的是熔池附近的溫度場(chǎng)、熔池金屬的流動(dòng)狀態(tài)、電接變量的

39、是熔池附近的溫度場(chǎng)、熔池金屬的流動(dòng)狀態(tài)、電弧的形狀等，而這些間接變量也是很難測(cè)量。目前，焊接弧的形狀等，而這些間接變量也是很難測(cè)量。目前，焊接過(guò)程可用于自動(dòng)控制的、能夠比較恰當(dāng)反映被控制量的變過(guò)程可用于自動(dòng)控制的、能夠比較恰當(dāng)反映被控制量的變量是：電弧的電壓、電流、焊接速度、送絲速度、保護(hù)氣量是：電弧的電壓、電流、焊接速度、送絲速度、保護(hù)氣流量、焊接角度等。流量、焊接角度等。.2.4 2.4 材料成形過(guò)程自動(dòng)控制的常用控制策略簡(jiǎn)介材料成形過(guò)程自動(dòng)控制的常用控制策略簡(jiǎn)介 控制策略（控制算法）是自動(dòng)化系統(tǒng)中控制技術(shù)的核控制策略（控制算法）是自動(dòng)化系統(tǒng)中控制技術(shù)的核心問(wèn)題。心問(wèn)題。 不同的控制策略具

40、有不同的控制器結(jié)構(gòu)（硬件結(jié)構(gòu)或不同的控制策略具有不同的控制器結(jié)構(gòu)（硬件結(jié)構(gòu)或軟件結(jié)構(gòu)）。軟件結(jié)構(gòu)）。 常用的控制策略有常用的控制策略有PIDPID策略、自適應(yīng)策略、模糊策略、策略、自適應(yīng)策略、模糊策略、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)策略以及復(fù)合策略。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)策略以及復(fù)合策略。. 1 1、PIDPID控制控制 PIDPID控制是指：控制是指： P-P-比例控制；比例控制； I-I-積分控制；積分控制； D-D-微分控制。微分控制。 PIDPID控制是傳統(tǒng)控制策略，無(wú)論在模擬控制或數(shù)字控制中控制是傳統(tǒng)控制策略，無(wú)論在模擬控制或數(shù)字控制中都得到了廣泛地應(yīng)用，即模擬都得到了廣泛地應(yīng)用，即模擬PIDPID控制和數(shù)字控制和數(shù)字

41、PIDPID控制。控制。 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中要根據(jù)具體情況和要求，選擇在自動(dòng)控制系統(tǒng)中要根據(jù)具體情況和要求，選擇PIDPID的控的控制策略?？梢詥为?dú)采用制策略?？梢詥为?dú)采用P P控制、控制、I I控制、控制、D D控制，也可以采控制，也可以采用用PIPI、PDPD、PIDPID控制。控制。.在自動(dòng)控制系統(tǒng)中最常用的控制策略是傳統(tǒng)的在自動(dòng)控制系統(tǒng)中最常用的控制策略是傳統(tǒng)的PIDPID控制策略?？刂撇呗?。其原理如圖其原理如圖2-152-15所示。其控制的數(shù)學(xué)模型見(jiàn)下式：所示。其控制的數(shù)學(xué)模型見(jiàn)下式： )()(1)()(0t0diPtudttdeTdeTteKtu+Kp 比例增益；比例增益； Ti 積

42、分時(shí)間常數(shù)；積分時(shí)間常數(shù)；Td 微分時(shí)間常數(shù)。微分時(shí)間常數(shù)。上式表明，系統(tǒng)控制量上式表明，系統(tǒng)控制量u(t)是偏差是偏差e(t)的比例、積分、的比例、積分、微分控制的組合。微分控制的組合。.積分控制比例控制微分控制對(duì)象輸入輸出圖圖2-15 PID2-15 PID控制框圖控制框圖. 2 2、自適應(yīng)控制、自適應(yīng)控制 自適應(yīng)控制是針對(duì)對(duì)象特性的變化、漂移和環(huán)境干擾對(duì)系自適應(yīng)控制是針對(duì)對(duì)象特性的變化、漂移和環(huán)境干擾對(duì)系統(tǒng)的影響而提出來(lái)的。它的基本思想是通過(guò)在線識(shí)別使這統(tǒng)的影響而提出來(lái)的。它的基本思想是通過(guò)在線識(shí)別使這種影響逐漸降低以致消除。種影響逐漸降低以致消除。 自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以歸納為兩類：模型參

43、考自適應(yīng)控制、自適應(yīng)控制系統(tǒng)可以歸納為兩類：模型參考自適應(yīng)控制、 自校正控制。自校正控制。 自適應(yīng)控制是一種逐漸修正、逐漸趨向期望性能的過(guò)程，自適應(yīng)控制是一種逐漸修正、逐漸趨向期望性能的過(guò)程，適用于模型和干擾變化緩慢的情況。對(duì)于模型參數(shù)變化快、適用于模型和干擾變化緩慢的情況。對(duì)于模型參數(shù)變化快、環(huán)境干擾強(qiáng)的工業(yè)場(chǎng)合以及比較復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程難于應(yīng)用。環(huán)境干擾強(qiáng)的工業(yè)場(chǎng)合以及比較復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程難于應(yīng)用。.參考模型可調(diào)控制器控制對(duì)象自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)參數(shù)調(diào)整控制附加控制偏差設(shè)定反饋期望輸出實(shí)際輸出-圖2-16模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)框圖. 3 3、模糊控制、模糊控制 在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì)，則越響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。因此，傳統(tǒng)的控制理論對(duì)于明確能達(dá)到精確控制的目的。因此，傳統(tǒng)的控制理論對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對(duì)于過(guò)于復(fù)雜或難以精確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對(duì)于過(guò)于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則需模糊控制系統(tǒng)。描述的系統(tǒng)，則