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1、北京林业大学工学院 自动化专业概论论文第 页 1各种自动控制系统作者：王军 地址：北京市海淀区清华东路35号北京林业大学学12#楼512室 ，100083指导老师：刘文定摘 要：自动控制系统有多种分类方式，且应用宽广，包括农业、军事、航天和计算机等方面。它由控制器、被控对象、执行机构和变送器构成，代替人在生产中的作用，将人从中解放出来去做更富有创造性的事工业。而且随着科技的发展，各种新型自动控制系统应运而生，它们与其它各种自动控制系统给人们的生活和生产带来了巨大的便利。 关 键 词：自动控制系统及其分类，自动控制系统的应用，伺服系统。Summary:Automatic control syst
2、ems are devided into many species according to the defferences of their principles and signals that are given by humanbeing.They are applied to a lot of fields, including agriculture,industry,military affairs,spaceflight and computer.They conssist of four major iterms and take the place of humanbein
3、g,which gives people a large amount of free time to do more creative things.What is more,with the exdreamly fast development of science,many new automatic control systems come to life to satisfy peoples need.They as well as other automatic control systems bring 北京林业大学工学院 自动化专业概论论文第 页 2much convenien
4、ce to people.There is enough motivation for me to blieve that automatic control systems will develop to improve the quality of peoples lifes.引言：“信息技术仍处在蓬勃发展期，20年内仍是第一技术。在信息理论方面特别是借鉴脑科学成果的智能技术还处于起步阶段。 ”（1） 在科技的发展一直以来都朝着改进人们生活的方向进行，自动化作为一门新兴的信息技术方面的学问，在过去的几百年中已经积累了许多知识和技术。各种自动控制系统是自动化的一个重要分支，它们在生产生活中起
5、着举足轻重的作用。 “自主性是自适应软件实体的基本性能, 即具有自适应特征的软件实体应能感知环境的变化, 并具有控制自身结构和行为的能力。 ”（2） 小到电饭锅，大到全国电力网络，都与自动控制系统紧密联系。自动控制系统的分类方法有好几种，而且每一类在各个领域中都有广泛应用。在现在这个信息时代的背景下，自动化及各种控制系统一定会有更大更迅速的发展。（一）自动化和自动控制“设计者只要输入相关数据（如产品的规格、功能、要求等） ，计算机就能完全自动地进行分析、计算和设计，并自动输出设计的结果。”（3） “ 包装机械的发展与自动化技术息息相关,自动化技术的应用使包装机械日趋智能化、高效率化、节能化。
6、”（4） 准确地说，自动化是指机器、装置或过程在无人直接参与的情况下，按照要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、自动地进行操作或运行，实现预期的目的。也就是说，自动化能够使机器自动完成某些事而不需要人的直接参与。北京林业大学工学院 自动化专业概论论文第 页 3自动控制是指关于系统的分析、设计和运行的理论和技术。也就是说，自动控制是自动化的理论和技术。 “过去片面追求增长效率的经济发展模式所带来的环境污染问题已经成为全球普遍关注的焦点。 ”（5） 这说明，在利用自动控制等技术后提高了生产效率，但环境问题仍是不可忽视的。 （二）各种自动控制系统 自动控制系统是说在没有人的直接参与下可以使生产过程
7、或其他过程按照期望规律或预定程序运行的控制系统。自动控制系统是实现自动化的主要手段，简称自控系统，主要由控制器、被控对象、执行机构和变送器四个部分组成。然而自动控制系统离不开计算机的协同工作。 “计算机支持协同工作是指一组用户在一个共享的工作环境中协作地完成一个任务。 ”（6）分类：1、根据控制原理，自动控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统。开环控制系统：在开环控制系统中，系统输出只受输入的控制，控制精度和抑制干扰的特性都比较差。开环控制系统中，按时序进行逻辑控制的称为顺序控制系统，由顺序控制装置、检测元件、执行机构和被控工业对象所组成，主要应用于机械、化工、物料装卸运输等的控制以及机械手和
8、生产自动线。闭环控制系统：闭环控制系统以反馈原理为基础，利用输出量和期望值的偏差对系统进行控制，有比较好的控制性能，又叫反馈控制系统。 2、根据给定信号，自动控制系统又分为恒值控制系统、随动控制系统北京林业大学工学院 自动化专业概论论文第 页 4和程序控制系统。大多数信号通过传感器来收集。 “在机电一体化系统中，传感器处系统之首，其作用相当于系统感受器官，能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境考验，是机电一体化系统达到高水平的保证。如缺少这些传感器对系统状态和对信息精确而可靠的自动检测，系统的信息处理、控制决策等功能就无法谈及和实现。 ”（7） “针对红外图像中人体图像的特点，通过方向投影确定
9、了人体候选区域可能存在的位置，进而采用方向梯度直方图时候选目标进行了特征描述。 ”（8）恒值控制系统：给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统就属于恒值系统。随动控制系统：给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。程序控制系统：给定值按一定时间函数变化。如程控机床。 应用：1、在工业方面，对于冶金、化工、机械制造等生产中的各种物理量，包括温度、流量、压力、厚度、张力、速度、位置、频率、相位等，都有相应的控制系统。在此基础上通过采用数字计算机还建立起了控制性能更好和自动化程度
10、更高的数字控制系统，以及具有控制与管理双重功能的过程控制系统。2、在农业方面的应用包括水位自动控制系统、农业机械的自动操作系北京林业大学工学院 自动化专业概论论文第 页 5统等。3、在军事技术方面，自动控制的应用实例有各种类型的伺服系统、火力控制系统、制导与控制系统等。4、在航天、航空和航海方面，除了各种形式的控制系统外，应用的领域还包括导航系统、遥控系统和各种仿真器。5、此外，在办公室自动化、图书管理、交通管理乃至日常家务方面，自动控制技术也都有着实际的应用。随着控制理论和控制技术的发展，自动控制系统的应用领域还在不断扩大，几乎涉及生物、医学、生态、经济、社会等所有领域。（三）各种控制系统举
11、例说明1、开环控制系统如果说系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是说控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响，那么这样的系统就称为开环控制系统，与闭环控制系统相对。控制系统中，将输出量通过适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程，就是反馈。在开环控制系统中，不存在由输出端到输入端的反馈通路，所以开环控制系统又称为无反馈控制系统。开环控制系统由控制器与被控对象组成，控制器通常具有功率放大的功能。同闭环控制系统相比，开环控制系统的结构要简单得多，同时也比较经济，主要用于增强型的系统。 2、闭环控制系统闭环控制系统是由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制北京林业大学工学院 自
12、动化专业概论论文第 页 6系统，又称反馈控制系统。这种自动控制系统，包括功率放大和反馈，使输出变量的值相应输入变量的值。数控装置发出质量脉冲后，当指令值送到位置比较电路时，此时若工作台没有移动，即没有位置反馈信号时，指令值使伺服驱动电动机转动，经过齿轮、滚珠丝杠螺母副等传动元件带动机床工作台移动。装在机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量后，后反馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行控制。若两者存在差值，经放大器后放大，再控制伺服驱动电动机转动，直至差值为零时，工作台才停止移动。这种系统称为闭环伺服系统。 3、恒值系统恒指系统是指给定量（如速度、温度、压力等
13、）恒定不变的自动控制系统，这种系统的输出量也是恒定不变的。4、随动系统（伺服系统）这是一种反馈控制系统。在这种系统中，输出量是机械位移、速度或者加速度，因此随动系统这一术语，与位置或速度，或加速度控制系统是同义语。在随动系统中有一类，它的参考输入不是时间的解析函数，如何变化事先并不知道(即随着时间任意变化)。控制系统的任务是在各种情况下保证输出以一定精度跟随着参考输入的变化而变化。微机位置伺服系统在自动控制系统中，把输出量能够以一定准确度跟随输人量的变化而变化的系统称为随动系统，亦称伺服系统。在控制系统中若给定的输入信号是预先未知且随时间变化的并且系统的输出量随输入量的变化而变化，这种系统就称
14、为随动系统。快速跟踪和准确定位是随动系统的两个重要技术指北京林业大学工学院 自动化专业概论论文第 页 7标。5、程序控制系统 这种系统的给定量是按照一定的时间函数变化的，如程序控制机床的程序控制系统的输出量应与给定量的变化规律相同。6、应用方面的各种控制系统a、计算机控制系统 这是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要指输入输出接口、检测装置和执行装置等。与被控对象的联系和部件间的联系，可以是有线方式，如通过电缆的模拟信号或数字信号进行联系；也可以是无线方
15、式，如用红外线、微波、无线电波、光波等进行联系。对有些不容易直接模拟的条件，可以用传感器提供的实时参数进行模拟。 “传感器与人的感官一一对应。 ”(9) 计算机控制系统的应用类型有数据采集系统、直接数字控制系统、 监督计算机控制系统、分级控制系统、现场总线控制系统等几类。b、过程控制系统 这是以表征生产过程的参量为被控制量，使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。通过对过程参量的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式，这是过程控制的主要方式。北京林业大学工学院 自动化专业概论论文第 页 8c、伺服系统 这是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）任意变化的自动控制系统。它的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的
