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1、2019/4/19,1,一、开环控制和闭环控制,1、自动控制系统 将被控对象和控制装置按照一定的方式连接，对被控对象的一个或多个物理量（如转速、位移、温度和电流等）进行自动控制的整个系统称为自动控制系统。 自动控制系统可以分为开环、闭环控制和复合控制系统三大类。,2019/4/19,2,2、开环控制系统,下图中，电动机的转速n为被控量（输出量），转速给定Ugn为系统输入量，当系统输入端给定一个电压Ugn ，电动机就有一个对应的转速。 Ugn增大时，通过触发器使晶闸管整流装置的控制角减小晶闸管整流装置的输出增加，电动机的转速升高。,2019/4/19,3,3、闭环控制系统,又称反馈控制系统。,2
2、019/4/19,4,闭环控制系统的三个重要功能：,1.检测被控量（如转速等）。 2.将被控量检测所得的反馈量与给定值进行比较得到偏差。 3.根据偏差对被控量进行调节。 闭环控制系统建立在负反馈的基础上，按照偏差进行控制，系统偏离希望值时，必定会产生一个相应的控制作用去减小或消除此偏差，使被控量与希望值趋于一致。,2019/4/19,5,二、闭环控制系统的组成,闭环控制系统一般可由给定元件、比较元件、放大校正元件、被控对象和检测反馈元件等组成。图中代表比较元件。 信号从输入端沿箭头达到输出端的传输通道称为前向通道； 系统的输出量经检测元件反馈到输入端的传输通道称为反馈通道。,2019/4/19
3、,6,1、按控制系统的结构特点分类 1）闭环控制系统（反馈控制系统）。 按照偏差进行控制，具有抑制任何内外扰动对被控量产生的影响的能力，有较高的控制精度。 2）开环控制系统 该系统不存在反馈，系统的输出量不会对系统的控制作用发生影响。 3）复合控制系统 是既有前馈控制又有反馈控制的系统。,三、自动控制系统的分类,2019/4/19,7,2、按给定量的特点分类 1）定值控制系统 生产过程中，被控量要求维持在某一值。系统的基本任务是克服各种扰动影响使输出的被控量保持在给定的希望值上。 2）随动系统 给定量是事先未知的随时间任意变化的函数。系统的任务是克服各种扰动保证输出的被控量以一定的精度跟随给定
4、量的变化而变化。如武器瞄准系统。 3）程序控制系统 给定量按照预定规律随时间变化程序或随某一参数的变化而变化，要求被控量迅速、准确的跟随给定量变化。如加热炉的温度控制。,2019/4/19,8,3、按被控量的特点分类 1）连续控制系统 这种系统需要定量的控制被控量，被控量可以连续的被调整。 2）顺序控制系统 这种控制系统的被控量是开关量。系统按照预先确定的时间顺序或根据一定的逻辑关系所要求的顺序来进行控制。 4、其它分类方式 按被控量的名称分类：如电压控制系统，速度控制系统等等。 按回路多少：单回路、多回路。 按组成元件的特性：线性控制系统、非线性控制系统。,2019/4/19,9,四 单闭环
5、直流调速系统,1 转速负反馈直流调速系统,2019/4/19,10,转速负反馈直流调速系统工作原理及其静特性,当负载电流由Id1增加到Id2时，如在开环状态-,2019/4/19,11,当转速调节器ASR采用比例调节器时，则该系统对于对于给定量Ugn来说是有静差调速系统。这种系统在稳态时，反馈量与给定量不等。存在偏差U= Ugn - Ufn。这种系统是依靠偏差U不为零为前提工作，反馈量只能减小偏差而不能消除偏差。 如果U=0，则转速调节器（比例调节器） ASR的输出电压为零，晶闸管变流器的输出为零，电动机将不能工作。,1）转速负反馈有静差调速系统及其外特性,2019/4/19,12,2）转速负
6、反馈无静差调速系统 当转速负反馈的调速系统中转速调节器采用积分或比例积分调节器时，由于具有积分控制作用，不仅依靠U本身，还依靠偏差U的积累进行调节。当系统给定量与反馈量出现时，开始消除偏差直到U为零，但积分仍存在，有相应的输出，系统稳定时无静差。,2019/4/19,13,负载变化时，调速系统的调节过程,比例部分 积分部分 比例加积分,2019/4/19,14,开环和闭环系统比较,1 在转速给定电压相同时，开环系统的理想空载转速为闭环的1+K倍。 2 闭环系统的静特性比开环系统的硬，在相同负载电流的情况下，闭环系统的静态转速降为开环系统的1/(1+K)。 3 当二者的理想空载转速相同时，闭环系
7、统的静差率为开环系统的1/(1+K)，可见系统闭环后静差率可显著减小。 4 当系统的静差率要求一定时，闭环系统可大大提高调速范围。 5 闭环系统中，转速紧紧跟随转速给定电压变化，另一方面，对包含在闭环系统前向通道中的各种扰动的有强烈的抑制作用,2019/4/19,15,2 带电流截止负反馈的转速负反馈直流调速系统,为防止电流过大，可以引入电流负反馈，但是它的存在， 会使系统的静特性变软，影响调速精度。为了使系统正 常运行时电流正反馈不起作用，而电流过大时突然起作 用，引入电流截止负反馈。,2019/4/19,16,带电流截止负反馈直流调速系统的静特性,挖土机特性,2019/4/19,17,电压
8、负反馈直流调速系统,2019/4/19,18,带电流正反馈的电压负反馈直流调速系统,电流正反馈取自IdR,2019/4/19,19,电流正反馈与电压正反馈的不同,两种反馈性质完全不同，电压负反馈是被控量的负反馈，是反馈控制作用；而电流正反馈是扰动补偿控制作用，而非反馈控制作用，因为它是补偿了由于负载增加所导致的电枢电流增加而引起的电枢电阻压降增大。,几种调速系统静特性的比较,转速负反馈 带电流正反馈的电压负反馈 电压负反馈 开环系统,2019/4/19,20,理想的启动过程曲线,五 双闭环直流调速系统,2019/4/19,21,五 双闭环直流调速系统,1 转速电流双闭环直流调速系统,2019/
9、4/19,22,突加负载时转速， 电流双闭环调速 系统动态调节波 形,2019/4/19,23,六 晶闸管电动机可逆直流调速系统,接触器切换电枢可逆电路,两组晶闸管变流器组成的电枢可逆电路,电路形式：,2019/4/19,24,反并联连接电枢可逆电路,2019/4/19,25,交叉连接电枢可逆电路,2019/4/19,26,接触器切换磁场可逆电路,2019/4/19,27,两组晶闸管可逆电路组成的磁场可逆电路,注意：磁场可逆电路的控制较为复杂，必须保证磁场 切换过程中，当磁通接近于零时，电动机电枢两端的 电压也接近于零。,2019/4/19,28,电动机和晶闸管变流器的工作状态,整流和电动 发电制动和逆变,2019/4/19,29,反并联可逆控制系统四象限运行状态图,2019/4/19,30,逻辑无环流可逆系统,2019/4/19,31,精品课件！,2019/4/19,32,精品课件！,2019/4/19,33,1 转速负反馈无静差调速系统中，转速调节器采用（ ）调节器。 A P B PI C I D PID 2 转速负反馈系统中，闭环控制系统的转速降减为开环控制系统的转速降的（ ）。 1/(1+k) 特性变硬了,
