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控制技术的基本知识
日期:2008-5-31 0:11:44 来源:本站整理  
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什么是控制技术?
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压力、温度或流量(压强、湿度、速度)等物理参数在机械和系统中要被精确地设置,不能被干扰因素所影响,这就要求要用控制器进行控制。
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控制技术就是通过控制器来对各种不同的物理参数进行设置,为了使这些参数可以被控制,首先要将这些参数有效地转换为电子信号,然后通过控制器将电子信号数值与设定值或设定点曲线进行对比,再将控制器计算出的差补值放在系统中,对被干扰的参数进行补偿。重要的一点在于要知道系统如何对这个结果进行响应。
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控制技术就是企图针对不同的技术,探寻个参数间的共同的、一般的关系。大多数的书中在解释这些关系时,都用大量的高深的数学来进行解释。这里,我们用很通俗的方式来说明控制技术的基本术语和知识。
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控制
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控制是系统的一部分,通过一个输入量(或多个输入量)来影响输出量。这里所指的控制就是开环控制。输出量对输入量没有任何反作用。
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闭环控制
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闭环控制是系统的一部分,系统不断地得到被测量的值,并于参考变量或设定值进行比较,根据对比的结果,系统地输入变量得到改变,从而使输出变量向输入变量趋近。这个相互影响的关系就是闭环。
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参考变量W  Reference variable
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参考变量W,也是被控变量的设定值,它是被控变量的最后结果。在系统中W可以保持不变,有是也可以改变。
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闭环控制要保持被控的物理参数为一个特定值,或追寻一个特定曲线,特定值即参考变量。
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被控变量X   Controlled variable
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定义:闭环控制的目的在于保持一个变量为特定值或特定曲线,该变量称为被控变量X
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被控变量的实际数值叫实际值,actual value
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举例: 储气罐的压力
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       液压系统中的压力
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       加热棒的温度
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       电机的转速
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作用变量Y  Actuating variable
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被控变量在系统中可以被任何因素所干扰,但也通过干扰量而与参考变量一致,影响这个结果的变量叫做作用变量Y
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举例: 储气罐的排气流量
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       液压系统中的调压阀设定压力
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       加热棒的电压
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       DC马达的电压
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干扰变量Z  Disturbance variable
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所有的系统都存在干扰因素,这也是为什么要对系统进行控制的原因。所有的干扰因素统称为干扰变量。
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为了使被控变量趋于参考变量,干扰变量由于作用变量而被校正。作用变量不是被控系统中唯一的输入值,干扰变量也是输入值。
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系统偏差Xd  System deviation
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参考变量与被控变量的差称为系统偏差,Xd=e=W-X
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控制响应 Control Response
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控制响应表明被控系统对输入变量的变化如何进行响应。
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控制器 Controller
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控制器的作用是保持被控变量与参考变量尽可能的一致。被控变量的值通过控制器不断地与参考变量进行比较。作用变量也是根据这个比较出来的值计算出来的。
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控制器内部有控制回路,该回路对参考变量与被控变量进行比较,并计算出作用变量。
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不同的系统,作用变量的执行方式是不同的。因此不同控制器有着不同的控制响应特征。
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作用元件 Actuating elements, Actuator
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作用元件用来改变被控变量。作用元件通常被其他驱动装置控制,用来根据控制器的运算结果来改变被控变量的状态。
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比如控制液位的进水口阀门。
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测量元件 Measuring elements
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用于获得即时的被控变量的值,并将物理值转换为电信号值。
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闭环 Closed-loop
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闭环包括闭环控制中的一切元件。
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 举例:
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控制器根据系统偏差Xd,将一个信号的控制器输出CO,传送到最终控制元件(作用元件)中。
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根据Xd = e = W – X
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即: 如果X>WXd为负,阀关闭;
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     如果X<WXd为正,阀开启。
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通常,很难将输出值控制的很理想:
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·如果响应行为太快,系统对输入的响应太强烈,导致输出结果发生振荡。
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·如果响应行为太慢,则输出不灵敏。
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被控系统 Controlled system
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在作用变量与被控变量间存在着复杂的关系。这两个变量互相依存,且之间的关系通过物理作用而确定。这种物理过程对系统进行调节,这就是被控系统。
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在选择控制器前,一定要充分了解被控系统的系统行为(system behaviour)。
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系统的动态响应 Dynamic response of the system
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系统的动态响应在控制技术中非常重要。
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动态响应指在输入量发生变化的时段内,输出量(被控变量)的特征。最重要的是,系统对作用变量的变化如何响应。
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控制工程师必须熟知几乎所有不同系统的显著的动态响应方式!
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阶跃响应和瞬态响应 Step response and transient response
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如果输入量发生跳变,被控系统的响应成为阶跃响应或瞬态响应。每个系统的阶跃响应都是有其特点的。
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当作用变量y发生跳变时,被控变量的阶跃响应在短期内发生瞬变,并有振荡出现。
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稳态响应 Static response
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当所有变量不再变化的时间段内所获得的响应为稳态响应。这时,所有瞬态响应全部消失。
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控制技术.pdf
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