控制系统的基本要求

一、自动控制系统性能的基本要求

自动控制系统实例

1.6.1 造纸机分部传动控制系统

1.6.2 谷物湿度控制系统

1.6.3 烘烤炉温度控制系统

自动控制系统是否能很好地工作，是否能精确地保持被控量按照预定的要求规律变化，这取决于被控对象和控制器及各功能元器件的结构和特性参数是否设计得当。

在理想情况下，控制系统的输出量和输入量在任何时候均相等，系统完全无误差，且不受干扰的影响。然而，在实际系统中，由于各种各样原因，系统在受到输入信号(也包括扰动信号)的激励时，被控量将偏离输入信号作用前的初始值，经历一段动态过程(过渡过程)，则系统控制性能的优劣，可以从动态过程中较充分地表现出来。

控制精度是衡量系统技术性能的重要尺度。一个高品质的系统，在整个运行过程中，被控量对给定值的偏差应该是最小的。

考虑动态过程在不同阶段中的特点，工程上通常从稳、准、好3个方面来衡量自动控制系统。

1.稳定性(稳)

稳定工作是对所有自动控制系统的基本要求，是一个系统能否工作的前提条件。不稳定的系统根本无法完成控制任务。考虑到实际系统工作环境或参数的变动，可能导致系统不稳定，因此，我们除要求系统稳定外，还要求其具有一定的稳定裕量。稳定性是系统的固有特性，由系统结构、参数所决定，与外部输入信号无关。

2.稳态精度(准)

稳态精度是指系统过渡到新的平衡工作状态以后，或系统抗干扰重新恢复平衡后，最终保持的精度。稳态精度与控制系统的结构、参数及输入信号形式有关。

3.动态过程(好)

动态过程是指控制系统的被控量在输入信号作用下随时间变化的全过程，衡量动态过程的品质好坏常采用单位阶跃信号作用下过渡过程中的超调量、过渡过程时间等性能指标。对不同的被控对象，系统对稳、准、好的要求有所侧重。例如，随动系统对好要求较高。同一系统中，稳、准、好是相互制约的。提高过程的快速性，可能会加速系统振荡;改善了平稳性，控制过程又可能拖长，甚至使最终精度也变差。分析和解决这些矛盾，将是本课程的重要内容。

自动控制系统实例

1.6.1 造纸机分部传动控制系统

造纸机分部传动控制系统原理图如图1-14所示。含有大量水分的纸张经过第一压榨棍后，去掉了一部分含水量，然后再进入第二压榨棍，再榨去一部分水分。第一压榨棍和第二压榨棍分别由各自的电动机拖动，显然，两个压榨棍的转速必须协调，否则将会拉断纸页或出现叠堆。

1.6.2 谷物湿度控制系统

谷物湿度控制系统原理图如图1-15所示。我们知道谷物含水量直接影响面粉产量，谷物在混合成磨料前要先湿润，存在一个使谷物出粉最多的湿度，谷物湿度可通过加水来调整。实际中输入谷物的水分，谷物流量和水压均是变化不定的，为努力消除扰动的影响，可在上部加一水箱以保证供水压力不变，可以加一个送料漏斗以维持谷物流量基本不变。剩下就是谷物水分控制，首先测量输入谷物水分含量，构成顺馈控制部分，同时测量输出谷物水分含量，构成反馈部分，调节器将两个传感器来的信号与要求的湿度信号结合起来，给出正确水流量所必需的自动阀门整定值。

1.6.3 烘烤炉温度控制系统

如图1-16所示，控制的任务是保持炉温恒定。由于炉温既受工件数量及环境温度的影响，又受煤气流量的控制，故调整煤气流量便可控制炉温。

若工件数量增加，烘炉的负荷加大，而煤气流量一时没变，则炉温下降，导致偏差电压ΔU>0，故电动机将阀门开大，增加煤气供给量，从而使炉温回升，直到重新等于给定值为止。

若负荷减小或煤气压力突然加大，则炉温升高，偏差电压ΔU<0，故电动机自动关小阀门，减小供气量，从而使炉温回降，直到等于给定值为止。