自动控制系统

1、自动控制系统

　　控制系统是指由控制主体、控制客体和控制媒体组成的具有自身目标和功能的管理系统。也可以理解为：为了使控制对象达到预期的稳定状态。例如一个水箱的温度控制，可以通过控制加热设备输出的功率进而来改变水温达到目标温度，这个水箱的温度控制可以称之为一个简单的控制系统。
　　1.1、自动控制系统的工作原理是什么？
　　原理：对生产中某些关键性参数进行自动控制，使它们在受到外界干扰 (扰动) 的影响而偏离正常状态时，能够被自动地调节而回到工艺所要求的数值范围内。自动控制系统分为开环和闭环，具体为：

　　（1）开环自动控制系统原理：

　　开环控制系统(òpen-loop control system) ：指被控对象的输出(被控制量)对控制器(controller)的输出没有影响的控制系统。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，基于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。
　　开环控制不能够检测误差，不能够校正误差，只能够按照事先确定好的程序和产生信号的条件，依次去控制对象并且无抑制的干扰能力。

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　开环控制系统框图
　　以生活中的电吹风为例，电吹风是一个常见开环控制系统，通过设置吹风机的档位可以改变风扇的转速和电热丝的温度，进而调节输出的温度和风速。电吹风的开环控制框图如下：

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　电吹风开环控制系统框图

　　上图中，电风扇风力控制系统就是一个开环控制的系统，我们设置好目标风力之后，控制电路就输出相应的电压（假设是电压控制），此时电机的扇叶转速就被控制在目标范围了。理想状态下，风扇的输出风力确实可以稳定在目标值附近，然而，在实际的使用中，电机会逐渐老化，扇叶上的灰尘也会让负载增大，此时我们所设定目标风力和实际风力可能就存在偏差了。

　　（2）闭环自动控制系统原理：

　　闭环控制系统(closed-loop control system)：指系统被控对象的输出(被控制量)会反送回来影响控制器的输出，形成一个或多个闭环的控制系统。把控制系统输出量的一部分或全部，通过一定方法和装置反送回系统的输入端，然后将反馈信息与原输入信息进行比较，再将比较的结果施加于系统进行控制，避免系统偏离预定目标。闭环控制系统利用的是负反馈。

　　反馈又称回馈，是控制论的基本概念，指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程。反馈可分为负反馈和正反馈：
　　　　负反馈使输出起到与输入相反的作用，使系统输出与系统目标的误差减小，系统趋于稳定;
　　　　正反馈使输出起到与输入相似的作用，使系统偏差不断增大，使系统振荡，可以放大控制作用。正反馈主要用于信号产生电路。

　　　　对负反馈的研究是控制论的核心问题。

　　闭环控制也就是（负）反馈控制，原理与人和动物的目的性行为相似，系统组成包括传感器（相当于感官），控制装置（相当于脑和神经），执行机构（相当于手腿和肌肉）。传感器检测被控对象的状态信息（输出量），并将其转变成物理（电）信号传给控制装置。控制装置比较被控对象当前状态（输出量）对希望状态（给定量）的偏差，产生一个控制信号，通过执行机构驱动被控对象运动，使其运动状态接近希望状态。具体可见一下框图：

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　闭环控制系统框图
　　以热水器自动控温为例，首先我们将热水器设置一个温度，此时这个温度就是这个系统的给定值，也是控制系统想要达到的目标值；热水器的调节器为整个系统的控制器，调节器经过计算处理输出给执行机构，通过热水器的加热装置，进而控制水的温度，然后检测实际的温度，将温度反馈给控制系统，此时实际的温度和目标温度产生偏差，通过加热装置给水加热来达到理想的温度。闭环控制框图如下：

 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　热水器闭环控制系统框图

　　1.2、控制系统与电机有什么关系？
　　在控制系统中有一个角色十分的重要，它根据控制装置的信号改变着被控对象的状态——执行器。执行器的种类多种多样，可以是改变温度的电热丝、改变转速的电机等等，只要是符合可以改变被控对象的状态都可以称之为执行器。就目前来说电机加上相应的传输结构占执行器的一大部分，所以说控制电机就变成了十分重要的内容。电机控制的好坏直接决定于被控对象状态改变的是否准确。电机的控制是对电机的启动、加速、运转、减速以及停止进行控制，通过对其控制达到快速启动、快速响应、高效率、高扭矩输出和高过载能力的目的。