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[導讀]自動控制原理—自動控制系統(tǒng)性能的基本要求(一)

一、自動控制系統(tǒng)性能的基本要求

自動控制系統(tǒng)實例

1.6.1 造紙機分部傳動控制系統(tǒng)

1.6.2 谷物濕度控制系統(tǒng)

1.6.3 烘烤爐溫度控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)是否能很好地工作,是否能精確地保持被控量按照預定的要求規(guī)律變化,這取決于被控對象和控制器及各功能元器件的結(jié)構(gòu)和特性參數(shù)是否設(shè)計得當。

在理想情況下,控制系統(tǒng)的輸出量和輸入量在任何時候均相等,系統(tǒng)完全無誤差,且不受干擾的影響。然而,在實際系統(tǒng)中,由于各種各樣原因,系統(tǒng)在受到輸入信號(也包括擾動信號)的激勵時,被控量將偏離輸入信號作用前的初始值,經(jīng)歷一段動態(tài)過程(過渡過程),則系統(tǒng)控制性能的優(yōu)劣,可以從動態(tài)過程中較充分地表現(xiàn)出來。

控制精度是衡量系統(tǒng)技術(shù)性能的重要尺度。一個高品質(zhì)的系統(tǒng),在整個運行過程中,被控量對給定值的偏差應該是最小的。

考慮動態(tài)過程在不同階段中的特點,工程上通常從穩(wěn)、準、好3個方面來衡量自動控制系統(tǒng)。

1.穩(wěn)定性(穩(wěn))

穩(wěn)定工作是對所有自動控制系統(tǒng)的基本要求,是一個系統(tǒng)能否工作的前提條件。不穩(wěn)定的系統(tǒng)根本無法完成控制任務??紤]到實際系統(tǒng)工作環(huán)境或參數(shù)的變動,可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定,因此,我們除要求系統(tǒng)穩(wěn)定外,還要求其具有一定的穩(wěn)定裕量。穩(wěn)定性是系統(tǒng)的固有特性,由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)所決定,與外部輸入信號無關(guān)。

2.穩(wěn)態(tài)精度(準)

穩(wěn)態(tài)精度是指系統(tǒng)過渡到新的平衡工作狀態(tài)以后,或系統(tǒng)抗干擾重新恢復平衡后,最終保持的精度。穩(wěn)態(tài)精度與控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)及輸入信號形式有關(guān)。

3.動態(tài)過程(好)

動態(tài)過程是指控制系統(tǒng)的被控量在輸入信號作用下隨時間變化的全過程,衡量動態(tài)過程的品質(zhì)好壞常采用單位階躍信號作用下過渡過程中的超調(diào)量、過渡過程時間等性能指標。對不同的被控對象,系統(tǒng)對穩(wěn)、準、好的要求有所側(cè)重。例如,隨動系統(tǒng)對好要求較高。同一系統(tǒng)中,穩(wěn)、準、好是相互制約的。提高過程的快速性,可能會加速系統(tǒng)振蕩;改善了平穩(wěn)性,控制過程又可能拖長,甚至使最終精度也變差。分析和解決這些矛盾,將是本課程的重要內(nèi)容。

自動控制系統(tǒng)實例

1.6.1 造紙機分部傳動控制系統(tǒng)

造紙機分部傳動控制系統(tǒng)原理圖如圖1-14所示。含有大量水分的紙張經(jīng)過第一壓榨棍后,去掉了一部分含水量,然后再進入第二壓榨棍,再榨去一部分水分。第一壓榨棍和第二壓榨棍分別由各自的電動機拖動,顯然,兩個壓榨棍的轉(zhuǎn)速必須協(xié)調(diào),否則將會拉斷紙頁或出現(xiàn)疊堆。


控制系統(tǒng)的基本要求

1.6.2 谷物濕度控制系統(tǒng)

谷物濕度控制系統(tǒng)原理圖如圖1-15所示。我們知道谷物含水量直接影響面粉產(chǎn)量,谷物在混合成磨料前要先濕潤,存在一個使谷物出粉最多的濕度,谷物濕度可通過加水來調(diào)整。實際中輸入谷物的水分,谷物流量和水壓均是變化不定的,為努力消除擾動的影響,可在上部加一水箱以保證供水壓力不變,可以加一個送料漏斗以維持谷物流量基本不變。剩下就是谷物水分控制,首先測量輸入谷物水分含量,構(gòu)成順饋控制部分,同時測量輸出谷物水分含量,構(gòu)成反饋部分,調(diào)節(jié)器將兩個傳感器來的信號與要求的濕度信號結(jié)合起來,給出正確水流量所必需的自動閥門整定值。


控制系統(tǒng)的基本要求

1.6.3 烘烤爐溫度控制系統(tǒng)

如圖1-16所示,控制的任務是保持爐溫恒定。由于爐溫既受工件數(shù)量及環(huán)境溫度的影響,又受煤氣流量的控制,故調(diào)整煤氣流量便可控制爐溫。


控制系統(tǒng)的基本要求

若工件數(shù)量增加,烘爐的負荷加大,而煤氣流量一時沒變,則爐溫下降,導致偏差電壓ΔU>0,故電動機將閥門開大,增加煤氣供給量,從而使爐溫回升,直到重新等于給定值為止。

若負荷減小或煤氣壓力突然加大,則爐溫升高,偏差電壓ΔU<0,故電動機自動關(guān)小閥門,減小供氣量,從而使爐溫回降,直到等于給定值為止。

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