自动控制基本原理与系统组成
1闭环控制/调节系统的组成
一般的自动控制系统由被控对象、检测仪表或装置、调节器/控制器和执行器几个基本分组成。检测仪表对被控对象的被控参数进行测量,调节器根据给定值与测量值的偏差并按一定的调节规律发岀调节命令,控制执行器对被控对象的被控参数进行控制,使被控参数满足要求。这类控制系统就是闭环控制系统,也称为调节系统,如图2.7所示。
图2.7闭环控制系统原理框图
常用的控制系统根据其组成结构的不同可分为:单回路系统、多回路系统、比值系统、复合系统等。
1.单回路控制/调节系统
单回路系统一般指在一个控制对象上用一个调节器来控制一个被控参数,调节器只接受个测量信号,其输出也只控制一个执行机构。系统如图2.8所示。
图2.8单回路控制系统框图
现代楼宇控制中,单回路控制/调节系统能够满足绝大部分的控制要求,因此,它在楼宇控制中的用量很大。单回路系统结构简单、明了,投资小,只要系统设计合理、选择合适的调节器和适当的调节规律,就能使系统满足控制要求。
2.多回路控制/调节系统
如果被控制对象的动态特性较为复杂,惯性比较大,釆用单冋路控制往往不能满足要求。对这类控制对象,可寻找某一惯性较小、能及时反映干扰影响的中间变量或参数作为辅助控制变量,通过辅助回路对辅助变量的及时控制,共同完成对主要被控参数的调节与控制,这就组成了多回路系统。如图2.9所示。
图2.9多回路控制系统原理框图
铺助变量的选择,要求它与主要被调参数关系密切,在扰动出现时,其变化比主要被调参数的变化更快,而且容易检测、转换。图2.10是多回路控制系统的另一种形式,它由主、副两个控制回路构成,主、副两个控制回路的调节器相串联,所以又称串联多回路调节系统,简称串级调节系统被控参数通过反馈构成主回路,而对主控量变化起主要影响的辅助变量反馈后构成副回路,主副回路相串联。副回路的给定值为一变量,它是主控变量经主调节器调节后的输岀量。因而,副回路是一个随主回路变动而能自动调节的随动系统。副回路被加在主控回路中,将随机的、频繁的、髙强度的干扰及时消除,而缓慢变化的扰动则由主控回路去控制。因此,在选择串联多回路控制系统控制方案时,副回路主要考虑对频繁出现的主要干扰进行控制,以减少主要干扰对被控制变量的影响,提高系统的抗干扰能力,副回路应有较快的反应速度。另外,对副回路的选择应考虑合理性与经济性,合理性和经济性应表现在辅助变量对主变量影响的重要性——辅助变量应能快速、准确地跟随主调节器的输出而变化。
图2.10串级调节系统原理框图
3.比值控制/调节系统
在某些系统中,会遇到两种或多种物料流量,或者两种或多种控制参数保持严格的比例关系。一旦比例失调,就会影响系统的正常运行,浪费原料,消耗能源,甚至造成环境污染,引发事故。凡是这种实现两种或多种物料流量,或者两种或多种控制参数保持严格比例关系的自动控制系统称为比值控制系统。在比值控制系统中,有一个被控变量(我们称为A变量或主变量)处于主导地位,另外个(或几个)被控变量(我们称为B变量或辅变量)与主变量保持一定比例。比值控制系统的组成如图2.11所示。
图2.11比值控制系统框图
在比值控制系统中,辅变量是随主变量按一定比例变化的,因此,辅回路实际上是一种随动控制系统。当主变量不要求控制时,可采用单闭环比值控制系统。单闭环比值控制系统组成如图2.12所示比值控制系统中的比值系数K由比例系数K决定,对于确定的比例系数K值,当检测仪表不同时,控制系统中的比值系数K值可能不同,这一点必须注意。
图2.12单回路比值控制系统框图
4.复合控制/调节系统
上述几个控制系统均是利用反馈原理组成的闭环控制系统,系统把干扰引起被调变量的变化与相应给定值比较后调节控制,完全是“事后”调节。而在复合控制系统中,前馈通道直接对特定的干扰信号进行检测,并按照一定的控制规律,通过前馈控制通道(补偿器)对控制对象进行控制。由于前馈控制是按干扰进行控制,有可能把干扰对被调参数的影响完全消除而不岀现偏差。但一个前馈控制通道只能对一个特定干扰源进行控制,而对其他的干扰无能为力。而对所有可能的干扰进行前馈控制不可行,也不经济。所以在复合控制系统中,对主要千扰进行前馈控制,通过反馈回路对其他可能的干扰进行调节控制,以保证被调参数的控制指标。复合控制系统组成如图2.13所示。
图2.13复合控制系统框图
