自动控制原理绪论

从人工控制到自动控制

第一节都会举一个“人工控制”的例子来说明“自动控制”,咱就以骑自行车为例,假如咱现在想骑去31号楼,于是就:

我们通过眼睛去判断路况,然后大脑控制手脚(蹬呀,转呀),然后自行车就会动,进而向某个方向前进。如果方向不对,那咱通过眼睛判断后,再用大脑调整方向。说了一大堆,其实就是咱平时骑自行车的方式嘛。

那自动控制系统也是差不多的,这门课就上完了~

我开玩笑的  ̄▽ ̄,毕竟咱的大脑进化了几十万年才会骑自行车,自动控制系统哪有这么简单呀。下面就介绍一下自动控制系统。

自动控制系统就是要像人脑一样控制某个东西,文绉绉的定义就是:自动控制是指在没有人直接参与的情况下,利用控制装置使控制对象的某一物理量(比如温度、角度)自动地按照预定的规律运动。

就以我边上的一个台灯为例:我想成调三档亮度,于是我按下了三档的按钮(输入),于是电压就会加大,灯就会变亮。我们可以抽象成以下过程:

这种直来直去的自动控制方法叫做 开环控制,开环控制结构简单,成本较低,但是抗干扰能力差。假如我熬夜熬到了大白天,灯就不会自动灭,还是傻傻地开着。

于是嘛,咱就想给这个灯加一个光照传感器,如果光照较强的话,那灯就自动调暗一点。也就是在上面的控制系统上加上反馈:

这种控制系统根据我想要的亮度与实际亮度之间的“误差”来调整灯,称为 闭环控制 也叫 反馈控制。因为有了反馈信息,所以抗干扰性好,控制的精度高。但缺点也有,就是当我的传感器不灵敏时,或者我的手挡住传感器时,亮度就不精确,即检测环节受扰动或不准确时会影响控制精度。

于是我又加了一个传感器。上一个传感器是检测我书桌上的亮度,这个传感器就直接检测当前的阳光亮度。这样系统又更准确的一点:

通过检测阳光亮度,我可以更快的控制亮度(而不用亮了之后再调整)。增加的这部分控制叫“补偿控制”,可以提供一个控制作用来尽量抵消扰动的影响,抑制扰动比反馈控制更加及时。这里我们要注意一下,补偿控制依然属于开环控制。补偿控制与反馈控制合在一起称为 复合控制。两者结合后,可改善系统的抗扰性,提高控制精度。

自动控制的基本类型

上面是从结构上分类的。下面说说其他分类方法:

  1. 按变量类型分
    • 连续控制系统
    • 离散控制系统
  2. 按系统函数分
    • 线性控制系统
    • 非线性控制系统
  3. 按参数与时间的关系分
    • 定常系统
    • 时变系统
  4. 按系统输入分
    • 恒值控制系统
    • 随动控制系统

自动控制系统的基本要求

  • 稳:动态过程1的稳定性
  • 快:动态过程的快速性
  • 准:稳态过程2的精度
  1. 动态过程:系统受到给定值或干扰信号作用后,被控量的变化过程 

  2. 稳态过程:动态过程结束后系统进入稳态过程