《控制系统元》课件

控制系统元件组单传执这控制系统元件是成控制系统的基本元，例如感器、行器、控制器等协现对对现预标些元件同工作，实被控象的控制，从而实期的目课程简介课程内容课将讲内本程解控制系统的基本概念、元器件、控制方法等容课程目标计简单掌握控制系统的基本原理，能够分析、设的控制系统适用人群对•控制系统感兴趣的同学关领师•从事相域的工程课程目标掌握控制系统元件基本理解控制系统基本概念12知识习馈学反控制系统、PID控制传执调了解常见感器、行器、电器的特性和整方法应子元件工作原理和用培养单片机控制系统设计能力3习单应关编术学片机在控制中的用，并掌握相程技控制系统的基本概念定义目的过标对预控制系统是指通自动或人工方式，根据控制系统的目是使被控象按照定的预标调节状态预标设目，或改变系统运行的系要求运行，从而达到期目统将维例如，温度控制系统，目的是温度持传执组证产过进系统由感器、控制器、行器等部分在设定值，保生程的正常行过现对标成，通相互作用，实目的控制传感器的分类及原理温度传感器压力传感器光传感器距离传感器传将转压传将压转传将转传检测传温度感器可以温度变化力感器可以力变化光感器可以光照强度化距离感器可以物体与为检测为测为检测化电信号，用于和控制化电信号，用于量和控制电信号，用于和控制光感器的距离，用于自动控制和压监测温度力照强度安全各种常见传感器传传压传传们常见感器包括温度感器、力感器、光电感器等它在控制系统中发挥将转为进馈着重要的作用，物理量化电信号，以便控制系统行处理和反传测热热压传测压温度感器用于量温度，例如敏电阻、电偶等力感器用于量力应压传压压传传测，例如变式力感器、阻式力感器等光电感器用于量光强或光线方向，例如光敏电阻、光电二极管等信号调理电路的作用放大信号滤除噪声传识别环传调滤这感器输出的信号通常很微弱，需要放大才能被控制系统和处境中的噪声会干扰信号输，信号理电路可以除些干扰，证纯净理保信号的度转换信号线性化传进传线过线感器输出的信号类型可能与控制系统所需信号类型不同，需要有些感器的输出信号是非性的，需要经性化处理，使其符转换转换为数行信号，例如模拟信号字信号合控制系统的要求信号调理电路的设计分析信号特点频调标滤转换首先，了解信号的类型、率、幅度、精度等特征，确定所需理的目，例如放大、波、等选择合适的电路结构选择结滤转换虑稳根据信号特点，合适的电路构，例如放大器、波器、器等，并考电路的定性、噪声抑制、抗干扰能力等因素选择元器件结选择虑根据电路构，合适的元器件，例如电阻、电容、电感、运算放大器等，考元器件的性能参数货、成本、供情况等调试和优化计进调试计标完成电路设后，需要行和优化，确保电路能够正常工作，达到设目执行器的分类及原理机械执行器液压执行器气动执行器电磁执行器压执压压执压缩来执来主要利用机械部件完成动作，液行器利用液油的力气动行器利用空气完电磁行器利用电磁力完成来较应结积应例如齿轮、凸轮、杠杆等，完成动作，具有大的输出成动作，具有响速度快、动作，具有体小、响速度们过载简单维它可以通齿轮、凸轮、杠力，适用于重控制系统构、护方便等优点，常快、易于控制等优点，适用于将转换为轻载杆等机构能量机械运用于控制系统精密控制系统对动，直接控制被控象的运动常见电磁执行器执将转换为电磁行器是一种电能机械能的装置，在控制系统中扮演着重要角色执来驱执现对电磁行器主要利用电磁力的作用动行机构，实被控对应象的控制，用于各种自动化控制系统阀•电磁继•电磁电器•电磁制动器继电器及其使用继电器的结构继电器的作用继衔组压现电器由电磁铁、铁、触点成的控制大电流或高电电路，实电路的接断开产场衔通或电磁铁通电生磁，铁吸合，使触点闭断开现远还合或可以实距离控制，可以用于自动控制系统中比例阀及其应用定义应用12阀阀过调阀应压比例是一种特殊的电磁，可通比例广泛用于各种液系统，例如节电流控制流体流量它能够根据输入机械加工设备、工程机械、汽车发动机来信号的大小控制流体的流量，从而实、飞机控制系统等现对压液系统的精确控制优势分类34阀应阀为压比例具有响速度快、控制精度高、比例主要分电磁式、液式和气动调围可靠性强、可范广等优点式步进电机及其驱动电路步进电机的特点驱动电路的作用进现转驱将数转换为步电机可实精确的动角度动电路字脉冲信号编码馈进转控制，无需器反，适用于控制步电机旋的电流，确保应高精度定位用电机按指令运行驱动电路的类型进驱应常见的步电机动电路有L298N、DRV8825等，可根据电机类型和选择用需求直流电机及其驱动电路直流电机类型励直流电机根据磁方式分类，包括永磁直流电机和电磁直流电机驱动电路组成驱直流电机动电路通常包含电源、控制电路、功率放大电路和保护电路速度控制励枢压宽调术直流电机速度控制方法包括改变磁电流、改变电电或使用脉制技电子元件的分类被动元件主动元件电阻、电容、电感等二极管、三极管、集成电路等传感器执行器将转换为将转换为物理量电信号的元件电信号机械动作的元件电阻、电容、电感的基本特性电阻电容12过储电阻器阻碍电流流，由电阻电容器存电能，由电容值决率决定定电感3电感器抵抗电流变化，由电感量决定二极管的工作原理和应用二极管的工作原理二极管的应用单导应二极管是一种电子元件，具有向电性二极管在电子电路中有着广泛的用稳压例如，整流电路、限幅电路、电路等当时导正向偏置，二极管通，电流可以从阴阳极流向极还检测开关二极管可以用于信号和电路当时反向偏置，二极管截止，电流无法通过三极管的工作原理和应用三极管结构放大作用开关作用区组压为开关断三极管由基极、发射极和集电极三个域三极管可以放大电流和电信号，基极电流三极管可以作使用，控制电路的通现现逻辑成，其中基极控制电流流向，发射极发射电控制集电极电流，实信号增益，实信号的控制子，集电极收集电子集成运算放大器及应用基本特性常用类型为高增益、高输入阻抗、低输出阻运算放大器分通用型、精密型应选择抗，可放大微弱信号，广泛用、高速型等，合适的运算放滤虑带宽于信号处理、放大、波等大器需考、噪声、漂移等数参典型应用压运算放大器可用于构建各种电路，例如电跟随器、反相放大器、非反积滤相放大器、分器、微分器、波器等逻辑门电路及应用基本逻辑门组合逻辑电路12们杂逻辑础逻辑组现逻辑编码译包括与门、或门、非门等，它是构成复电路的基由多个门成，实特定的功能，例如器、码器、加法器等时序逻辑电路应用领域34记忆时顺逻辑应计领包含功能，能够根据输入信号的变化和间序改变输门电路广泛用于算机、通信、工业控制等域，实计数现逻辑出，例如触发器、器等运算、信息处理等功能锁存器及触发器锁存器触发器锁储单杂储单们存器是一种基本的存元它可以存触发器是一种更复的存元它可储逻辑该储逻辑过时一个值，并保持值直到收到新的以存一个或多个值，并通钟信状态输入号控制其输出锁过锁组存器由门电路构成，并通输入信号控触发器通常由多个存器成，并可以实状态现杂逻辑制其输出更复的功能计数器和移位寄存器计数器移位寄存器计数记录数数数应计时储数顺进器可以字脉冲的次，在字电路中广泛用于、移位寄存器可以按位存据，并按照指定的序行移位操作，频测数数传率量和地址生成等在字电路中常用于串行据输和信号处理等模拟量信号数字化技术模拟量信号数字化技术模数转换器（）数字信号处理ADC连续数将转换为数关键数进储传模拟信号是指变化的信号，而字信号ADC是模拟信号字信号的字化后的信号可以更方便地行存、则将转换为数将连续压转换为为数是离散的信号模拟信号字部件，它的电或电流信号离输和处理，控制系统提供精确的字信息过称为数数码信号的程字化散的字代数模转换器的工作原理转换原理常见类型数转换将数转换为数转换模器字信号模常见模器类型包括逐次逼将数积拟信号，字信号的每个比特近型、并行型、双分型等，各压对应应场位映射到模拟电或电流的有优缺点，适用于不同用景值精度和速度数转换标转换结时模器的精度和速度是重要指，决定其果的准确性和实性更高的精度和速度意味着更高的成本常见及其性能指标ADC标类型特点性能指转换逐次逼近型精度高、速度慢分辨率、速度、线误非性差较转换并行比型速度快、精度低速度、分辨率、功耗转换时双斜坡型精度高、功耗低分辨率、间、稳温度定性态围Σ-Δ型抗噪性强、易于集成信噪比、动范、过采样率控制系统的分类及特点开环控制系统闭环控制系统12开环馈闭环馈控制系统不包含反回路控制系统包含反回路，过馈，控制程不受系统输出影响输出信号会反至输入端，形闭环成控制线性控制系统非线性控制系统34线线性控制系统中，系统输出与非性控制系统输出与输入之线关线关输入之间呈性系，可运用间非性系，分析方法更复线数杂性学工具分析反馈控制系统及其作用精准控制稳定性适应性馈过时监测标馈过断调馈环标反控制系统通实输出与目值之反控制系统通不地整，使系统在面反控制系统可以根据境的变化和目值时调现对对时稳调间的偏差，并及整输入，实系统输外部干扰能够保持定性，确保系统正的改变，自动整控制策略，提高系统的适应出的精准控制常运行性控制器的特性及调整PID比例控制积分控制误来调误积稳态误现比例控制根据差的大小整输出，差越分控制消除差，防止系统出偏差大，输出越大微分控制参数调整调稳数微分控制抑制超，提高系统的定性PID控制器的三个参相互影响，需要根据实际进调情况行整单片机在控制中的应用灵活性和可扩展性成本效益单轻传传单片机能够松地集成各种感相比统的控制系统，片机控执器、行器和通信接口，构建复制方案通常具有更低的成本和更杂的控制系统小的尺寸可靠性和稳定性过计测试单现稳经精心的设和，片机控制系统可以实高可靠性和定性，保证稳系统定运行总结与展望展望应用术断应领断扩控制系统元件技不发展新材料、新控制系统元件用域不展智能制将断现来领将对工艺、新器件不涌未控制系统造、工业自动化、物联网等域控制将元件更加智能化、小型化、集成化、高系统元件提出更高要求精度化和高可靠性。