《控制系统框图》课件

控制系统框图控制系统框图是描述控制系统结构和功能的图形化表示它使用符号和箭头来展示系统中各个组件之间的关系以及信号的流动方向控制系统概述定义目标

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2.12控制系统是使系统按照预控制系统旨在保持系统输定的目标运行的装置或方出的稳定性和精度，并根法据需要进行调整组成应用

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4.34控制系统通常包含传感器控制系统广泛应用于工业、控制器、执行机构和被自动化、航空航天、机器控对象等部分人等领域控制系统框图的基本元素信号方框信号是控制系统中传递信息的载体，例如方框代表系统中的各个组件，例如控制器电压、电流、压力等、执行器、被控对象等箭头标签箭头表示信号的流动方向，从信号源指向标签用于标识信号名称、变量名称或组件信号接收端的功能开环控制系统框图开环控制系统是指控制信号不经过反馈环节，直接作用于被控对象，从而实现对被控对象的控制开环控制系统框图由控制器、执行机构、被控对象和测量元件组成控制器根据输入信号产生控制信号，执行机构将控制信号转换为被控对象的控制量，被控对象根据控制量做出相应的反应开环控制系统的特点结构简单响应速度快开环系统结构简单，成本相开环系统通常响应速度快，对较低，易于实现因为没有反馈回路稳定性较差精度不高开环系统对参数变化和外部开环系统缺乏反馈机制，输扰动比较敏感，容易造成系出无法被控制，精度较低统不稳定闭环控制系统框图反馈环路控制器执行机构被控对象闭环控制系统包含反馈环路控制器根据误差信号计算出执行机构根据控制信号来控被控对象是需要控制的系统，它将输出信号反馈到输入控制信号，以调节被控对象制被控对象的输入，例如调或过程，例如温度控制系统端，与参考信号进行比较的输出节阀门或电机中的加热器闭环控制系统的特点抗干扰性精度闭环控制系统能够自动补偿外界干扰，例如负载变化或环闭环控制系统能够提高系统的精度，因为反馈信号能够不境温度波动断地校正输出误差例如，在恒温控制系统中，如果外界温度升高，温度传感例如，在伺服系统中，反馈信号能够不断地校正电机转速器会检测到温度变化，并将信号反馈给控制器，控制器会和位置的误差，从而保证系统运行的精确度调整加热器的输出功率，从而保持温度稳定反馈信号测量输出反馈到控制器反馈信号反映了系统的实际反馈信号被送入控制器，与输出，通常由传感器测量获期望值进行比较，生成控制取信号闭环控制反馈信号的存在使得系统能够根据实际输出调整控制策略，实现闭环控制比较器比较器的类型比较器分为开环和闭环两种类型开环比较器通常用于比较两个信号的绝对大小，而闭环比较器则用于比较两个信号的相对大小，并且通常用于反馈控制系统中比较器的作用比较器用于比较两个输入信号的大小比较器输出取决于两个输入信号的相对大小比较器广泛应用于模拟和数字电路中，例如电压检测、信号阈值判断和模拟信号数字化控制器控制策略控制器根据偏差信号和控制算法，产生控制信号反馈控制控制器根据系统反馈的信息，实时调整控制策略信号处理控制器接收反馈信号，进行信号处理，并输出控制信号执行机构电动机液压执行器气动执行器电动机是执行机构的常见形式，将电液压执行器利用液压动力，适用于大气动执行器利用压缩空气，适合轻载能转化为机械能功率、高扭矩的应用、快速响应的应用被控对象执行器过程

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2.12被控对象是控制系统要控制的对象，例如电机、机械臂被控对象通常包含一个物理过程，例如电机转速、机械或温度控制系统中的加热器等臂位置或温度变化传感器模型

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4.34传感器用来测量被控对象的状态，例如温度传感器、压为了设计控制系统，通常需要对被控对象建立数学模型力传感器或位置传感器等，描述其动态特性和输入输出之间的关系幅频特性描述频率响应定义控制系统对不同频率正弦输入信号的响应特点幅值和相位随频率变化而变化作用分析系统稳定性、动态特性和频率特性相频特性相频特性是控制系统的一个重要指标，它描述了系统输出信号相对于输入信号的相位变化随频率的变化关系相频特性曲线通常以频率为横坐标，相位差为纵坐标，可以直观地反映系统对不同频率信号的相位响应稳定性稳定性定义控制系统稳定性指的是，在受到扰动后，系统是否能够恢复到平衡状态稳定性分析稳定性分析是控制系统设计中重要的环节，确保系统在各种情况下都能正常运行稳定性指标•阻尼比•自然频率稳态误差定义影响因素

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2.12稳态误差是指控制系统在稳态误差受到系统结构、输入信号稳定后，输出信参数、输入信号类型等因号与设定值之间的偏差素的影响降低方法重要性

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4.34通过调节系统参数、引入稳态误差反映了控制系统积分环节等方法可以降低的精度，对于一些需要高稳态误差精度控制的系统，稳态误差需要尽可能地降低动态特性响应速度稳定性精度衡量控制系统对输入信号变化的响应指控制系统在受到扰动后能否恢复到表示控制系统输出信号与设定值之间速度稳定状态的偏差程度过渡过程分析阶跃响应1系统对阶跃输入的响应脉冲响应2系统对脉冲输入的响应频率响应3系统对正弦输入的响应过渡过程分析是研究控制系统在受到扰动后，其输出量随时间变化的过程通过分析过渡过程，可以判断控制系统的性能，例如稳定性、快速性、平稳性等锁定范围定义影响因素重要性锁定范围指的是系统能够稳定跟踪系统的带宽、增益和相位裕度等因锁定范围决定了系统对输入信号的输入信号的频率范围素都会影响锁定范围响应能力，对于保证系统稳定性和可靠性至关重要捕获范围定义影响因素捕获范围是指系统能够跟踪输入信号频率变化的能力系统的带宽、噪声水平、干扰信号等因素都会影响捕获范围它表示系统能够跟踪输入信号频率的最大变化范围带宽越宽、噪声水平越低，捕获范围就越大控制系统的分类时间特性根据控制系统的时间特性，可以分为连续时间控制系统和离散时间控制系统信号特性根据控制系统中使用的信号类型，可以分为模拟控制系统和数字控制系统控制方式根据控制系统的控制方式，可以分为开环控制系统和闭环控制系统连续时间控制系统连续信号微分方程系统输入和输出都是连续变使用微分方程描述系统的动化的信号态特性模拟电路广泛应用通常使用模拟电路实现控制在工业、航空航天、机器人系统等领域有着广泛的应用离散时间控制系统离散时间信号数字控制器离散时间控制系统处理的是数字控制器使用数字信号处采样后的离散信号理器（）或微控制器来DSP执行控制算法应用领域离散时间控制系统广泛应用于数字信号处理、自动控制等领域数字控制系统数字控制系统优点应用领域采用数字计算机作为控制器，通过数精度高广泛应用于工业自动化、航空航天、•字信号处理来实现控制功能机器人技术等领域灵活性强•可实现复杂控制逻辑•控制器PID比例控制积分控制微分控制比例控制是根据偏差的大积分控制是根据偏差累积微分控制是根据偏差的变小来决定控制量的多少的总量来决定控制量的多化率来决定控制量的多少偏差越大，控制量越大，少偏差累计越多，控制偏差变化率越大，控制反之亦然量越大，反之亦然量越大，反之亦然比例控制可以快速响应偏积分控制可以消除稳态误微分控制可以预测未来的差，但不能完全消除稳态差，但响应速度较慢偏差，提高系统的快速性误差和稳定性自适应控制实时调整根据系统状态和环境变化，自动调整控制参数，以适应新的情况，提高控制性能学习能力利用人工智能算法分析实时数据，识别系统变化，并自动更新控制参数，实现智能优化应用领域•航空航天•机器人控制•自动驾驶智能控制学习能力适应能力决策能力智能控制系统可以从经验中学习并改智能控制系统可以适应不断变化的环智能控制系统可以做出明智的决策，进其性能境和条件甚至在不确定的情况下人工智能在控制中的应用优化控制策略自适应控制人工智能可用于分析大量数据，优化控制参数，提高控制人工智能可使控制系统根据环境变化自适应地调整控制策系统的性能略，提高系统鲁棒性故障诊断预测控制人工智能可用于识别控制系统中的故障，并采取相应的措人工智能可用于预测未来系统状态，并根据预测结果提前施，确保系统安全运行进行控制，提高系统的效率总结与展望控制系统理论不断发展，应用领域不断扩展未来，人工智能、机器学习将进一步推动控制技术进步。