第七章控制系统设计
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自控原理课件 第7章-自动控制系统控制器及其校正与设计
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比例控制器另一作用是调整系统的开环放大 倍数，加快系统的响应速度。 考虑图7.14所示带有比例控制器校正的控制系 统，系统的闭环传递函数为
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可见，Kp 愈大，稳态精度愈高，系统的时间常 数τ＝T/(1+Kp )愈小，则系统响应速度愈快。 [例7.4]被控对象为一阶惯性的比例控制器控 制时SIMULINK仿真 如图7.15所示，一阶惯性环节为10/(5s+1) ，比例控制器增益为1时，系统输出为指数上升 形式。 如图7.16所示，被控对象不变，比例控制器 增益为10，系统输出仍为指数上升形式，输出与 输入不相等，仍为有差系统，但误差减小，且响 应速度加快，读者可计算验证。
67
由图7.36可见，校正前原系统是O型系统(无积 分器）是有静差系统。校正后系统成为I型系统(含 有一个积分器)，在阶跃输入下能实现无静差，改 善了系统的稳态性能。校正前原系统相位裕量＝ 88º ，校正后相位裕量＝65，相位裕量是减小的， 意味着系统的超调量将增加，降低了系统的稳定 性。总之，采用PI校正，能改善系统的稳态性能， 而动态性能可能受到一定的影响。
第7章 自动控制系统控制器及其 校正与设计
本章主要讲述自动控制系统中常用的控制器 及其校正。在对自动控制系统分析后，发现系统 不能满足性能指标的要求，需要对系统进行改进， 在原有的系统中，有目的地增添一些装置和元件， 人为地改变系统的结构和性能，使之满足所要求 的性能指标，这种方法就称为校正。常用的校正 方法有串联校正、反馈校正和顺馈补偿。同时， 本章还简要叙述常用的工程上的设计方法。
38
SIMULINK仿真结果如图7.20所示，输出波形 虽有振荡，但超调量减小，振荡次数减少，系统响 应得到了改善。 7．2．3 积分控制器(I)校正
自动控制原理第7章离散控制系统
差分方程描述了系统在离散时间点的行为，通过求解差分方程可 以预测系统未来的输出。
Z变换
01
Z变换是分析离散时间信号和系统 的有力工具，它将离散时间信号 或系统转化为复平面上的函数或 传递函数。
02
Z变换的基本思想是通过将离散时 间信号或系统进行无限次加权和 ，将其转化为一个复数域上的函 数或传递函数。
离散状态方程
离散状态方程是描述离散控制系统动 态行为的数学模型，它的一般形式为 $mathbf{dot{x}}(k) = Amathbf{x}(k) + Bu(k)$，其中 $mathbf{x}(k)$表示在时刻$k$的系 统状态向量，$u(k)$表示在时刻$k$ 的输入向量，$A$和$B$是系统的系 数矩阵。
稳态误差主要来源于系统本身的结构 和参数，以及外部干扰和测量噪声。
离散控制系统的动态响应分析
动态响应定义
动态响应是指系统在输入信号作 用下，系统输出信号随时间变化 的特性。
动态响应的描述方
式
动态响应可以通过系统的传递函 数、频率特性、根轨迹图等方式 进行描述。
优化动态响应的方
法
通过调整系统参数、改变系统结 构、引入反馈控制等方法，可以 优化系统的动态响应。
离散控制系统的仿真工具与实例
仿真工具介绍
离散控制系统的仿真工具用于模拟和测试系统的性能和稳定性。常见的仿真工具包括MATLAB/Simulink、 LabVIEW等。这些工具提供了丰富的数学函数库和图形化界面，方便用户进行系统建模和仿真。
仿真实例分析
通过具体的仿真实例，可以深入了解离散控制系统的性能和特点。例如，可以设计一个温度控制系统，通过调整 系统参数和控制算法，观察系统在不同工况下的响应特性和稳定性。通过对比不同方案，可以评估各种参数和控 制策略对系统性能的影响，为实际应用提供参考和依据。
Z变换
01
Z变换是分析离散时间信号和系统 的有力工具，它将离散时间信号 或系统转化为复平面上的函数或 传递函数。
02
Z变换的基本思想是通过将离散时 间信号或系统进行无限次加权和 ，将其转化为一个复数域上的函 数或传递函数。
离散状态方程
离散状态方程是描述离散控制系统动 态行为的数学模型，它的一般形式为 $mathbf{dot{x}}(k) = Amathbf{x}(k) + Bu(k)$，其中 $mathbf{x}(k)$表示在时刻$k$的系 统状态向量，$u(k)$表示在时刻$k$ 的输入向量，$A$和$B$是系统的系 数矩阵。
稳态误差主要来源于系统本身的结构 和参数，以及外部干扰和测量噪声。
离散控制系统的动态响应分析
动态响应定义
动态响应是指系统在输入信号作 用下，系统输出信号随时间变化 的特性。
动态响应的描述方
式
动态响应可以通过系统的传递函 数、频率特性、根轨迹图等方式 进行描述。
优化动态响应的方
法
通过调整系统参数、改变系统结 构、引入反馈控制等方法，可以 优化系统的动态响应。
离散控制系统的仿真工具与实例
仿真工具介绍
离散控制系统的仿真工具用于模拟和测试系统的性能和稳定性。常见的仿真工具包括MATLAB/Simulink、 LabVIEW等。这些工具提供了丰富的数学函数库和图形化界面，方便用户进行系统建模和仿真。
仿真实例分析
通过具体的仿真实例，可以深入了解离散控制系统的性能和特点。例如，可以设计一个温度控制系统，通过调整 系统参数和控制算法，观察系统在不同工况下的响应特性和稳定性。通过对比不同方案，可以评估各种参数和控 制策略对系统性能的影响，为实际应用提供参考和依据。
第七章 简单控制系统
操纵变量的选择 操纵变量的选择
在自动控制系统中，把用来克服干扰对 被控变量的影响，实现控制作用的变量称为 操纵变量。 最常见的操纵变量是介质的流量。
操作变量 通过工艺分析
确定
系统的干扰
16
第三节 操纵变量的选择
举例
如果根据工艺要 求，选择提馏段某 块塔板（一般为灵 敏板）的温度作为 被控变量。
图7-7 精馏塔流程图
31
举例
加热炉出口温度控制系统 为了在控制阀气源突然 断气时,炉温不继续升高, 断气时,炉温不继续升高,采 停气时关闭) 用了气开阀 (停气时关闭) , 方向。 是“正”方向。炉温是随燃 料的增多而升高的, 料的增多而升高的,以炉子也 方向作用的。 是“正”方向作用的。变送 器是随炉温升高,输出增大, 器是随炉温升高,输出增大, 也是“ 方向。 也是“正”方向。所以控制 器必须为“反方向” 器必须为“反方向”,才能当 炉温升高时,使阀门关小, 炉温升高时,使阀门关小,炉 温下降。 温下降。
19
图7-9 干扰通道与控制通道示 意图
对象静态特性的影响-放大系数K 对象静态特性的影响-放大系数K
控制通道的放大系数控制通道的放大系数-适当范围 干扰通道的放大系数，越小越好 干扰通道的放大系数，
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对象动态特性的影响
时间常数
控制通道： 控制通道：不能太大 干扰通道：大些有利于控制 干扰通道：
11
举例
被控变量的选择 被控变量的选择
图7-4 精馏过程示意图 1—精馏塔；2—蒸汽加热器
图7-5 苯-甲苯溶液 的T-x图
图7-6 苯-甲苯溶液的 p-x图
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从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。 从工艺合理性考虑，常常选择温度作为被控变量。 原因 在精馏塔操作中，压力往往需要固定。 在精馏塔操作中 ，压力往往需要固定。 只有 将塔操作在规定的压力下， 将塔操作在规定的压力下 ， 才易于保证塔的分 离纯度，保证塔的效率和经济性。 离纯度，保证塔的效率和经济性。 在塔压固定的情况下， 在塔压固定的情况下 ，精馏塔各层塔板上的 压力基本上是不变的， 压力基本上是不变的 ， 这样各层塔板上的温度 与组分之间就有一定的单值对应关系。 与组分之间就有一定的单值对应关系。 所选变量有足够的灵敏度。 所选变量有足够的灵敏度。
第7章专家控制系统
第7章 专家控制系统教学内容首先介绍专家系统基本概念、特征、组成以及基本类型。
然后讲授专家控制系统的工作原理，最后介绍了建立专家系统的步骤和专家控制器。
教学重点1．专家系统的概念，即它是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。
将专家系统同控制理论和技术相结合，对系统进行控制形成专家控制系统。
把专家系统作为控制器称为专家控制器。
专家系统的基本组成，即由知识库、推理机、解释接口等组成。
2．专家控制系统工作原理。
专家系统设计的基本步骤：认识和阶段化概念，实现阶段，获取知识、构造外部知识库，调试和检验阶段。
教学难点专家系统的工作原理、知识的表示和获取，专家系统的设计。
教学要求1．了解专家系统的概念，理解专家控制系统、专家控制器的概念。
2．掌握专家系统的特征、组成和基本类型。
3．理解专家控制系统的工作原理。
知识的表示和获取。
4．掌握建立专家系统的步骤。
5．了解专家控制器的组成，专家控制器的设计原则。
7.1 概述7.1.1 专家系统的起源与发展人工智能科学家一直在致力于研制在某种意义上讲能够思维的计算机软件，用以“智能化”的处理、解决实际问题。
60年代，科学家们试图通过找到解决多种不同类型问题的通用方法来模拟思维的复杂过程，并将这些方法用于通用目的的程序中。
然而事实证明这种“通用”程序处理的问题类型越多，对任何个别问题的处理能力似乎就越差。
后来，科学家们认识到了问题的关键即计算机界程序解决问题的能力取决于它所具有的知识量的大小。
为使一个程序智能化，必须使其具有相关领域的大量高层知识。
为解决某具体专业领域问题的计算机程序系统的开发研制工作，导致专家系统这一新兴学科的兴起。
从本质上讲，专家系统是一类包含着知识和推理的智能计算机程序，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识和经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域的问题。
1965年斯坦福大学开始建立用于分析化合物内部结构的DENTRAL系统，首先使用了“专家系统”的概念。
第七章DDC系统设计
第七章DDC系统设计DDC系统是现代建筑中常见的自动化控制系统，用于实现对建筑内供暖、通风、空调和照明等设备的集中控制和管理。
在本章中，将对DDC系统的设计进行探讨，包括系统的硬件结构、软件架构和功能规划等方面的内容。
一、系统硬件结构DDC系统的硬件结构包括主机、网络、传感器和执行器等组成部分。
1.主机：主机是DDC系统的核心控制单元，负责接收传感器的输入信号，并根据预设的控制算法进行逻辑运算，最后输出控制信号给执行器。
主机通常由一台高性能的计算机构成，具备强大的计算和处理能力。
2. 网络：DDC系统采用分布式控制的架构，需要使用网络将各个子系统连接起来，实现数据的共享和信息的传递。
常见的网络类型有以太网、Modbus、BACnet等。
3.传感器：传感器负责将建筑内各种参数（如温度、湿度、CO2浓度等）转换成电信号，并通过传输线路将信号送至主机。
常见的传感器类型有温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
4.执行器：执行器根据主机输出的控制信号，控制设备的运行状态。
常见的执行器包括电动阀门、调节阀、变频器等。
二、系统软件架构DDC系统的软件架构主要包括数据采集、数据处理、控制算法和用户界面等模块。
1.数据采集：数据采集模块负责从传感器中获取数据，并将数据进行预处理和校正，确保数据的准确性和可靠性。
2.数据处理：数据处理模块负责对采集到的数据进行处理和分析，提取出有价值的信息，并根据预设的算法进行逻辑运算，生成控制策略。
3.控制算法：控制算法模块根据采集到的数据和用户设定的控制目标，主动调节执行器的开关状态和运行参数，实现对设备的自动控制。
4.用户界面：用户界面模块提供了一个直观、友好的操作界面，使用户可以通过界面对系统进行设置、监控和控制。
用户界面通常采用图形化界面，方便用户理解和操作。
三、功能规划DDC系统的功能规划根据具体的建筑需求而定，一般包括以下几个方面：1.温度控制：根据建筑内部温度的变化，自动调节供暖和空调设备的工作状态，保持室内的舒适温度。
自动控制原理(第三版)第七章线性离散系统分析与设计
离散系统稳态误差是指系统在稳态时输出与输入之间的误 差。
要点二
离散系统稳态误差的计算方法
离散系统稳态误差的计算方法包括解析法和仿真法，其中 解析法是通过求解差分方程得到稳态误差，仿真法则是通 过模拟系统的动态过程得到稳态误差。
05
线性离散系统的控制器设计
离散系统的状态反馈控制
01
状态反馈控制
通过测量系统的状态变量，并利 用这些信息来产生控制输入，以 实现系统的期望性能。
THANKS
感谢观看
01
离散系统响应的分类
离散系统的响应可以根据不同的标准进行分类，如根据时间响应可以分
为瞬态响应和稳态响应，根据系统参数可分为超调和调节时间等。
02
离散系统响应的数学模型
离散系统的数学模型通常采用差分方程或状态方程表示，通过求解这些
方程可以得到系统的响应。
03
离散系统响应的分析方法
离散系统响应的分析方法包括时域分析和频域分析，其中时域分析主要
基于系统的输出方程和性能指标，通过设计适当的观测器来估计状 态变量，并利用这些估计值来设计输出反馈控制器。
输出反馈控制的局限性
对于非线性系统和不确定性可能存在较大的误差，并且对于状态变 量的测量可能存在噪声和延迟。
离散系统的最优控制
最优控制
01
通过优化性能指标来选择控制策略，以实现系统性能的最优化。
自动控制原理(第三版)第七章 线性离散系统分析与设计
• 线性离散系统概述 • 线性离散系统的数学模型 • 线性离散系统的稳定性分析 • 线性离散系统的动态性能分析
• 线性离散系统的控制器设计 • 线性离散系统设计案例分析
01
线性离散系统概述
定义与特点
要点二
离散系统稳态误差的计算方法
离散系统稳态误差的计算方法包括解析法和仿真法，其中 解析法是通过求解差分方程得到稳态误差，仿真法则是通 过模拟系统的动态过程得到稳态误差。
05
线性离散系统的控制器设计
离散系统的状态反馈控制
01
状态反馈控制
通过测量系统的状态变量，并利 用这些信息来产生控制输入，以 实现系统的期望性能。
THANKS
感谢观看
01
离散系统响应的分类
离散系统的响应可以根据不同的标准进行分类，如根据时间响应可以分
为瞬态响应和稳态响应，根据系统参数可分为超调和调节时间等。
02
离散系统响应的数学模型
离散系统的数学模型通常采用差分方程或状态方程表示，通过求解这些
方程可以得到系统的响应。
03
离散系统响应的分析方法
离散系统响应的分析方法包括时域分析和频域分析，其中时域分析主要
基于系统的输出方程和性能指标，通过设计适当的观测器来估计状 态变量，并利用这些估计值来设计输出反馈控制器。
输出反馈控制的局限性
对于非线性系统和不确定性可能存在较大的误差，并且对于状态变 量的测量可能存在噪声和延迟。
离散系统的最优控制
最优控制
01
通过优化性能指标来选择控制策略，以实现系统性能的最优化。
自动控制原理(第三版)第七章 线性离散系统分析与设计
• 线性离散系统概述 • 线性离散系统的数学模型 • 线性离散系统的稳定性分析 • 线性离散系统的动态性能分析
• 线性离散系统的控制器设计 • 线性离散系统设计案例分析
01
线性离散系统概述
定义与特点
化工仪表及自动化课件第七章__复杂控制系统
4 高度动态
具有快速响应和大幅度变化的特点，在控制 中需要实时调节。
化工行业中的复杂控制系统应用案例
石油化工
发电厂控制
在炼油、化工加工等领域应用广泛，如精馏塔温度、 压力控制。
保证功率输出、温度和气体流量的稳定性和高效性。
水处理厂
用于控制投加量、能耗和废水回收，保障水质水量。
反馈控制和前馈控制的区别
复杂控制系统简介
探索复杂控制系统的特点和应用领域，了解它们的基本原理和设计方法，并 探讨优化和调节的最佳实践。
复杂控制系统的特点
1 高度集成
由多个子系统和模块交互作用形成，复杂性 高且相互依赖。
2 多变量
控制多个输入和输出，要考虑多种因素的相 互作用。
3 非线性响应
与系统输入之间存在非线性关系，需要进行 非线性建模和控制。
1
反馈控制
根据输出信号的反馈来调节控制器的输入，在实时中调整控制参数。
2
前馈控制
通过提前计算和预测来预防或纠正系统中的异常，避免震荡和控制错误。
单变量控制和多变量控制的对比
单变量控制
只控制一个特定的过程变量，如温度或流量，适用于简单的系统。
多变量控制
控制多个输入和输出，可同时监测和控制多个过程变量，用于复杂系统。
模型预测控制（MPC）的优势与应用
优势
使用数学模型对系统进行预测和优化，确保系统在发电、水处理等领域的复杂系统 控制中。
自适应控制算法的应用
基本概念
将捕捉的反馈信号与预期模型进行比较，自动调整 控制器的输入参数。
应用实例
在化工、制造和航天等领域得到广泛应用，如火箭 推进系统和异丙醇工艺过程中的控制。
系统优化的目标与方法
《自动控制原理》第七章 离散控制系统
k 0
式中， ( z ) 称为离散信号e* (t ) 的z变换，记为 E( z) Z[e* (t )] E
7.3.2 z变换的方法
常用的求取离散函数的z变换方法有级数求和法、部分分式法和留数计算法。
1.级数求和法
根据z变换的定义，将连续信号 e(t ) 按周期 T 进行采样，级数展开可得
教学难点
离散时间函数的数学表达式及采样定理， 线性常系数差分方程与脉冲传递函数，采 样控制系统的时域分析，采样控制系统的 频域分析。
概述：
近年来，随着脉冲技术、数字式元器件、数字计算机，特别是微处理器
的迅速发展，数字控制器在许多场合取代了模拟控制器，比如微型数字 计算机在控制系统中得到了广泛的应用。离散系统理论的发展是非常迅 速的。 因此，深入研究离散系统理论，掌握分析与综合数字控制系统的基 础理论与基本方法，从控制工程特别是从计算机控制工程角度来看，是 迫切需要的。
图7-3 信号复现过程
7.1.2 数字控制系统
数字控制系统是一种以数字计算机为控制器去控制具有连续工作状态的 被控对象的闭环控制系统。 其原理方框图如图7-4所示。
图7-4 数字控制系统方框图
过程分析：A/D转换器将连续信号转换成数字序列，经数字控制器处理后生 成离散控制信号，再通过D/A转换器转换成连续控制信号作用于 被控对象。
第7章 离散控制系统
教学重点
了解线性离散系统的基本概念和基本定理，把握 线性连续系统与线性离散系统的区别与联系； 熟练掌握Z变换的方法、Z变换的性质和Z反变换； 了解差分方程的定义，掌握差分方程的解法； 了解脉冲传递函数的定义，熟练掌握开环与闭环 系统脉冲传递函数的计算方法； 与线性连续系统相对应，掌握线性离散系统的时 域和频域分析方法和原则。
式中， ( z ) 称为离散信号e* (t ) 的z变换，记为 E( z) Z[e* (t )] E
7.3.2 z变换的方法
常用的求取离散函数的z变换方法有级数求和法、部分分式法和留数计算法。
1.级数求和法
根据z变换的定义，将连续信号 e(t ) 按周期 T 进行采样，级数展开可得
教学难点
离散时间函数的数学表达式及采样定理， 线性常系数差分方程与脉冲传递函数，采 样控制系统的时域分析，采样控制系统的 频域分析。
概述：
近年来，随着脉冲技术、数字式元器件、数字计算机，特别是微处理器
的迅速发展，数字控制器在许多场合取代了模拟控制器，比如微型数字 计算机在控制系统中得到了广泛的应用。离散系统理论的发展是非常迅 速的。 因此，深入研究离散系统理论，掌握分析与综合数字控制系统的基 础理论与基本方法，从控制工程特别是从计算机控制工程角度来看，是 迫切需要的。
图7-3 信号复现过程
7.1.2 数字控制系统
数字控制系统是一种以数字计算机为控制器去控制具有连续工作状态的 被控对象的闭环控制系统。 其原理方框图如图7-4所示。
图7-4 数字控制系统方框图
过程分析：A/D转换器将连续信号转换成数字序列，经数字控制器处理后生 成离散控制信号，再通过D/A转换器转换成连续控制信号作用于 被控对象。
第7章 离散控制系统
教学重点
了解线性离散系统的基本概念和基本定理，把握 线性连续系统与线性离散系统的区别与联系； 熟练掌握Z变换的方法、Z变换的性质和Z反变换； 了解差分方程的定义，掌握差分方程的解法； 了解脉冲传递函数的定义，熟练掌握开环与闭环 系统脉冲传递函数的计算方法； 与线性连续系统相对应，掌握线性离散系统的时 域和频域分析方法和原则。
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材料制成。
特点：步距角小，断电无定位转矩，启动运行频率高
永磁式：定子由软磁材料制成，转子由永磁材料制成
特点：步距角大，断电时有定位转矩，启动运行频率
低，能耗小 混合式：也称永磁感应式步进电机，定子由软磁材料制成，转
子由圆柱永磁体外套软磁材料制成
特点：步距角小，断电时有定位转矩，启动运行频率高，能
耗小
容栅、电位计等
第七章控制系统设计
机械系统常用传感器
第七章控制系统设计
机械系统常用传感器
第七章控制系统设计
机械系统常用传感器
速度、加速度传感器
类型：测速发电机、光电转速传感器、磁电转速传 感器、压电式加速度传感器等
直流伺服电机
结构原理
第七章控制系统设计
直流伺服电机
分类
小惯量直流电动机：低转动惯量，高响应 永磁直流伺服电动机：大惯量、宽调速；启动力矩
大；低速平稳1r/min; 0.5r/min 无刷直流伺服电动机：无换向器，结构简单、可靠
第七章控制系统设计
直流伺服电机
特点
（1）调速范围宽：转速连续可调，且运行稳定 （2）特性呈线性：转速与控制电压呈线性 （3）反应快速：转子迅速反应，时间常数小
电机
护
3 无刷直流 无换向部件；具有直流伺服的优点；需 伺服电机 磁极位置检测部件。
4 交流伺服 惯量小，高响应；控制技术相对复杂。
电机
第七章控制系统设计
结构原理
旋转原因：错齿
步进电
第七章控制系统设计
分类
步进电机
反应式：又称磁阻式步进电机，定子和转子均有软磁
结构型传感器： 通过敏感元件结构参数变化实现信息转换 如：应变式压力传感器、光栅尺等
物理型传感器： 通过敏感元件材料物理性质的变化实现信息转换 如：晶体的压电效应、半导体材料的压阻、热 阻、光阻效应等 。
第七章控制系统设计
传感器的一般特性
静态特性
在稳定信号作用下，传感器的输入与输出之间的关系 主要指标：测量范围、线性度、灵敏度、精确度、迟 滞、分辨率、稳定性等
第七章控制系统设计
优点
步进电机
1） 电机旋转的角度正比于输入脉冲数，可开环控制； 2 ) 结构简单，控制方便、成本低； 3） 电机停转的时候具有最大的转矩； 4） 每步的精度通常在3%到5%，误差不累积到下一步，
因而有较好的位置精度和运动的重复性；
5） 由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命主要 取决于轴承的寿命；
6） 低速输出转矩大，可将负载与电机直联。 7） 较宽的转速范围。
第七章控制系统设计
步进电机
缺点
1）控制不当，易产生共振； 2）难以运转到较高的转速; 3）难以获得较大的转矩 ; 4）在体积重量方面没有优势，能源利用率低。 5）超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和
噪声。
第七章控制系统设计
传感器：能感受规定的被测量（物理量、化学量、生
物量），并按照一定的规律转换成可用输出
信号（一般为电量）的器件或装置。
组成：敏感元件、传感元件、信号调节转换电路
被测量 敏感元件
传感元件
输出量 转换电路
辅助电源
第七章控制系统设计
传感器及组成
例1：电阻应变片式测力传感器
第七章控制系统设计
传感器及组成
按被控制量变化规律 按系统结构特点
按能源类别
恒值控制系统 程序控制系统 随动系统 开环控制系统 闭环控制系统 复合控制系统
机械控制系统 液压控制系统 电气控制系统
第七章控制系统设计
控制系统组成
分控 制 部
X(s)
给定环节 +
给定环节
E(s)
校正及放大环节
- B(s) 测量环节
测量环节
比较环节
校正及放大环节 执行环节
动态特性
对激励的响应特性 主要指标：频率响应特性、幅频特性、相频特性、阶 跃响应特性等
第七章控制系统设计
传感器的选用原则
满足灵敏度要求 满足精确度要求 满足响应特性要求 满足线性范围要求 满足可靠性要求 满足检测要求
第七章控制系统设计
机械系统常用传感器
位移传感器
两类：直线位移传感器、角度位移传感器 类型：光电编码器、光栅尺、磁尺、差动变压器、
第七章控制系统设计
机电伺服系统应用实例
——数控机床的进给系统
机电伺服系统是以移动部件的位置和速度为控制量的 自动控制系统。例如数控机床中的进给系统。
第七章控制系统设计
电液伺服系统应用实例
采用液压控 制元件和液压 执行机构，在 简单的机液伺 服控制基础上 加入电气的输 入和反馈装置 构成。
第七章控制系统设计
电气伺服系统应用实例
采用低压压缩空气为工作介质，对环境污 染小，适合易燃、易爆和多尘工作场所。速度 快、安全性高。
第七章控制系统设计
第七章控制系统设计
控制电机与检测装置
控制电动机
序 类型 号
特点
1 步进电机 转角步进；定位转矩；简单、便宜；低 速能耗大；
2 直流伺服 高响应；可实现高精度数字控制；需维
例2：热电偶
A
T0
T
B T0
第七章控制系统设计
传感器的分类
（1）按检测量分类
以被测物理量命名： 位移传感器、速度传感器、温度传感器、压力 传感器、流量传感器等
（2）按工作原理分类
以工作原理命名：
应变式、电感式、电容式、电压式、热电式、
压电式等
第七章控制系统设计
传感器的分类
（3）按物理结构分类
第七章 控制系统设计
控制系统概述 典型空控制系统举例 控制电动机与检测装置 操纵机构
第七章控制系统设计
控制系统概述
任务：
➢使各执行机构按一定顺序和规律动作； ➢改变各运动构件的运动和规律； ➢协调各运动构件的运动和动作； ➢对整个系统进行监控，发现、防止事故发生。
第七章控制系统设计
控制系统分类
第七章控制系统设计
执行环节 被控对象
Y(s)
7.1 控制系统的要求
基 稳定性：系统响应过程随时间推移逐渐衰减。
本
要 求 响应特性
动态性能： 阻尼比和响应速度 稳态性能： 稳态误差
第七章控制系统设计
6.2 控制系统举例
——机械式控制系统应用实例 主要控制元件： 1、凸轮：记录时间 分配和行程信息 2、靠模：形状信息
第七章控制系统设计
交流伺服电机
结构原理
第七章控制系统设计
交流伺服电机
分类
永磁同步电动机：结构简单、运行可靠、效率高。 用于负荷小、调速性能高的场合
鼠笼感应电动机：结构简单、容量大、造价低廉。 不能经济地实现平滑调速。 适于负荷大、调速性能要求低的场合
第七章控制系统设计
检测装置
传感器及组成