控制工程中的数学建模（3）——自动控制系统的一般模型

1.自动控控制系统的基本概念

自动控制：
在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（控制器），使机器、设备或生产过程（被控对象）的某个工作状态或参数（被控量）自动地按照预定的规律运行。

反馈控制原理：
控制装置对被控对象施加的控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控量对象进行控制的任务。

负反馈控制原理：
由测量元件对被控量进行检测，并将它反馈至比较电路与给定值相减而得到偏差电压，经放大器放大变换后，执行元件便依据偏差电压的性质对被控量进行调节，从而使偏差消失或减小到允许范围。

被控系统的方块图：
被控对象和控制装置的各元部件用方块表示，系统中研究的物理量标志在信号线上，流向用箭头表示；系统的输出量（被控对象输出）置于方块图的最右端，系统的输入量置于方块图的最左端。

2.自动控制系统的一般模型

反馈控制系统的基本组成：
①测量元件：检测被控物理量；
②给定元件：给出与期望的被控量相对应的系统输入量；
③比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的输入量进行比较，求出偏差；
④放大元件：将偏差信号放大，用来推动执行元件去控制被控对象。
⑤执行元件：直接推动被控对象，使其控制量发生变化。
⑥校正元件：补偿元件，结构或参数便于调整的元部件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统的性能。

上述方框图就是自动控控制系统的一般模型，模型可以用方框图形式表现，这样可以使整个系统各模块之间的联系直观形象；另外，还可以用传递函数、空间状态方程表示系统的数学模型。

实际工作中，我们要根据反馈控制系统的一般模型，将各个具体的部件装置与模型中的模块一一对应，从而绘制出设备或系统的具体控制框图。然后，再研究各个部件装置的传递函数或状态方程。最后，将各个装置的数学模型联系汇总，得到整个控制系统的数学模型，从而指导我们优化设计，提升系统性能。

标签：偏差,控制系统,被控,控制工程,系统,反馈,建模,元件
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