控制系统的基本概念 .pdf

1控制系统的基本概念

主要学习内容：

（1）控制任务，被控制对象、输入量、输出量、扰动量。

（2）开环控制系统、闭环控制系统及反馈的概念。

（3）控制系统的组成、基本环节及对控制系统的基本要求。

被控制对象或对象──我们称这些需要控制的工作机器、装备为被控制对象或对象。

输出量（被控制量）──将表征这些机器装备工作状态需要加以控制的物理参量，称

为被控制量（输出量）。

输入量（控制量）──将要求这些机器装备工作状态应保持的数值，或者说，为了保

证对象的行为达到所要求的目标，而输入的量，称为输入量（控制量）

扰动量──使输出量偏离所要求的目标，或者说妨碍达到目标，所作用的物理量称为

扰动量。

控制的任务实际上就是形成控制作用的规律，使不管是否存在扰动，均能使被控制对象

的输出量满足给定值的要求。

开环控制系统

只有给定量影响输出量（被控制量），被控制量只能受控于控制量，而被控制量不能反

过来影响控制量的控制系统称为开环控制。

开环控制系统可以用结构示意图表示，如图所示。

扰动量

输入量输出量

控制器被控制对象

uun

ra

图开环控制结构图

闭环控制系统

为了实现闭环控制，必须对输出量进行测量，并将测量的结果反馈到输入端与输入量

相减得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除偏差。因此，整个控制系统形成一个闭合

环路。我们把输出量直接或间接地反馈到输入端，形成闭环,参与控制的系统，称作闭环控

制系统。由于系统是根据负反馈原理按偏差进行控制的，也叫作反馈控制系统或偏差控制系

统。

闭环控制系统中各元件的作用和信号的流通情况，可用结构图表示。

uuun

re控制器a被控制对象

输入量输出量

u

cf检测装置

反馈

图闭环系统结构图

归纳一下开环与闭环控制系统各自的特点如下：

（1）开环控制系统中，只有输入量对输出量产生控制作用；从控制结构上来看，只有

从输入端到输出端的信号传递通道（该通道称为前向通道），控制系统简单，实现容易。

闭环控制系统中除前向通道外，还必须有从输出端到输入端的信号传递通道，使输出

信号也参与控制，该通道称为反馈通道。闭环控制系统就是由前向通道和反馈通道组成的，

控制系统结构复杂。

（2）闭环控制系统能抑制内部和外部各种形式的干扰，对干扰不甚敏感。因此，可采

用不太精密和成本较低的元件来构成控制精度较高的系统。

开环控制系统的控制精度，完全由采用高精度元件和有效的抗干扰措施来保证。

（3）对闭环控制系统来说，系统的稳定性，始终是一个首要问题。稳定是闭环控制系

统正常工作必要条件。对于开环控制系统，或者不存在不稳定问题，或者容易解决。

例题：

(1)什么叫反馈？什么是负反馈？

答：把系统输出全部或部分地返回到输入端，就叫做反馈。把输出量反馈到系统的输入