機(jī)電控制系統(tǒng)相關(guān)控制方式的分析

李玲霞

【摘要】從機(jī)電控制系統(tǒng)實(shí)際操作過(guò)程看來(lái)，自控可分為開環(huán)控制方式，包括按干擾補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)方式和給定值操縱的開環(huán)方式，開環(huán)控制，閉環(huán)控制相結(jié)合的復(fù)合控制方式，按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方式。

【關(guān)鍵詞】閉環(huán)控制 機(jī)電 復(fù)合控制 控制系統(tǒng) 開環(huán)控制

一、機(jī)電控制系統(tǒng)概述

對(duì)于機(jī)電控制系統(tǒng)而言，其最主要的任務(wù)便是使得被控制的對(duì)象實(shí)際的控制量與目標(biāo)值保持一定。在整個(gè)控制的過(guò)程中，相關(guān)觀察的任務(wù)一般是通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的傳感裝置進(jìn)行，而比較分析相關(guān)的任務(wù)則是通過(guò)系統(tǒng)整個(gè)的控制部分協(xié)同完成，而具體的執(zhí)行任務(wù)則是通過(guò)每一個(gè)執(zhí)行控件分任務(wù)完成。對(duì)于機(jī)電控制系統(tǒng)實(shí)際控制過(guò)程如下圖1中所示：

從上圖中我們不難發(fā)現(xiàn)，參與到控制過(guò)程的信號(hào)實(shí)際上是來(lái)自于三條不同的通道，即是被控量、給定值以及干擾量。而這些信號(hào)也是整個(gè)控制過(guò)程中最為主要的依據(jù)。根據(jù)信號(hào)的來(lái)源不同，一般情況下自動(dòng)控制可以分為以下幾種最基本的控制操作方式。

二、開環(huán)控制方式概述

（一）開環(huán)控制——按照給定值進(jìn)行操作

所謂的開環(huán)控制，實(shí)際上是按照給定值進(jìn)行控制的一種方式，其具體測(cè)量的內(nèi)容也是給定值，而被控制的則是被控量，被控對(duì)象以及控制裝置之間關(guān)系如下圖2中所示。其實(shí)際的控制作用這是通過(guò)系統(tǒng)的直接輸入量所產(chǎn)生的，只要鍵入一個(gè)具體的輸入量，就會(huì)生成一個(gè)與之相對(duì)應(yīng)的輸出量，而實(shí)際控制過(guò)程中的精度完全依賴與校準(zhǔn)以及所用元件的精度。

對(duì)于開環(huán)控制而言，其控制方法較為簡(jiǎn)單，不存在任何的糾錯(cuò)能力、對(duì)于控制精度很難進(jìn)行保證、抗干擾動(dòng)性相對(duì)較差，當(dāng)系統(tǒng)受到內(nèi)部或者外部的干擾時(shí)，實(shí)際控制過(guò)程中特性參數(shù)極容易發(fā)生變化，這也會(huì)使得控制過(guò)程中的被控量受到影響，使被動(dòng)量與給出的定值出現(xiàn)較大的偏差，但是系統(tǒng)本身卻不能進(jìn)行任何的修改。但是因?yàn)槠洳僮?、結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單、成本低廉，如果是精度要求或者是影響相對(duì)較小的操作環(huán)境下，開環(huán)控制就具有極高的實(shí)用性。

這樣的系統(tǒng)主要的工作原理為：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)元件，其實(shí)質(zhì)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字脈沖到角度位移的變換，它不用位置檢測(cè)元件實(shí)現(xiàn)定位，而是由驅(qū)動(dòng)裝置本身實(shí)現(xiàn)。外部給定的指令脈沖送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度正比于指令脈沖的個(gè)數(shù)，運(yùn)動(dòng)角速度由送入脈沖的頻率決定。很明顯步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和速度均由此定值決定，因此它是一種按給定值操縱的開環(huán)控制系統(tǒng)其控制精度不高。

（二）按照干擾補(bǔ)償方式的開環(huán)控制

通過(guò)干擾補(bǔ)償控制相關(guān)的開環(huán)控制系統(tǒng)能夠?qū)梢詼y(cè)量的擾動(dòng)量實(shí)現(xiàn)有效的利用，并由此產(chǎn)生一種特殊的補(bǔ)償作用，從而抵消或者是較小擾動(dòng)對(duì)輸出量所造成的影響，按照干擾補(bǔ)償相關(guān)的系統(tǒng)控制原理，在這種控制過(guò)程中，因?yàn)樯婕暗氖菧y(cè)量干擾，所以一般情況下只能夠?qū)梢赃M(jìn)行測(cè)量的干擾進(jìn)行一定的補(bǔ)償，對(duì)于一些無(wú)法進(jìn)行測(cè)量的干擾，系統(tǒng)本身也無(wú)法進(jìn)行任何的控制。所以，其控制的精度依然會(huì)受到設(shè)計(jì)原理上的諸多限制。

這一種按照干擾補(bǔ)償相關(guān)的系統(tǒng)控制本身是直接通過(guò)擾動(dòng)來(lái)取得相關(guān)的信息，并且借此對(duì)被控量進(jìn)行改變，所以其抗擾動(dòng)性能辦較好，控制的精度也相對(duì)較高，但是其適用條件有一定的限制性——只適用于擾動(dòng)可以被準(zhǔn)確測(cè)量的場(chǎng)合。

三、復(fù)合控制方式概述

復(fù)合式控制是機(jī)電控制系統(tǒng)中將開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種有效地控制方法，其主要運(yùn)作原理是：在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)之上，附外添加上一個(gè)輸入信號(hào)或者是具有擾動(dòng)作用的信息反饋通路，以此來(lái)達(dá)到提高機(jī)電系統(tǒng)控制精度的效果。

信息反饋控制裝置只有在外部出現(xiàn)了明顯的擾動(dòng)影響之后，才能進(jìn)行有效的糾正工作，而在外部擾動(dòng)影響沒(méi)有出現(xiàn)的時(shí)候是不能進(jìn)行正常有效的修正工作的。機(jī)電控制系統(tǒng)按照擾動(dòng)控制的方法來(lái)進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的控制，在技術(shù)層面上來(lái)說(shuō)比按偏差控制方法要簡(jiǎn)單的多，但是要注意的是，擾動(dòng)控制方法只能在可以進(jìn)行有效擾動(dòng)測(cè)量的場(chǎng)合進(jìn)行運(yùn)用，并且一個(gè)補(bǔ)償裝置只能對(duì)一個(gè)擾動(dòng)因素進(jìn)行有效補(bǔ)償，對(duì)其余的擾動(dòng)起著很少或者跟不起不到補(bǔ)償作用。所以針對(duì)這一情況，機(jī)電控制系統(tǒng)比較合理的控制方法是將按偏差控制方法和按擾動(dòng)控制方法相互結(jié)合，取長(zhǎng)補(bǔ)短。對(duì)于機(jī)電中的主要擾動(dòng)采用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)按擾動(dòng)進(jìn)行控制，與此同時(shí)，在組成相應(yīng)的反饋控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)電的按偏差進(jìn)行控制，來(lái)消除其余擾動(dòng)對(duì)機(jī)電控制系統(tǒng)產(chǎn)生的操作偏差。而這樣將按擾動(dòng)控制方法和按偏差控制方法相互結(jié)合起來(lái)的控制方法就稱之為復(fù)合控制方法。

四、通過(guò)偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制的方式

通過(guò)偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制方式是目前實(shí)用性最大，適用性最廣泛的控制系統(tǒng)。在一般的反饋控制系統(tǒng)當(dāng)中，被控量是需要被控制的，但是測(cè)量的對(duì)象是被控量與給定值之間的偏差。系統(tǒng)可以根據(jù)具體的偏差進(jìn)行相應(yīng)的控制，只要是被控量與給定值之間存在偏差，系統(tǒng)就會(huì)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)的更正，對(duì)被控量所出現(xiàn)的偏差進(jìn)行不斷的修整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制過(guò)程中需要被控制的對(duì)象實(shí)現(xiàn)有效地控制。

對(duì)于這種控制方式而言，其本身的特點(diǎn)包括：因?yàn)楸豢亓啃枰祷嘏c給定值進(jìn)行一定的比較，所以相應(yīng)的控制信號(hào)鼻血沿著反饋通道進(jìn)行不斷循環(huán)的閉路傳送，并且由此形成一個(gè)閉合的回路，一般稱其為反饋控制或者是閉環(huán)控制。

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