反馈控制系统的基本组成

液位反馈控制系统动画

在工程实践中，为了实现对被控对象的自动反馈控制，系统中必须配置具有人的眼睛、大脑和手臂功能的设备，以便用来对被控量进行连续地测量、反馈和比较，并按偏差进行控制，这些设备依其功能分别称为测量装置、比较器、控制器和执行机构。图1.2.4为一个典型的反馈控制系统基本组成框图。

图1.2.4　反馈控制系统的基本组成框图

测量装置：其职能是测量被控对象的输出量，如果这个物理量是非电量，一般再转换为电量。例如，测速发电机用于检测电动机轴的速度并转换为电压；湿敏传感器利用“湿-电”效应来检测湿度，并将其转换成电信号；电位器、旋转变压器、自整角机等用于检测角度并转换为电压；热电偶用于检测温度并转换为电压；等等。

给定环节：其职能是给出与被控量的期望值相对应的系统输入量（也称为参考输入量）。(www.xing528.com)

比较器：在图1.2.4中用“○”号代表比较器，它把测量装置检测得到的被控量实际值与给定元件给出的参考输入量进行比较，求出它们之间的偏差，“-”号代表两者符号相反，即负反馈；“+”号代表两者符号相同，即正反馈。一般情况下，我们所说的反馈系统都是指负反馈系统。常用的比较元件有差动放大器、机械差动装置和电桥等。

控制器：通常由校正环节和放大环节组成，它根据参考输入量与测量装置的测量值之间的偏差，产生具有一定规律的控制信号以指挥执行机构动作。校正环节亦称补偿环节，它是结构或参数便于调整的元件，用于改善系统的性能，早期的校正元件大多是由电阻、电容等组成的无源或有源网络，而目前多用微型电子计算机实现。放大环节的作用是将控制信号进行放大，使其变换成能直接驱动执行机构的信号，可用电子管、晶体管、集成电路、晶闸管等组成的电压放大器和功率放大器对控制信号进行放大。

执行机构：直接驱动被控对象，使其被控量发生变化。可用来作为执行元件的有阀、电动机、液压马达等。

被控对象：控制系统所要控制的设备或生产过程，它的输出就是被控量。

因此，一个典型的反馈控制系统通常包含被控对象和控制装置两个部分，控制装置包括给定环节、测量装置、比较器、控制器和执行机构等。

控制系统一般受到两种类型的外部作用，一种是参考输入，一种是扰动。参考输入是有用输入，决定系统被控量的变化规律；扰动可分为内部扰动和外部扰动，它们对系统的输出量会产生不利影响，需要在控制系统中对其进行抑制。内部扰动，又称内扰，是指被控对象动态不确定性和参数变化对系统造成的扰动。