自动控制系统由被控对象以及为完成控制任务而配置的控制装置两大部分构成,而控制装置又可以分成不同的部件。根据每个部件或装置承担的职能及前后因果关系,构成一个用框图表示的自动控制系统,如图1-5所示。图中以方框表示各种职能,以箭头和连线表示各部分的联系。图中,被控对象是控制系统控制和操作的对象,即被控制的机器、设备、过程或系统。被控对象接受控制量并输出被控量。

图1-5 自动控制系统原理框图

控制系统中除被控对象以外的元部件统称控制装置。但依控制元件在系统中的作用不一样,可将控制装置分为以下几类:

① 计算装置:它是控制装置的核心,决定着控制系统性能的好坏。它的职能是根据控制要求,对偏差信号进行各种计算并形成适当的控制作用。校正装置就是可以实现某种控制规律的计算装置,而对复杂的运算可以利用计算机完成。

② 放大装置:它对偏差信号进行放大,使之成为适合控制器执行的信号。常用放大装置有放大器、晶闸管整流器、液压伺服放大器等。

③ 测量装置:测量装置又称为反馈环节,它用来测量被控量的实际值,并将其转换为与被控量有对应关系且与输入量为同一物理量的信号的装置。常用的测量元件有测速电机、编码器、自整角机等。

④ 比较装置:它的职能是把测量信号与给定信号进行比较,求出它们之间的偏差(图1-5中反馈量端的“-”号表示负反馈;如果是正反馈,则用“+”号表示,可以省略)。通常采用的比较装置有差动放大器、电桥、机械的差动装置等。

⑤ 执行装置:它的职能是用来实现控制动作,直接操纵被控对象的元件。常用执行元件有:交、直流伺服电机,液压马达,传动装置和调节阀门等。

当上述控制装置与控制对象所组成的系统不能满足要求的性能指标时,控制系统中还要加入一些元件或装置以提高系统的性能,这些元件或装置构成校正环节。在本书第6章中将详细描述。

除此之外,自动控制系统框图中还有以下常用的名词术语:

① 输入量:输入到控制系统中的指令信号(参考输入或给定值)。

② 输出量:被控对象的输出量,即控制系统的被控量。

③ 反馈量:系统的输出量经过变换、处理后送到系统的输入端的信号。

④ 控制量:被控对象的输入量,它是偏差量的函数,故可将偏差量看作控制量。偏差量是输入量与反馈量之差。

⑤ 干扰量:除输入信号外,对系统产生不利影响的信号。干扰来自系统内部或外部。

⑥ 反馈通道:从被控量端(输出)到给定值端(输入)所经过的通路。

⑦ 前向通道:从给定值端(输入)到被控量端(输出)所经过的通路。