机电控制系统相关控制方式的分析

李玲霞

【摘要】从机电控制系统实际操作过程看来，自控可分为开环控制方式，包括按干扰补偿的开环方式和给定值操纵的开环方式，开环控制，闭环控制相结合的复合控制方式，按偏差调节的闭环控制方式。

【关键词】闭环控制 机电 复合控制 控制系统 开环控制

一、机电控制系统概述

对于机电控制系统而言，其最主要的任务便是使得被控制的对象实际的控制量与目标值保持一定。在整个控制的过程中，相关观察的任务一般是通过系统内部的传感装置进行，而比较分析相关的任务则是通过系统整个的控制部分协同完成，而具体的执行任务则是通过每一个执行控件分任务完成。对于机电控制系统实际控制过程如下图1中所示：

从上图中我们不难发现，参与到控制过程的信号实际上是来自于三条不同的通道，即是被控量、给定值以及干扰量。而这些信号也是整个控制过程中最为主要的依据。根据信号的来源不同，一般情况下自动控制可以分为以下几种最基本的控制操作方式。

二、开环控制方式概述

（一）开环控制——按照给定值进行操作

所谓的开环控制，实际上是按照给定值进行控制的一种方式，其具体测量的内容也是给定值，而被控制的则是被控量，被控对象以及控制装置之间关系如下图2中所示。其实际的控制作用这是通过系统的直接输入量所产生的，只要键入一个具体的输入量，就会生成一个与之相对应的输出量，而实际控制过程中的精度完全依赖与校准以及所用元件的精度。

对于开环控制而言，其控制方法较为简单，不存在任何的纠错能力、对于控制精度很难进行保证、抗干扰动性相对较差，当系统受到内部或者外部的干扰时，实际控制过程中特性参数极容易发生变化，这也会使得控制过程中的被控量受到影响，使被动量与给出的定值出现较大的偏差，但是系统本身却不能进行任何的修改。但是因为其操作、结构的简单、成本低廉，如果是精度要求或者是影响相对较小的操作环境下，开环控制就具有极高的实用性。

这样的系统主要的工作原理为：步进电动机作为伺服系统的驱动元件，其实质是实现数字脉冲到角度位移的变换，它不用位置检测元件实现定位，而是由驱动装置本身实现。外部给定的指令脉冲送入步进电动机，步进电动机转轴转过的角度正比于指令脉冲的个数，运动角速度由送入脉冲的频率决定。很明显步进电动机的转动角度和速度均由此定值决定，因此它是一种按给定值操纵的开環控制系统其控制精度不高。

（二）按照干扰补偿方式的开环控制

通过干扰补偿控制相关的开环控制系统能够对可以测量的扰动量实现有效的利用，并由此产生一种特殊的补偿作用，从而抵消或者是较小扰动对输出量所造成的影响，按照干扰补偿相关的系统控制原理，在这种控制过程中，因为涉及的是测量干扰，所以一般情况下只能够对可以进行测量的干扰进行一定的补偿，对于一些无法进行测量的干扰，系统本身也无法进行任何的控制。所以，其控制的精度依然会受到设计原理上的诸多限制。

这一种按照干扰补偿相关的系统控制本身是直接通过扰动来取得相关的信息，并且借此对被控量进行改变，所以其抗扰动性能办较好，控制的精度也相对较高，但是其适用条件有一定的限制性——只适用于扰动可以被准确测量的场合。

三、复合控制方式概述

复合式控制是机电控制系统中将开环控制和闭环控制相结合的一种有效地控制方法，其主要运作原理是：在闭环控制回路的基础之上，附外添加上一个输入信号或者是具有扰动作用的信息反馈通路，以此来达到提高机电系统控制精度的效果。

信息反馈控制装置只有在外部出现了明显的扰动影响之后，才能进行有效的纠正工作，而在外部扰动影响没有出现的时候是不能进行正常有效的修正工作的。机电控制系统按照扰动控制的方法来进行对系统的控制，在技术层面上来说比按偏差控制方法要简单的多，但是要注意的是，扰动控制方法只能在可以进行有效扰动测量的场合进行运用，并且一个补偿装置只能对一个扰动因素进行有效补偿，对其余的扰动起着很少或者跟不起不到补偿作用。所以针对这一情况，机电控制系统比较合理的控制方法是将按偏差控制方法和按扰动控制方法相互结合，取长补短。对于机电中的主要扰动采用适当的补偿装置来实现按扰动进行控制，与此同时，在组成相应的反馈控制系统来实现机电的按偏差进行控制，来消除其余扰动对机电控制系统产生的操作偏差。而这样将按扰动控制方法和按偏差控制方法相互结合起来的控制方法就称之为复合控制方法。

四、通过偏差调节的闭环控制的方式

通过偏差进行调节的闭环控制方式是目前实用性最大，适用性最广泛的控制系统。在一般的反馈控制系统当中，被控量是需要被控制的，但是测量的对象是被控量与给定值之间的偏差。系统可以根据具体的偏差进行相应的控制，只要是被控量与给定值之间存在偏差，系统就会对其进行自动的更正，对被控量所出现的偏差进行不断的修整，从而实现对控制过程中需要被控制的对象实现有效地控制。

对于这种控制方式而言，其本身的特点包括：因为被控量需要返回与给定值进行一定的比较，所以相应的控制信号鼻血沿着反馈通道进行不断循环的闭路传送，并且由此形成一个闭合的回路，一般称其为反馈控制或者是闭环控制。

参考文献：

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