機電控制系統相關控制方式的分析

李玲霞

【摘要】從機電控制系統實際操作過程看來，自控可分為開環控制方式，包括按干擾補償的開環方式和給定值操縱的開環方式，開環控制，閉環控制相結合的復合控制方式，按偏差調節的閉環控制方式。

【關鍵詞】閉環控制 機電 復合控制 控制系統 開環控制

一、機電控制系統概述

對于機電控制系統而言，其最主要的任務便是使得被控制的對象實際的控制量與目標值保持一定。在整個控制的過程中，相關觀察的任務一般是通過系統內部的傳感裝置進行，而比較分析相關的任務則是通過系統整個的控制部分協同完成，而具體的執行任務則是通過每一個執行控件分任務完成。對于機電控制系統實際控制過程如下圖1中所示：

從上圖中我們不難發現，參與到控制過程的信號實際上是來自于三條不同的通道，即是被控量、給定值以及干擾量。而這些信號也是整個控制過程中最為主要的依據。根據信號的來源不同，一般情況下自動控制可以分為以下幾種最基本的控制操作方式。

二、開環控制方式概述

（一）開環控制——按照給定值進行操作

所謂的開環控制，實際上是按照給定值進行控制的一種方式，其具體測量的內容也是給定值，而被控制的則是被控量，被控對象以及控制裝置之間關系如下圖2中所示。其實際的控制作用這是通過系統的直接輸入量所產生的，只要鍵入一個具體的輸入量，就會生成一個與之相對應的輸出量，而實際控制過程中的精度完全依賴與校準以及所用元件的精度。

對于開環控制而言，其控制方法較為簡單，不存在任何的糾錯能力、對于控制精度很難進行保證、抗干擾動性相對較差，當系統受到內部或者外部的干擾時，實際控制過程中特性參數極容易發生變化，這也會使得控制過程中的被控量受到影響，使被動量與給出的定值出現較大的偏差，但是系統本身卻不能進行任何的修改。但是因為其操作、結構的簡單、成本低廉，如果是精度要求或者是影響相對較小的操作環境下，開環控制就具有極高的實用性。

這樣的系統主要的工作原理為：步進電動機作為伺服系統的驅動元件，其實質是實現數字脈沖到角度位移的變換，它不用位置檢測元件實現定位，而是由驅動裝置本身實現。外部給定的指令脈沖送入步進電動機，步進電動機轉軸轉過的角度正比于指令脈沖的個數，運動角速度由送入脈沖的頻率決定。很明顯步進電動機的轉動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控制系統其控制精度不高。

（二）按照干擾補償方式的開環控制

通過干擾補償控制相關的開環控制系統能夠對可以測量的擾動量實現有效的利用，并由此產生一種特殊的補償作用，從而抵消或者是較小擾動對輸出量所造成的影響，按照干擾補償相關的系統控制原理，在這種控制過程中，因為涉及的是測量干擾，所以一般情況下只能夠對可以進行測量的干擾進行一定的補償，對于一些無法進行測量的干擾，系統本身也無法進行任何的控制。所以，其控制的精度依然會受到設計原理上的諸多限制。

這一種按照干擾補償相關的系統控制本身是直接通過擾動來取得相關的信息，并且借此對被控量進行改變，所以其抗擾動性能辦較好，控制的精度也相對較高，但是其適用條件有一定的限制性——只適用于擾動可以被準確測量的場合。

三、復合控制方式概述

復合式控制是機電控制系統中將開環控制和閉環控制相結合的一種有效地控制方法，其主要運作原理是：在閉環控制回路的基礎之上，附外添加上一個輸入信號或者是具有擾動作用的信息反饋通路，以此來達到提高機電系統控制精度的效果。

信息反饋控制裝置只有在外部出現了明顯的擾動影響之后，才能進行有效的糾正工作，而在外部擾動影響沒有出現的時候是不能進行正常有效的修正工作的。機電控制系統按照擾動控制的方法來進行對系統的控制，在技術層面上來說比按偏差控制方法要簡單的多，但是要注意的是，擾動控制方法只能在可以進行有效擾動測量的場合進行運用，并且一個補償裝置只能對一個擾動因素進行有效補償，對其余的擾動起著很少或者跟不起不到補償作用。所以針對這一情況，機電控制系統比較合理的控制方法是將按偏差控制方法和按擾動控制方法相互結合，取長補短。對于機電中的主要擾動采用適當的補償裝置來實現按擾動進行控制，與此同時，在組成相應的反饋控制系統來實現機電的按偏差進行控制，來消除其余擾動對機電控制系統產生的操作偏差。而這樣將按擾動控制方法和按偏差控制方法相互結合起來的控制方法就稱之為復合控制方法。

四、通過偏差調節的閉環控制的方式

通過偏差進行調節的閉環控制方式是目前實用性最大，適用性最廣泛的控制系統。在一般的反饋控制系統當中，被控量是需要被控制的，但是測量的對象是被控量與給定值之間的偏差。系統可以根據具體的偏差進行相應的控制，只要是被控量與給定值之間存在偏差，系統就會對其進行自動的更正，對被控量所出現的偏差進行不斷的修整，從而實現對控制過程中需要被控制的對象實現有效地控制。

對于這種控制方式而言，其本身的特點包括：因為被控量需要返回與給定值進行一定的比較，所以相應的控制信號鼻血沿著反饋通道進行不斷循環的閉路傳送，并且由此形成一個閉合的回路，一般稱其為反饋控制或者是閉環控制。

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