1.3 自动控制系统的组成

自动控制系统因系统功能不同，所使用的元部件也不同，但从完成“自动控制”这一功能的角度来看，一个闭环自动控制系统必须包含控制对象、检测装置和控制器这3大部分，除此之外，系统可根据系统功能的要求，增加一些环节，如电压放大、功率放大等，统称为执行元件。一般地，闭环控制系统应包括以下几个基本环节，如图1-11所示。

图1-11 闭环自动控制系统基本结构

给定环节：给定环节主要用于产生输入量，在模拟控制系统中通常用一个0～15V（或0～10V）的直流电压作为输入量，给定环节由直流电源和电位器构成，如图1-4中的电位器Rr，在计算机控制系统（又称离散控制系统）中，输入量常用键盘输入，无论是模拟控制系统还是离散控制系统，输入量有一定的精度要求，给定环节要满足其要求。

控制器：控制器是自动控制系统的核心部分，它根据偏差按照一定的规律，产生控制信号，所依照的规律要能改善或提高系统的性能。

放大环节：放大环节是将控制信号进行放大，包括幅值放大和功率放大，使其变换成能直接驱动执行机构的信号。

执行机构：执行机构直接用于对被控对象进行操作，常见的执行机构有电动机、液压马达和阀门等。

被控对象：被控对象是自动控制系统所要控制的设备或生产过程，描述被控对象的工作状态并需要控制的物理量就是被控量，即输出量。

反馈环节：又称检测环节，它对控制系统当前的输出量进行检测，并将其转化为与输入量同物理性质、量值匹配的反馈量，以便于控制器将其与输入信号进行比较，找到偏差。

从图1-11可以看出，在闭环控制系统中，输入量、输出量、反馈量、偏差以及扰动量是一定存在的，且具有特定的含义。输入量又称给定量或参据量，是系统的控制指令；输出量又称被控量，是被控对象的输出，是系统的控制目标；反馈量是通过检测装置，将输出量转变成为与输入量物理性质相同、数量级相同的一个信号；偏差是反馈量与输入量之间的差值；扰动量又称噪声，客观存在于控制系统，来源于能够引起输出量发生变化的各种因素，如电网电压的波动、电动机负载转矩的变化以及环境温度的变化等。一般地，当控制系统的构成环节较多时，各环节间传递的信号也会增多，可以将上述5种信号之外的信号视为中间信号（或中间变量）。