什么是反馈控制? 反馈控制表现为

为了实现各种复杂的控制任务,首先要将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来,组成一个有机整体,这就是一个自动控制系统。

  • 在自动控制系统中,被控对象的输出量是要求严格加以控制的物理量,它可以是某一恒定值,如温度、压力、位移等,也可以要求按照某个给定规律运行,如飞行航迹等连续动作。
  • 控制装置则是对被控对象施加控制作用的机构的总体,它可以采用不同的原理和方式对被控对象进行控制,其中,最基本的一种是基于反馈控制原理组成的反馈控制系统。

在反馈控制系统中,控制装置对被控对象施加的控制作用,是取自被控量的反馈信息,用来不断修正被控量与输入量之间的偏差,从而实现对被控对象进行控制的任务,这就是反馈控制的基本原理。

什么是反馈控制? 反馈控制表现为-1

反馈控制示例:人开车

其实,人本身就是一个具有高度复杂控制能力的反馈控制系统,人的一切活动都体现出了反馈控制的原理。比如人拿起水杯喝水、用筷子夹饭吃、穿衣服、跑步动作等日常活动,以及驾驶员操纵汽车的方向盘、油门和制动踏板来控制汽车的转向和速度,这些行为都渗透着的反馈控制的奇妙原理。

下面我们通过解剖人用手从桌上拿书这个动作过程,来分析一下它所包含的反馈控制原理。

这里,书的位置是输入信号,取书时,人要用眼睛不断观察手相对于书的位置(位置偏差),并将这个信息送入大脑(控制器),大脑根据手与书的位置偏差信号,控制手臂的移动(控制量),逐渐使手和书的距离减小(减小偏差)。只要这个偏差还存在,上述过程就会反复进行,直到偏差为零,这时候手就取到了书。

什么是反馈控制? 反馈控制表现为-1

伸手拿书

可以看出,大脑控制手取书的过程,就是一个利用位置偏差(手与书之间的距离),产生控制作用,不断使偏差减小的运动过程。为了取得偏差信号,不仅需要书的位置,还需要知道手的反馈位置,两者结合起来,就构成了反馈控制。

人取物视为一个反馈控制系统时,手是被控对象,手的位置是被控量,人的眼睛相当于传感器,不断检测手的位置,大脑是控制器,不断根据偏差信号产生控制量,即控制手臂的移动。这就是反馈控制系统的基本组成和工作原理。

通常,把系统的输出量送回输入端,并与输入信号相比较产生偏差信号的过程,称为反馈。若反馈信号与输入信号相减,使产生的偏差越来越小,称为负反馈;反之,则成为正反馈。反馈控制就是采用负反馈进行控制的过程,由于引入了被控量的反馈信息,整个控制过程成为闭合过程,因此也称为闭环反馈控制。

什么是反馈控制? 反馈控制表现为-1

闭环反馈控制系统

基于闭环反馈的控制器设计,最经典的莫过于PID控制器。PID控制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量,从而进行控制的。

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