任何控制系统,无论其结构与工艺多么复杂,都是由若干具有不同职能的基本元件或基本环节组成的,即任一自动控制系统都是由被控对象和控制器有机构成的。
一、自动控制系统的基本组成
自动控制系统依据被控对象和工艺用途的不同具有多种结构形式。图 1-2 给出一个典型自动控制系统的功能框图,图中每个方框代表一个承担特定功能的元件集合。一般情况下,除被控对象外,控制装置通常由测量元件、比较元件、放大元件、执行机构、校正元件以及给定元件组成,各元件分别承担不同职能并相互协作,共同完成自动控制任务。
图 1-2 典型自动控制系统的功能框图

二、各功能元件的定义
被控对象:指生产过程中需要进行控制的工作机械、装置或生产过程。描述其工作状态、需进行控制的物理量即为被控量,例如房间温度与湿度、自动化生产线、高温转炉等。
给定元件:用于产生给定信号或控制输入信号,例如电动机转速控制系统中的电位器、可编程控制器输出的模拟量等。
测量元件:用于检测被控量或输出量并产生反馈信号。若测得的物理量属于非电量,一般须转换为电量以便处理,例如温度传感器、压力变送器、液位变送器等。传感器主要有电容式、电感式、光电式、磁感应式和压阻式等。
比较元件:用于比较输入信号与反馈信号之间的偏差,可以是一个差动电路或物理元件,例如电桥电路、差动放大器和自整角机等。
放大元件:用于放大偏差信号的幅值和功率,使之能推动执行机构调节被控对象,例如功率放大器、电液伺服阀驱动放大板等。
执行机构:直接对被控对象进行操作、调节被控量的大小,包括电气元件、气动元件和液压元件,三类执行器的差别仅在于驱动方式和控制媒介不同,主要包括电动机、电缸、气缸、液压缸等。
校正元件:用于改善或提高自动控制系统的性能,常以串联或反馈方式接入系统,例如 RC 网络、测速发电机等。
工程实践中,只要弄清这些功能元件的原理与接口等通用知识,项目设计及现场调试时即可得心应手。