袁安富版本 第一章 自動控制的一般概念課件

1、自動控制原理第一章 自動控制的一般概念第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第三章 線性系統(tǒng)的時域分析法第四章 線性系統(tǒng)的根軌跡法第五章 線性系統(tǒng)的頻域分析法第六章 線性系統(tǒng)的校正方法第一章 自動控制的一般概念 1-1 自動控制的基本原理與方式 1-2 自動控制系統(tǒng)示例 1-3 自動控制系統(tǒng)的分類 1-4 對自動控制系統(tǒng)的基本要求與其他課程的關(guān)系自動控制原理電機(jī)與拖動模擬電子技術(shù)線性代數(shù)微積分（含微分方程）復(fù)變函數(shù)、拉普拉斯變換電路理論大學(xué)物理（力學(xué)、熱力學(xué)）電力電子技術(shù)各類控制系統(tǒng)課程 1-1 自動控制的基本原理與方式1.自動控制的定義: 在沒有人的直接參與的情況下,利用控制裝置使被控對象或過程能自動地

2、按預(yù)定規(guī)律運(yùn)行。2.自動控制理論: 研究自動控制共同規(guī)律的基礎(chǔ)科學(xué)。經(jīng)典控制理論主要研究單輸入-單輸出系統(tǒng)以及線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。3.舉例:自動控制的熱力系統(tǒng)排水控制閥蒸汽熱水冷水溫度傳感器希望溫度 將時間溫度與希望溫度進(jìn)行比較，如不到，則開啟控制閥。誤差越大，開度越大；反之則關(guān)閉控制閥，達(dá)到控制溫度。自動控制器4.自動控制系統(tǒng)的基本控制方式(1)閉環(huán)控制方式 輸入量對象或過程測量元件輸出量控制器 閉環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖閉環(huán)控制： 閉環(huán)控制是把系統(tǒng)的輸出量檢測出來，經(jīng)過物理量的轉(zhuǎn)換，再反饋到系統(tǒng)的輸入端去與給定量進(jìn)行比較（形成偏差），利用偏差量作為控制信號來糾正偏差。特點(diǎn)：輸入量與輸出

3、量一一對應(yīng)。信號傳遞是雙方向的：既有輸入量對輸出量的作用，又有輸出量對輸入量的作用。系統(tǒng)具有抗干擾能力。 例： 洗衣機(jī)：浸泡，洗滌，漂清，脫水依次進(jìn)行，無需對輸出信號（衣服的清潔程度）進(jìn)行測量。 十字路口的交通燈 綠（20秒） 黃（2秒） 紅（15秒），此系統(tǒng)不是反饋系統(tǒng)。若系統(tǒng)能夠自動測量交通的流量，從而調(diào)整紅綠燈持續(xù)的時間，則是閉環(huán)。開環(huán)與閉環(huán)的比較 前述的溫度控制系統(tǒng)改成改成開環(huán)系統(tǒng)：隔一段時間就放入一些蒸汽加熱，就不如閉環(huán)的精確，因為有各種干擾的存在（環(huán)境溫度、用熱水的量）。 由此可見：閉環(huán)不易受各種干擾的影響，保持輸出的精確，而開環(huán)不行。 但： 閉環(huán)穩(wěn)定性是一個重要的問題，很可能振蕩

4、。而開環(huán)不存在這個問題。開環(huán)簡單。 因此：當(dāng)系統(tǒng)在無法預(yù)測的擾動或參數(shù)變化時，閉環(huán)才有優(yōu)越性。BACK 1-2 自動控制系統(tǒng)示例1.爐溫閉環(huán)控制系統(tǒng)2.比例式液位調(diào)節(jié)系統(tǒng) 圖1-4 閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖 1-控制器 2-控制對象 3-檢測裝置前向通道反向通道2.比例式液位調(diào)節(jié)器 1-3 自動控制系統(tǒng)的分類分類方法按控制方式：開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復(fù)合控制按元件類型：機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等。按系統(tǒng)功能：溫度、壓力、位置按系統(tǒng)性能：線性與非線性、連續(xù)與離散、定常與時變按參考量變化規(guī)律：恒值、隨動、程序控制1.線性連續(xù)控制系統(tǒng)由系數(shù)判定線性時變系統(tǒng)、線性定常系統(tǒng)線性定常

5、系統(tǒng)根據(jù)參考輸入量又可分為：恒值控制系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)（1）恒值控制系統(tǒng) 參考輸入是個常值，要求被控量也等于常值。外部擾動的存在，被控量偏離參考量而出現(xiàn)偏差，控制系統(tǒng)根據(jù)偏差產(chǎn)生控制作用，以克服擾動的影響，使被控量恢復(fù)到給定的常值。（2）隨動系統(tǒng)參考輸入是預(yù)先未知的隨時間任意變化的函數(shù)，要求被控量以盡可能小的誤差跟隨參考輸入量變化。參考輸入是按預(yù)定規(guī)律隨時間變化的函數(shù)，要求被控量迅速、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)。2.線性定常離散系統(tǒng)（3）程序控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的多處或某處的信號為脈沖序列或數(shù)碼形式,信號在時間上是離散的。離散系統(tǒng)要由差分方程描述。BACK 1-4 對自動控制系統(tǒng)的基本要求1.對自動控制系

6、統(tǒng)基本要求穩(wěn)定性（穩(wěn)）、快速性（快）、準(zhǔn)確性（準(zhǔn)） “穩(wěn)”與“快”是說明系統(tǒng)動態(tài)（過渡過程）品質(zhì)。系統(tǒng)的過渡過程產(chǎn)生的原因 ： 系統(tǒng)中儲能元件的能量不可能突變?！皽?zhǔn)”是說明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）品質(zhì)穩(wěn)定性 是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件 線性控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性由系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)與參數(shù)所決定的，與 外部條件無關(guān)?？焖傩?是系統(tǒng)在穩(wěn)定的條件下，衡量系統(tǒng)過渡過程的形式和 快慢，通常稱為“系統(tǒng)動態(tài)性能”。 過渡過程時間、超調(diào)量準(zhǔn)確性 是在系統(tǒng)過渡過程結(jié)束后，衡量系統(tǒng)輸出（被控量）達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值與系統(tǒng)輸出期望值之間的接近程度。 穩(wěn)態(tài)誤差發(fā)散（不好）收斂（好）不好好0tC(t)希望值穩(wěn)tC(t)0準(zhǔn)希望值好tC(t)0快希望值BACK不好小 結(jié) 開環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好，但不能自動補(bǔ)償擾動對輸出量的影響。當(dāng)系統(tǒng)擾動量產(chǎn)生的偏差可以預(yù)先進(jìn)行補(bǔ)償或影響不大時，采用開環(huán)控制是有利的。當(dāng)擾動量無法預(yù)計或控制系統(tǒng)的精度達(dá)不到預(yù)期要求時，則應(yīng)采用閉環(huán)控制。 閉環(huán)控制系統(tǒng)具有反饋環(huán)節(jié)，它能依靠反饋環(huán)節(jié)進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，以克服擾動對系統(tǒng)的影響。閉環(huán)控制可以提高系統(tǒng)的精度，但是閉環(huán)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，需要重視并加以解決。在不同輸入量作用下，對系統(tǒng)