第一章自动控制的一般概念20124.pptVIP

本课程和其他课程的关系 参考资料 自动控制原理（第五版） 胡寿松 自动控制原理的MATLAB实现，黄忠霖 控制数学问题的MATLAB求解，薜定宇 自动控制原理，吴麒 自动控制原理习题集，胡寿松 现代控制工程（第三版），卢伯英 Richard C. Dorf, 现代控制系统(影印版)，科学出版社 绪方胜彦，现代控制工程(影印版),科学出版社 第一章 自动控制的一般概念 1.1 自动控制的基本原理与方式 1.1 自动控制的基本原理与方式 在现代科学技术的众多领域中，自动控制技术着越来 越重要的作用。 随着电子计算机技术的发展和应用，在宇航、机器人 控制、导弹制导以及核动力等高新技术领域中，自动控 制技术更具有特别重要的作用。 不仅如此，自动控制技术的应用范围现已扩展到生物、 医学、环境、经济管理和其他许多社会会生活领中， 自动控制已成为现代社会活动中可缺少的重要组成部分。 经典控制理论(古典控制理论) 现代控制理论 (3)反馈信号:将系统(或环节)的输出信号经变换、处理送到系统(或环节)的输入端的信号,称为反馈信号。若此信号是从系统输出端取出送入系统输入端,这种反馈信号称主反馈信号。而其它称为局部反馈信号。 执行元件：直接推动被控对象。如液位控制系统中的阀门；速度控制系统中的功率放大器；温度控制系统中的发热材料。 校正元件或称为补偿元件，用以改善系统的性能。 1.2 自动控制系统示例 1、函数记录仪 2、电阻炉温度控制系统 3、电阻炉微型计算机温度控制系统 2.线性系统和非线性系统 3.定常系统和时变系统 4.连续系统和离散系统 1.4 对自动控制系统的基本要求 1、稳定性(稳) 2、稳态精度(准) 3、动态过程(快) 自动控制系统分析与设计工具 电枢控制的直流电动机 例1 试分析该速度控制系统中各职能元件的作用。 6、自动控制系统的基本控制方式 开环控制系统 控制装置与被控制对象之间只有正向作用而没有反向联系的控制过程。在开环系统中，不需要对输出量进行测量，输出不会对系统的控制作用产生影响。 可以按照给定量控制方式组成，也可以按照扰动控制方式组成。 控制器 控制对象 扰动 给定值 输出量 控制器 控制对象 扰动 输出量 测量装置 按给定值操纵的开环控制原理方框图 按扰动补偿的开环 控制原理方框图 速度控制系统 液位控制系统 l1 Q1 H Q2 l2 l2 开环控制的特点： （1）输出不影响输入，对输出不需要测量，通常 较容易实现； （2）组成系统的元、部件精度高，系统的精度才 能高； （3）系统的稳定性不是主要问题。 开环系统存在的问题： （1）要求元、部件的精度要高； （2）当存在变化规律无法预测的干扰时，不容易 实现。 反馈控制 —— 闭环控制（核心） 闭环控制的定义是有被控制量反馈的控制,其原理框如图所示。从系统中信号流向看,系统的输出信号沿反馈通道又回到系统的输入端,构成闭合通道,故称闭环控制系统,或反馈控制系统。 电枢控制的直流电动机 [实质] 检测偏差 纠正偏差 这种控制方式,无论是由于干扰造成,还是由于结构参数的变化引起被控量出现偏差,系统就利用偏差去纠正偏差,故这种控制方式为按偏差调节。 闭环控制系统的突出优点是利用偏差来纠正偏差,使系统达到较高的控制精度。但与开环控制系统比较,闭环系统的结构比较复杂,构造比较困难。需要指出的是,由于闭环控制存在反馈信号,利用偏差进行控制,如果设计得不好,将会使系统无法正常和稳定地工作。另外,控制系统的精度与系统的稳定性之间也常常存在矛盾。 开环控制和闭环控制方式各有优缺点,在实际工程中应根据工程要求及具体情况来决定。如果事先预知输入量的变化规律,又不存在外部和内部参数的变化,或者系统输出量无法检测（或代价较高）时，则采用开环控制较好。如果对系统外部干扰无法预测,系统内部参数又经常变化,为保证控制精度,采用闭环控制则更为合适。如果对系统的性能要求比较高,为了解决闭环控制精度与稳定性之间的矛盾,可以采用开环控制与闭环控制相结合的复合控制系统。 复合控制 控制器 控制对象 扰动 输出量 输入量 补偿器 控制器 控制对象 扰动 输出量 输入量 补偿器 见P7图1-7（a） 函数记录仪 炉温控制系统 炉温控制系统方框图 电阻炉微型计算机温度控制系统 原理图见P9图1-12 1.3 自动控制系统的分类 定常系统 时变系统 按输入信号的特征分 按信号的传递是否连续分 按系统的参数是否随时间变化分 分类 按描述元件的动态方程分 按系统功用分 恒值系统 随动系统 程序控制系统 连续系统 离散系统 温度控制系统 压力控制系统 位置控制系统 线性系统 非线