计算机控制与仿真技术 -杨立 第1章 控制与仿真的基础知识.pptVIP

的学生提供帮助，使他们能够系统地学习计算机控制与仿真的基本知识、基本理论及其应用技术，理解控制原理和系统的分析方法，掌握计算机仿真的原理及仿真算法，熟练运用MATLAB和SIMULINK相关软件平台对控制系统进行仿真编程及调试、运行，培养扎实的操作技能，为今后在相关领域的应用打下良好的基础。 1.1.3 自动控制的任务 1. 基本概念 （1）控制：对被控对象进行主动干预、管理和操纵的过程。 （2）自动控制：采用控制装置有目的地对机器设备或生产过程进行控制并达到预期状态或性能的过程。 （3）自动控制系统：能够对被控对象的一些物理量进行自动控制的有机整体。 3. 开环控制与闭环控制系统的比较 开环控制系统结构简单、容易实现，成本低，系统调试方便，但抗干扰能力差，控制精度较低，一般多用于控制过程比较简单、精度要求不高的场合。 闭环控制系统具有自动纠正偏差的能力，并可对内、外部干扰信号进行补偿，控制精度高，但组成的系统包含元件多、结构复杂，价格也较高，多用于控制精度要求较高，系统结构较复杂的场合。 第1章 控制与仿真的基础知识 1.1.5 对控制系统的性能要求 对控制系统的总体性能要求是： 系统稳定程度高 动态过程平稳性好 动态响应时间短 最终控制精度高 工程上把它归结为稳、快、准三个方面。 控制与仿真的基础知识 第1章 控制原理需要解决的问题和方法： （1）分析系统稳定性与结构、参量之间的对应关系，给出判断系统稳定性的方法。 （2）分析参量与暂态响应的对应关系以及控制规律，提供计算暂态响应性能指标的方法。 （3）指出系统的控制规律、参量与稳态响应之间的关系，给出计算系统稳态误差的方法。 （4）当原有性能不能达到规定的性能指标时，根据需求适当加入校正装置，提供改善系统整体性能的方法和手段。 第1章 控制与仿真的基础知识 1.2 控制系统的组成及分类 1.2.1 控制系统的组成 典型的闭环控制系统如图1-12所示，图中相应控制信号和各类装置、名词术语讨论如下。 图1-12 典型的闭环控制系统结构图 第1章 控制与仿真的基础知识 1. 典型装置及其含义 （1）控制装置G1：能够对被控对象起控制作用的设备总称。 （2）被控对象G2：系统中的控制对象。 （3）反馈环节H：用于检测系统输出状况的测量装置。 （4）比较环节：也称比较元件，系统中进行信号叠加的作用点，以产生偏差信号。 第1章 控制与仿真的基础知识 2. 各类信号及其含义 （1）输入信号r：系统给定值。 （2）输出信号c：系统的输出量。 （3）主反馈信号b：主反馈环节的输出信号。 （4）偏差信号e：输入信号与主反馈信号之差，e＝r－b。 （5）控制信号m：控制装置的输出量。 （6）干扰信号n：系统内部和外部的干扰量。 第1章 控制与仿真的基础知识 3. 有关名词术语 （1）前向通道：从输入端到输出端的正向传输通道。 （2）主反馈通道：从输出量到主反馈信号之间的通道。 （3）主反馈回路：前向通道与主反馈通道所形成的连续传输的闭合回路。 （4）局部反馈回路：信号从前向通道与反馈通道连续传输的闭合回路。 （5）单位反馈系统：当主反馈环节的H=1时，主反馈信号等于输出量的系统。 （6）非单位反馈系统：主反馈信号不等于输出量的系统，此时主反馈环节H≠1。 第1章 控制与仿真的基础知识 1.2.2 控制系统的分类 1. 按系统的物理特征分类 （1）工程系统 （2）非工程系统 2. 按系统的输出特征分类 （1）随动系统 （2）自动稳定系统 （3）程序控制系统 （4）数字控制系统 第1章 控制与仿真的基础知识 3. 按系统的数学模型分类 （1）线性系统 （2）非线性系统 4. 按系统中信号的变化规律分类 （1）线性连续系统 （2）采样系统 （3）离散事件系统 5. 按系统的复杂程度分类 （1）简单系统 （2）复杂系统 第1章 控制与仿真的基础知识 控制与仿真的基础知识 第1章 1.3 计算机仿真概述 1.3.1 系统仿真的概念和仿真过程 1. 仿真的定义 仿真是指利用模型对实际系统进行实验研究的过程，或者说，仿真是一种通过模型实验揭示系统原型的运动规律的方法。 2. 数据相似原理 （1）描述系统原型和模型的数学表达式在形式上是完全相同的。 （2）系统中变量之间存在着一一对应的关系且成比例。 第1章 控制与仿真的基础知识 （3）一个表达式的变量被另一个表达式中相应变量置换后，表达式对应各项的系数保持相等。 3. 系统仿真的三要素 仿真研究的对象是控制系统，而系统特性的表征主要采用与之相应的系统数学模型，将模型放到计算机上进行相应的处理就构成完整的系统仿真过程。因此，我们将实际系统、数学模型、