《自动控制原理》程鹏第一章教程.ppt

自动控制原理 第一章 控制系统的一般概念§1 绪论 一.控制系统的发展史 自动控制成为一门科学是从1945发展起来的。 开始多用于工业：压力、温度、流量、位移、湿度、粘度自动控制 后来进入军事领域：飞机自动驾驶、火炮自动跟踪、导弹、卫星、宇宙飞船自动控制 目前渗透到更多领域：大系统、交通管理、图书管理等 生物学系统：生物控制论、波斯顿假肢、人造器官 经济系统：模拟经济管理过程、经济控制论 本课程与其它课程的关系： 自动控制 §2 开环控制和闭环控制 控制装置：对被控对象起控制作用的设备总体 控制对象：需要控制的设备或生产过程 一.开环控制 控制装置与被控对象之间只有顺向作用 而没有反向联系的控制。 人工闭环控制 人工闭环控制结构框图 控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值上。 控制过程： 自动控制 自动控制框图 闭环控制一般形式 一般的形式 反馈(feedback)：将输出量通过一定的方式送回到输入端，并与输入信号比较产生偏差信号过程称为反馈 负反馈(negative feedback)：输入信号-反馈信号（或输出信号）使得系统的输出偏差减小 正反馈（positive feedback)：输入信号+反馈信号 反馈控制(feedback control)：把系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。 闭环控制(closed-loop control) §3 控制系统的组成 按描述元件的动态方程分类 按系统传递的信号分类 连续系统 特征：系统各环节之间传递的信号均为时间的连续函数，一般用微分方程描述。 离散系统 特征：在信号传递过程中，至少有一处的信号是脉冲序列或数字编码。计算机控制系统 按输入输出信号数量分类 单输入单输出系统（单变量系统） 特征：输入输出变量仅有一个。 多输入多输出系统 特征：输入输出变量多于一个。 按系统参数是否随时间变化分类 定常系统 特征：系统的结构和参数是确定的、已知的，系统的输入信号也是确定的，可以用解析式或图表确切表示。 时变系统 特征：系统的结构和参数是不确定的或系统的输入信号是不确定的。 按系统微分方程分类 集中参数系统 特征：能用常微分方程描述 分布参数系统 特征：至少有一个环节需要用偏微分方程描述。 本课程主要任务 控制系统性能分析 动态性能：过渡过程分析、稳定性分析等 稳态性能：控制精度（稳态误差） 控制系统设计 选择适当的控制器及控制规律以改善控制系统的性能使其满足控制要求。 小结 控制系统的概念、组成和工作原理 两种控制方式的优、缺点和适用场合 根据系统的原理图绘制方框图 控制系统的分类 对控制系统的性能要求 * 自动控制理论 电路理论 电机与拖动 大学物理 信号与系统 复变函数 拉氏变换 模拟电子技术 线性代数 微积分 各 类 专业课 线性系统 现代控 制理论 一、19世纪 二、20世纪60年代初 三、20世纪70年代 二.自动控制要解决的基本问题 自动控制是使一个或一些被控制的物理量按照另一个物理量即控制量的变化而变化或保持恒定，一般地说如何使控制量按照给定量的变化规律变化，就是一个控制系统要解决的基本问题。 自动控制: 在无人直接参与的情况下，利用控制装置使设备、 生产过程（被控对象）的一个物理量（被控量）按 预定规律（给定量）运行。 自动控制系统：能对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。 三.自动控制技术的作用 1. 自动控制技术的应用不仅使生产过程实现了自动化，极大地提高了劳动生产率，而且减轻了人的劳动强度。 2. 自动控制使工作具有高度的准确性，大大地提高了武器的命中率和战斗力，例如火炮自动跟踪系统必须采用计算机控制才能打下高速高空飞行的飞机。 3. 某些人们不能直接参与工作的场合就更离不开自动控制技术了，例如原子能的生产、火炮或导弹的制导等等。 输出量 (炉温) 控制装置 被控对象 输入 信号 (炉子) (开关) 优点 :结构简单，成本低廉，工作稳定，当输入信 号和扰动能预先知道时，控制效果较好。 缺点：不能自动修正被控制量的偏离，系统的元 件参数变化以及外来的未知扰动对控制精度 影响较大。 适用场合：不存在干扰，元件比较稳定，精度要 求不高的场合。 二.闭环控制 手臂,手 人眼 输入 信号 大脑 人眼 输出信号 用自动装置代替人工操作 输入信号——系统控制目标的反映 控制系统——主要完成对有关信号的变换、处理，发出控制量，驱动执行机构完成控制功能。 输出信号——系统的控制结果，反映了被控对象的运行状况。 闭环控制工作原理： 外部作用：