自控原理-1分析报告.ppt

第一章 绪论 1.1 引言 1.1 一般概念 何谓控制　：掌握住对象不使任意活动或超出范围;或使其按控制者的意愿活动 何谓自动控制：是指在没有人直接参与的条件下，利用控制装置使被控对象按照预定的技术要求进行工作。 自动控制系统：是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它由被控对象和控制装置组成。 自动控制理论所研究的问题 1.2 控制系统基本控制方式 开环控制 闭环控制系统的方框图 闭环控制 复合控制 液位控制系统 1.3 系统类型 线性/非线性系统 连续/离散性系统 定常/时变性系统 确定/不确定系统 1.4 对控制系统的要求 对控制系统的要求: 1.稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。 2.快速性：动态性能，有指标。 3.准确性：稳态（过度结束后的）值应尽量与期望值一致。 控制系统的性能指标 稳定性(稳） 系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力。如果系统受到扰动作用（系统内或系统外）后，能自动返回到原来的平衡状态，则该系统是稳定的。稳定系统的数学特征是其输出量具有非发散性；反之，系统是不稳定系统。 稳态误差 （准） 指稳定系统在完成过渡过程后的稳态输出偏离希望值的程度。开环控制系统的稳态误差通常与系统的增益或放大倍数有关，而反馈控制系统（闭环系统）的控制精度主要取决于它的反馈深度。稳态误差越小，系统的精度越高，它由系统的稳态响应反映出来。 瞬态响应指标 （快） 在时域中，常用单位阶跃信号作用下，系统输出的超调量?p ,上升时间Tr,峰值时间Tp,过渡过程时间（或调整时间）Ts和振荡次数N等特征量表示。 单位阶跃信号作用下，稳定系统的典型输出响应曲线 图1-13 稳定系统的典型单位阶跃响应曲线 补：典型外作用 可作典型外作用的函数具备条件 （1）在现场或实验室容易得到 （2）在该函数作用下性能能代表实际工况 （3）数学公式表达简单 * 1.1 一般概念 1.2 基本控制方式 1.3 控制系统的类型 1.4 对控制系统的基本要求 End 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 四个阶段: 1.胚胎萌芽期（1945年以前） 十八世纪以后，蒸汽机的使用提出了调速稳定等问题 1765年俄国人波尔祖诺夫发明了锅炉水位调节器 1784年英国人瓦特发明了调速器，蒸汽机离心式调速器 1877年产生了古氏判据和劳斯稳定判据 ?十九世纪前半叶，动力使用了发电机、电动机 促进了水利、水电站的遥控和程控的发展以及电压、电流的自动调节技术的发展 十九世纪末，二十世纪初，使用内燃机 促进了飞机、汽车、船舶、机器制造业和石油工业的发展，产生了伺服控制和过程控制 ?二十世纪初第二次世界大战，军事工业发展很快 飞机、雷达、火炮上的伺服机构，总结了自动调节技术及反馈放大器技术，搭起了经典控制理论的架子，但还没有形成学科。 2.经典控制理论时期（1940-1960） 1945年美国人Bode “网络分析与放大器的设计”，奠定了控制理论的基础。 50年代趋于成熟 主要内容 对单输入单输出系统进行分析，采用频率法、根轨迹法、相平面法、描述函数法；讨论系统稳定性的代数和几何判据以及校正网络等 3.现代控制理论时期（50年代末-60年代初） 空间技术的发展提出了许多复杂控制问题，用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上 Kalman “控制系统的一般理论”奠定了现代控制理论的基础 解决多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的控制问题 4.大系统和智能控制时期 （70年代） 各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂。例人工智能、模拟人的人脑功能、机器人等 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。 被控对象 ：指需要给以控制的机器、设备或生产过程。被控对象是控制系统的主体，例如火箭、锅炉、机器人、电冰箱等。 控制装置: 指对被控对象起控制作用的