自控原理谭梅分析报告.ppt

第1章 自动控制的一般概念 自动控制原理 2014年9月 第1章：自动控制的一般概念 重点掌握的内容 1、明确自动控制的任务及有关自动控制的基本概念 2、正确理解各种控制方式及特点 3、掌握对控制系统的性能要求 §1-1 引言 一、自动控制技术及其应用 自动控制：指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或 者装置（称控制装置），使机器、设备或生产过程（称被控对象） 的某个工作状态或参数（称被控量）自动地按预定的规律运行。 如：数控车床、化学反应炉、导弹发射和制导系统、无人驾驶机。 应用：在国民经济各部门中，由于广泛采用了自动控制技术，改善 了劳动条件，提高了产品质量和劳动生产率，应用范围已扩展到生物、医学、环境、经济管理等许多社会生活领域。 现代控制理论：研究多变量变参数系统的最优控制问 题，采用方法：以状态为基础的时域法（状态空间法） ★目前，自动控制理论以跨越学科界限，向以控制论、信息论、仿生学为基础的智能控制理论深入。 最优控制：在一定的具体条件下，在完成所要求的具 体任务时，系统的某些性能指标具有最优值。如：导弹控制 系统，要求脱靶量最少；飞行器控制系统，要求时间最短， 燃料最省和能量消耗最少。 §1-2 自动控制的基本形式及示例 一、开环控制 定义：指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过程。 例：广泛应用于国民经济各部门的一些自动化装置，自动洗衣机、自动售货机、数控车床、交通红绿灯转换。 二、闭环控制 1、定义：控制装置与被控对象之间既有顺向作用，又有反向联系的控制过程。 2、例1：人本身就是一个具有高度复杂控制能力的反馈控制系统。 剖析人用手从桌上取书的动作过程。 例2:机械手位置随动系统 3、闭环控制的特点 具有自动修正被控量出现偏差的能力，因此可以修正元件参数变化以及外界扰动引起的误差，其控制精度较高，但被控制量可能出现振荡。 §1-3 对控制系统的性能要求 理想情况下：系统的被控量和给定值时时相等，运行中完全没有误差，完全不受干扰的影响。 C(t)≡r(t) 实际情况：由于系统中质量、惯量、阻尼以及电路电感、电容的存在，也由于能源的功率限制，一些运动部件的速度、位移不可能突变（△加速度不会太大），而要经历一个逐渐变化的过程。 动态过程：系统受到给定值或干扰信号作用后，控制被控量变化的全过程称为系统的动态过程。 工程商常以稳、快、准三个方面进行总体评价： 二、快，指动态过程的快速性 振荡型过程衰减很慢，或者虽然没有振荡，但被量迟缓地趋向平衡状态，都将使系统长时间地出现大偏差。 既快又稳，表明被控量偏离给定值较小，偏离的时间短，表明系统动态精度高。 三、准，指动态过程的最终精度 系统进入平衡工作状态后，被控量对给定值所达到的控制准确度。 受控对象不同，对稳、快、准的技术要求也有所侧重，随动系统对快要求较高，而温控系统对稳限制严格。 同一系统，稳、快、准相互制约，提高过程的快速性，常会诱发系统强烈振荡，改善平稳性，控制过程又可能很迟缓，甚至最终经度也有所下降。 这也是本课程应解决的主要矛盾。 第2章 控制系统的数学模型 重点掌握的内容 1.熟悉拉氏变换的基本定理，典型信号的拉氏变换。 2.掌握用拉氏变换求解微分方程的方法。 3.掌握由动态微分方程组建立结构图的方法。 4.掌握结构图的等效变换方法。 5.掌握建立信号流图的方法。 6.掌握用梅逊增益公式求取闭环传递函数的方法。 反映部件及系统动态运行的微分方程，称作（原型）动态数学模型，由其派生出来的传递函数，动态结构图对于控制理论是更重要的模型。 建立数学模型是对系统进行理论研究和数字仿真的基础性工作和前提条件。 §2-1 列写微分方程的一般方法 例1 列写如图2-1所示RC网络的微分方程 解：1、明确输入、输出量。 输入量为电压Ur 输出量为电压Uc 2、建立输入、输出量的动态联系。 根据基尔霍夫电压定律，任一时刻网络的输入电压等于各支路的电压降和。 （1） （2）