第一章自动控制原理.ppt

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第一章自动控制原理

第一章 绪论 自动控制的概念 自动控制(automatic control): 所谓自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(控制装置),使机器、设备或生产过程(控制对象)的某个工作状态或参数(被控量)自动地按照预定的规律运行。 自动控制系统(automatic control system):是指能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。它一般由控制装置和被控对象组成。 被控对象(controlled object) : 被控制的工艺设备、机器或生产过程。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。控制装置则指对被控对象起控制作用的设备总体,有测量变换部件、放大部件和执行装置。在上述例子中,被控对象为水箱。 自动控制系统的方框图 绘制恒值水位控制系统的方框图 自动控制系统的分类 按信号的传递是否连续分: 连续控制系统、断续控制系统 按信号的馈送方式分: 反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统 按输入信号的特征分: 恒值控制系统、程序控制系统、随动控制系统、比值控制系统 按描述元件的动态方程分: 线性系统、非线性系统 按系统中传递信号的性质分: 时间连续系统、离散系统(采样控制系统) 按系统的参数是否随时间变化分: 定常系统、时变系统 控制系统的过渡过程 当系统受到外部扰动的影响或者参考输入发生变化时,被控量会随之发生变化,经过一段时间,被控量恢复到原来的平衡状态或到达一个新的给定状态,称这一过程为过渡过程。 在热工过程中常用的典型输入扰动信号是单位阶跃函数,给定值在其扰动下,系统的过渡过程有四种基本形式,如图a,b,c,d所示。 第二章 线性自动控制系统的 数学模型 本节课重点: 学会建立SISO数学模型 建立方法 解析法(机理模型):依据系统及元件各变量之间所遵循的物理、化学定律,列出各变量之间的数学关系式 实验法(实验建模 ):对系统施加典型测试信号(脉冲、阶跃或正弦信号),记录系统的时间响应曲线或频率响应曲线,从而获得系统的传递函数或频率特性 综合法:将上述两种方法相结合形成的新方法 单变量系统的数学描述 稳态模型:系统在稳定状态下的输出和输入的关系。其数学描述常可写为: 其中输入与输出的关系确定后,代数方程中的各项系数可以为常数,这些用系数表示的模型称为参数模型。表格形式或曲线形式的模型称为非参数模型。 动态模型:系统在动态过程中输入与输出关系的数学描述。其数学描述常用微分方程来描述。 传递函数 传递函数的求法 根据系统的微分方程求传递函数的步骤: 函数的拉氏变换 拉普拉斯正变换: 拉普拉斯反变换: 1、线性性质 3、微分性质 4、积分性质 5、初值定理 比例环节 3、微分环节 传递函数: 式中 T-时间常数 特点:含一个储能元件,对突变的输入其输出不能 立即复现,存在时间上的延迟,输出无振荡。 实例:RC网络,直流伺服电动机的传递函数也 包含这一环节。 5、一阶微分环节 特 点:输出量既包含与输入量成正比的量,又包含输 入信号的变化趋势。 6、延迟环节 特点:输出量能准确复现输入量,但须延迟一个固定的时间间隔。 7、振荡环节 特点:包含两个独立的储能元件,当输入量发生变化时,两个储能元件的能量进行交换,使输出带有振荡的性质。 环节并联 反馈连接 2.4 方框图变换与简单物理系统传递函数推导 传递函数方框图的变换与简化 方框图的变换 方框图的简化 例1 利用梅逊公式,求: :该系统共有三条前向通道,其增益分别为: P1= G1G2G3G4G5 P2= G1L6G4G5 P3= G1G2G7 系统中有四个独立的回路,其增益分别为: L1 = -G4H1 L2 = -G2G7H2 L3 = -G6G4G5H2 L4 = -G2G3G4G5H2 互不接触的回路有一个L1 L2。所以,特征式 Δ=1-(L1 + L2 + L3 + L4)+ L1 L2 又因为回路均与P1、P2接触,回路L1与P3不接触,所以特征式的余子式分别为: 因此,系统的闭环系统传递函数Y(s) / U(s)为: 例2:利用梅逊公式求取下图的传递函数 :该系统的前向通道有二条: P1= G1G2G3 P2= G1G4

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