自动化专业概论第二讲 自动控制系统专题.ppt

创新思想的起源和创造活动的过程特征 第二讲 自动控制系统专题  自动控制系统专题 自动控制系统组成 自动控制系统组成 锅炉汽包液位控制系统 自动控制系统组成 自动控制系统组成 自动控制系统分类 按给定信号的形式：定值/程序/随动控制系统 开环实例1：游泳池注水 开环实例2：自行车的速度控制 开环实例3：电风扇的风速控制 线性系统是满足叠加原理的系统 自动控制系统性能要求 六、按输入输出变量的数目 （1）单变量控制系统Single-Input Single-Output 只有一个输入量和一个输出量的控制系统称为单变量控制系统，也称单输入-单输出控制系统(SISO)。可用高阶微分方程或传递函数描述，也可用状态空间方法描述。 SISO 六、按输入输出变量的数目 （2）多变量控制系统Multiple-Input Multiple-Output 有多个输入量或多个输出量的控制系统称为多变量控制系统，也称多输入-多输出控制系统(MIMO)。一般采用状态空间方法描述。 MIMO 静态系统与动态系统 （1）静态系统 Static System 系统当前时刻的输出仅由当前时刻的输入决定，而与过去时刻的输入无关。 （2）动态系统 Dynamic System 系统当前时刻的输出不仅取决于当前时刻的输入，还受过去时刻的输入影响。 黄从智 自动化专业概论 hcz190@ncepu.edu.cn 自动控制系统分类 自动控制系统性能要求 自动控制(Automatic Control)：在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动按照预定的规律运行。 锅炉汽包液位控制系统中，控制任务是以一定的精度保持汽包中液位为某一期望的数值。 人工控制： ① 眼观测液位的高低变化。 ② 脑将汽包水位的实际值与期望值比较，判断是否偏离。 ③ 脑根据操作经验指挥手去调节给水调节阀门开度以控制液位。 自动控制： ① 测量变送器 ② 控制器 ③ 执行机构 比较环节 系统所要控制的设备或过程，其输出就是被控量。被控量 就是表征设备或生产过程运行情况或状态并需要加以控制的物理量。 根据偏差，按控制规律 运算产生控制信号 控制信号u 偏差e 给定值SP 被控量PV 扰动n 检测被控量的装置。 接收控制信号具体实现对被控对象的操作。 除输入信号外引起被控量偏离给定值的所有因素。 导弹与控制 （1）传感器(Sensor) 实现对信号的检测并将被测的物理量变换为另一个物理量 (通常是电量) ，如热电阻、热电偶。 （2）变送器（Transducer） 与传感器配套，使输出成为标准信号。如常见的标准信号为4～20mA。 （3）控制器（Controller） 它接受来自被控对象的测量值和给定值或它们的误差，并根据一定的控制（调节）规律产生输出信号以推动执行器。 （4）执行器(Actuator) 接受控制器的控制指令并对被控对象施 加控制作用。 按系统参数是否随时间变化：定常/时变控制系统 按信号传递的形式：连续/离散控制系统 按系统是否满足叠加原理：线性/非线性控制系统 按输入输出变量的数目：单变量/多变量控制系统 按是否形成闭合回路：开环/闭环控制系统 一、按是否形成闭合回路 1、开环控制系统（Open Loop） 当对被控系统的输出要求不高或其输出不容易测量时，控制器直接根据期望信号产生控制信号。 执行器 被控 对象 期望输出 实际输出 控制器 开环控制：信息单向流动，无反馈，控制信号流程没有形成回路。 一般情况下，一池水需要很长的时间才能灌满，如果由人工控制整个注水过程，很费时间 。 如果进水管的进水量是均匀的，游泳池中的水位高度与进水的时间是一一对应的，可在注水口处装一个定时器，通过定时器来控制注水过程（时间）。 设定注入时间 定时器 游泳池的水位 （输入） （输出） 进水阀 游泳池 流水量 脚踩的力 脚蹬?曲柄?链轮? ?中轴?链条?飞轮 行驶的速度 （输入） （输出） 一定范围内输入的力与输出的速度是成正比的。 （执行器） 风扇叶片（被控对象） 电扇档位 控制电压 电 机 开环控制特点：控制系统的输出量不对系统的控制产生任何影响。 一、按是否形成闭合回路 2、闭环控制系统（Closed Loop） 闭环控制：信息双向流动，有反馈，控制信号流程形成回路。 控制器 设定温度 室内温度 温度测量 仪表 空调 压缩机 闭环实例1：空调控制系统 闭环例2：汽车方向控制系统 控制器 驾车人 汽车 预期方向 实际方向 视觉测量 偏差 方向盘 闭环例2：汽车方向控制系统 控制器