哈工大自控第一章概念.ppt

* HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 自动控制理论 自动控制理论 王高林 教授/博导 电力电子与电力传动研究所 E-mail: WGL818@hit.edu.cn 第一章　自动控制理论概述 §1－1　引言 　动控制(automatic control)技术在工农业、国防、航空航天等各个领域中起着重要的作用！并扩展到生物、医学、环境、经济管理和其它许多社会生活领域。 　 　独立的学科并与其它学科相互渗透、相互促进。 　《自动控制理论》是自动控制技术的基础理论，是一门理论性较强的工程科学。 　　现代工程技术人员和科学工作者必须具备一定的自动控制理论基础知识！ 　自动控制：在没有人直接参与的情况下，通过控制器（控制装置）使被控制对象或过程自动地在一定的精度范围内按照预定的规律运行。 §1-2 　自动控制理论和自动控制系统的基本概念 第一章　自动控制理论概述 如何在装置中设定转速自动给定？ 举例： 采用离心调速器的蒸汽机转速控制系统 第一章　自动控制理论概述 一、人工控制与自动控制 手动控制电加热炉 第一章　自动控制理论概述 自动控制电加热炉 为什么温度计换成热电偶? 给定值怎么实现 ? 比较怎么实现? 为什么用放大器? 手动与自动控制电加热炉分析 任务：控制炉温在给定值。 测量：温度计——热电偶温度计。 比较：通过观察温度计读数，在人脑中比较 —电路自动进行电压值比较。 控制：根据比较结果(温度偏高或偏低)手动调节加热电阻丝两端的电压 — 电压差值正负决定电机转向，最终控制加热电阻丝两端的电压。 自动控制的优点：各类信号的自动传递！不用人工干预，提高效率，精度提高。 第一章　自动控制理论概述 二、开环(open loop)控制系统 例1：烤面包机 输入—定时器设定的时间 输出—面包的颜色 控制对象—烤箱的加热系统 　控制器与被控对象之间只有正向的控制作用。 　输出量对控制量没有影响。 　输入输出间没有反馈回路。 第一章　自动控制理论概述 影响转速控制精度有哪些因素？ 例2：直流电机开环控制系统 第一章　自动控制理论概述 开环控制系统的特点： 结构简单，造价低。 系统的控制精度取决于给定信号的标定精度、控制器及被控对象参数的稳定程度。 开环系统没有抗干扰的能力，因此精度较低。 应用场合： 控制量的变化规律可以预知。 可能出现的干扰可以抑制。 被控量很难测量。 应用较为广泛，如小家电、加热炉、交通信号灯、风机水泵调速系统等。 第一章　自动控制理论概述 三、闭环(closed loop)控制系统 　　将输出量引入到输入端，使输出量对控制作用产生直接的影响，形成闭环控制系统。 对扰动有较好的抑制作用，为什么？ 原因：与开环比较，干扰和控制输入同样作用于被控对象上，干扰引起的系统偏差通过闭环同样出现在给定值与实际值的偏差项中，可以被反馈抑制。 第一章　自动控制理论概述 前向通道：系统输入量到输出量之间的通道。 反馈通道：从输出量到反馈(feedback)信号之间的通道。 比较环节：输出量为各输入量的代数和。 输入量：ur ；输出量：n； 反馈量：uf ； 控制量：ua 偏差量(ue)＝给定量 (ur )－反馈量(uf ) 第一章　自动控制理论概述 闭环控制系统的特点？ 系统对外部或内部干扰(如内部件参数变动)的影响不甚敏感。 由于采用反馈装置，导致设备增多，结构较复杂。 闭环系统存在稳定性问题。由于反馈通道的存在，对于那些惯性较大的系统，若参数配合不当，控制性能可能变得很差，甚至出现发散或等幅振荡等不稳定的情况。 注意：主反馈必须采用负反馈，若采用正反馈将使偏差越来越大。 闭环控制系统：通过反馈回路使系统构成闭环并按偏差的性质产生控制作用，以求减小或消除偏差(从而减小或消除误差)的控制系统。 第一章　自动控制理论概述 四、自动控制系统的概念和特征 系统： 　　由相互制约的各个部分按一定的规律组成、为达到一定目的、具有一定功能的整体。 反馈： 　　将检测出来的输出量送回到系统的输入端，并与输入信号比较的过程。反馈分为负反馈（反馈信号与输入信号相减）和正反馈（反馈信号与输入信号相加）。 自动控制的基础为闭环控制。控制论的奠基人N.Wiener 给出的定义为： “Feedback is a method of controlling a system by inserting into it the result of its past performance” 第一章　自动控制理论概述 自动控制系统的特征 ： 1. 结构上必须有反馈装置并按负反馈的原则构成系统。 2. 由偏差产生控制作用。 控制的目的是尽量减小或消除偏差，使输出量接近于期望值。 自动控制系统定义： 是