自控课件(孙炳达)第1章.pptVIP

自动控制原理（第2版） 主编 孙炳达 (机械工业出版社、2005) 第一章 自动控制系统的基本概念 1.1自动控制的基本方式 1.2 闭环系统的基本组成 1.3 自动控制系统的分类 1.4 对控制系统的基本要求 1.1自动控制的基本方式 一、两个定义： （1）自动控制：在没人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律或数值运行。 （2）自动控制系统：能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。一般由控制器(含测量元件)和控制对象组成。 举例：水位控制系统 二、三种基本控制方式 1、开环控制方式 举例2： 开环调速系统（不考虑测速反馈） 工作原理： 改变电位器滑动端的位置，相应地改变了电压Ug值的大小， 其值经功率放大器放大后施加在直流电动机的电枢两端， 由于直流电动机具有恒定的励磁电流。因此，随着电枢电压值的不同，电动机便以不同的转速带动生产机械运转。于是，改变 Ug的大小，便控制了电动机转速的高低。系统中，Ug 是给定输入量；电动机的转速n是系统的输出量即被控量，功率放大器的电源电压波动、放大系数漂移、拖动负载的变化等，是扰动输入量。 可见，系统的输出量，即电动机的转速并没有参予系统的控制。 开环控制系统职能框图 任何开环控制系统，从组成系统元部件的职能角度看，均可用下面的结构框图表示。 2、闭环控制方式： 把输出量直接或间接地反馈到系统的输入端，形成闭环，参与控制，这种系统叫闭环控制系统。即系统的输出端与输入端之间存在反馈回路。 实际的闭环控制系统，都是于负反馈的形式出现。 明确：为什么要采用闭环控制系统？闭环控制系统有哪些优点？ 举例3：闭环调速系统 闭环控制系统职能框图 任何闭环控制系统，从组成系统元部件的职能角度看，均可用下面的结构框图表示。 3、复合控制方式 开环控制+闭环控制 两种结构：按输入信号补偿 按扰动信号补偿 1.2 闭环系统的基本组成 一、基本组成 结构方块图如图所示 基本元部件： （1）控制对象：进行控制的设备或过程。（工作机械） （2）执行机构：执行机构直接作用于控制对象。（电动机） （3）检测装置：用来检测被控量，并将其转换成与给定量相同的物理 量（测速发电机） （4）中间环节：一般指放大元件。（放大器，可控硅整流功放） （5）给定环节：设定被控量的给定值。（电位器） （6）比较环节：将所测的被控量与给定量比较，确定两者偏差量。 （7）校正环节：用于改善系统性能。校正环节可加于偏差信号与输出信号之间的通道内，也可加于某一局部反馈通道内。前者称为串联校正，后者称为并联校正或反馈校正。 二、闭环控制系统的特点 （1）系统输出量直接或简接地参予了对系统的控制作用 （2）有负反馈环节，并应用反馈减小或消除误差 （3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响 （4）系统可能工作不稳定 1.3 自动控制系统的分类 一、按数学描述形式分类： 1．线性系统和非线性系统 （1）线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。 重要性质：满足叠加性和齐次性 当系统输入为 、 时，系统为 、 ， 则系统总的输出为 ——叠加性 当输入为 ， 则输出 ——齐次性 （2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。 重要性质：不满足叠加性和齐次性 注意：任何的物理系统都是非线性的，但是在一定条件下可以将某些非线性特性线性化，近似地用线性微分方程去描述，这样就可以按照线性系统来处理。 2．连续系统和离散系统 （1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数。连续系统的运动规律可用微分方程描述，系统中各部分信号都是模拟量。 （2）离散系统：系统中某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传递的系统。离散系统的运动规律可以用差分方程来描述。计算机控制系统就是典型的离散系统。 二、按给定信号分类 （1）恒值控制系统： 给定值不变，要求系统输