西安科技大学自动控制原理教学同步教程-第一章.ppt

自动控制原理 西安科技大学 第一章 绪论 §1.1 自动控制的一般概念 §1.2 自动控制系统举例 §1.3 自动控制系统的分类 §1.4 自动控制系统的基本要求及其分析 法 主要内容 1. 自动控制的基本原理 2. 自动控制系统的组成和分类 3. 自动控制系统的研究内容和对系统的基 本要求 重 点 与 难 点 重 点 1.自动控制系统的基本组成 2.开环控制系统、闭环控制系统 3.对控制系统的性能要求 难 点 反馈控制的原理 §1.1 自动控制的一般概念 1.1.1自动控制的基本概念 自动控制（automatic control）是指在没有人经常的直接参与情况下，利用设备或装置使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数，自动按照预定规律运行的过程。 导弹的准确击中目标和 雷达系统的准确跟踪目标 工业机器人 1.1.2 自动控制的历史回顾 自动控制成为一门科学是从1945发展起来的。 开始多用于工业：压力、温度、流量、位移、湿度、粘度自动控制 后来进入军事领域：飞机自动驾驶、火炮自动跟踪、导弹、卫星、宇宙飞船自动控制 目前渗透到更多领域：大系统、交通管理、图书管理等 生物学系统：生物控制论、波斯顿假肢、人造器官 经济系统：模拟经济管理过程、经济控制论 四个阶段 1. 胚胎萌芽期（1945年以前） 十八世纪以后，蒸汽机的使用提出了调速稳定等问题 1784年英国人瓦特发明了调速器，蒸汽机离心式调速器 1877年产生了劳斯稳定判据 十九世纪前半叶，动力使用了发电机、电动机 促进了水利、水电站的遥控和程控的发展以及电压、电流的自动调节技术的发展 十九世纪末，二十世纪初，使用内燃机 促进了飞机、汽车、船舶、机器制造业和石油工业的发展，产生了伺服控制和过程控制 二十世纪初第二次世界大战，军事工业发展很快 飞机、雷达、火炮上的伺服机构，总结了自动调节技术及反馈放大器技术，搭起了经典控制理论的架子，但还没有形成学科。 2.经典控制理论时期（1940-1960） 1945年美国人Bode “网络分析与放大器的设计”，奠定了控制理论的基础，50年代趋于成熟。 主要内容 对单输入单输出系统进行分析，采用频率法、根轨迹法、相平面法、描述函数法；讨论系统稳定性的代数和几何判据以及校正网络等 3.现代控制理论时期（50年代末-60年代初） 空间技术的发展提出了许多复杂控制问题，用于导弹、人造卫星和宇宙飞船上天 Kalman “控制系统的一般理论”奠定了现代控制理论的基础 解决多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的控制问题 4.大系统和智能控制时期 （70年代） 各学科相互渗透，要分析的系统越来越大，越来越复杂。例如人工智能、模拟人的人脑功能、机器人等。 1.1.3 自动控制系统的基本控制方式 （1）按信号传送的特点或系统的结构特点分为：开环和闭环控制系统。 开环控制系统：输出量对系统的控制作用无任何影响。扰动控制系统是开环控制系统。 闭环控制系统：负反馈偏差控制系统。偏差控制系统是闭环控制系统。 （2）按控制作用产生的原因分为：扰动控制系统和复合控制系统。 扰动控制系统：控制作用由扰动产生，不构成闭环。 复合控制系统：同时具有开环结构和闭环结构或同时具有偏差和扰动产生作用的控制系统。 原理图 方块图 M 功放 + - + - n 1. “转速控制系统”之“开环控制系统” 功放 电动机 n 扰动负载 [工作原理] 将电压ug经功率放大后获得ua，由ua驱动电动机旋转。 ua和n具有一一对应的关系，如当ug=ug1，n=n1。但是，当电动机的负载改变时，ug = ug1时，可能n=n1+ △n，也就是说，ug和n的关系是不准确的。——开环系统的输出易受到扰动的影响而无能为力。 图1-1 2. “转速控制系统”之“闭环控制系统” M + n - 测速装置 功放 电动机 n 测速装置 比较点 功放 - 负载扰动 [工作原理] 当负载扰动变化时（如变大），则n , , ,n 。可见，该系统可以自动地进行转速调节，以减小或消除偏差 。 图1-2 M + n - 比较器 功放 i 负载干扰 n - 功放 电动机 补偿装置 3.“转速控制系统”之“扰动控制系统” 若转速的变化主要由负载干扰引起的，并且负载干扰可测，则可以形成如下图所示的扰动控制系统。 [注意] 一个补偿装置只能补偿一个与之相应的扰动，对于其他的扰动则不起作用。本图可以补偿由负载扰动引起的电动机转速n的变化。扰动控制属开环控