第1章 自动控制系统的基本概念 《物联网控制基础》课件.pptxVIP

经典控制理论第一章自动控制系统的基本概念第二章 自动控制系统的数学模型第三章 控制系统的时域分析第四章 控制系统的频域分析第五章 控制系统的校正方法第一章 自动控制系统的基本概念第一章 自动控制系统的基本概念本章描述自动控制的基本概念、任务、控制方式及控制过程的简单分析，建立对本学科的一个较为明确的认识。1.1 概述所谓自动控制，是指无需人经常直接参与，而是通过对某一对象施加合乎目的的作用，以使其产生所希望的行为或变化的控制。上述控制随然不是由人力来直接完成的，但却是由人为了某种目的而预先造好的装置来完成的。这样的装置成为控制器。后者按照人的安排接受某种信息，并遵循一定的法则加工这个信息，使其变为控制作用，以施加在对象上。这样的对象称为被控对象。被控对象在控制作用影响下，在其功能的限度内改变自己的状态。第一章 自动控制系统的基本概念自动控制是一门理论性很强的科学技术，一般泛称为“自动控制技术”。把实现自动控制所需的各个部件按一定的规律组合起来，去控制被控对象，这个组合体叫做“控制系统”。分析与综合控制系统的理论称之为“控制理论”。典型的自动控制系统组成如下：典型自动控制的原理图第一章 自动控制系统的基本概念自动控制系统：由被控对象和自动控制装置按一定的方式连接起来，完成一定的自动控制任务，并具有预定性能的动力学系统。输出量：表现于被控对象或系统的输出端，是要求实现自动控制的物理量，也称被控量。输入量：作用于被控对象或系统的输入端，是可使系统具有预定功能或预定输出的物理量。从对输出量的影响看，可以分为给定输入量和扰动输入量两种。扰动：凡作用在控制系统中，可以引起输出变量变化的除去控制变量以外的其它因素，都称为扰动。扰动变量可以分为内扰和外扰。由控制系统内部产生的扰动，如元件参数的变化，称为内扰；而由于控制系统外部引入的扰动，如负载变化，能源变化等，称为外扰。扰动对控制系统是一种不利因素。比较元件：其作用是把测量元件检测的被控量实际值与系统的输入量进行比较，求出它们之间的偏差。放大元件：其作用是将比较元件给出的偏差信号进行放大，用来推动执行机构去控制被控对象。执行元件：其作用是直接推动被控对象，使其被控量发生变化。测量元件：其作用是检测被控制的物理量，如果这个物理量是非电量，则一般要转换成电量。第一章 自动控制系统的基本概念1.2 开环控制系统与闭环控制系统 1.2.1 基本概念所有控制系统，均是由被控对象、控制量、被控制量、给定信号、扰动信号、 测量信号、偏差信号、 控制信号、调节器（或控制器（内含算法，控制率））输出的信号以及执行机构组成。现通过生活中厕所给排水系统，如图所示，来介绍自动控制系统中的一些基本概念。第一章 自动控制系统的基本概念生活中单回路给排水系统该排水系统的工作原理如下：给定水池一个标准给定液位，即要求正常工作以后的水箱储水量，水池上方有一个作为连接阀门的调节器的浮球。随着水箱中的水被排出，浮球将随着下降的水位下降，从而开动入水阀门，浮球跟随水位的上升而上升，当给水量达到了给定液位时，浮球回到了原始位置，同时带动入水阀门关闭，系统重归平衡。第一章 自动控制系统的基本概念首先，根据排水系统原理，画出给排水系统方块图，如图1.3所示：给排水系统方块图第一章 自动控制系统的基本概念根据例子中的排水系统，可分析控制系统组成如下：1． 控制对象（被控对象，调节对象，对象）被控的设备或过程（上例中的水槽）。2． 被控制量（被调参数输出量，控制量）把被控制的物理量称为被控制量，他常常是表征设备或过程的运行情况或状态，且需要加以控制的参数（上例中的水位）。3． 给定信号（参考输入量）：设定的与被控参数期望值成比例的信号，起作用是为了保证输出量达到所要求的目标。（如上例中要求的液位）。4． 扰动信号（扰动输入量）：是一种妨碍被控参数达到期望值的外部作用。对系统工作不利。5． 测量信号：监测仪表的输出经变送器变换后的与被控信号实际值成比例的信号（被量水位）。6． 偏差信号： 给定信号与测量信号的差值信号。7． 控制信号：调节器（或控制器（内含算法，控制率））输出的信号。8． 执行机构：执行器+调节阀。第一章 自动控制系统的基本概念1.2.2 自动控制系统的传递方块图在研究自动控制系统时，为便于分析和描述，将系统安基本组成部分分解，并用传递方块图来表示。1． 环节：是构成系统的基本组成部分。用一个方块表示。2． 传递方块图：将构成系统的所有环节用有向线段连接起来所构成的系统结构图。其中，有向线段表示环节之间的信号传递关系。指向环节的作用线；表示输入；背向环节的作用县表示输出；整个系统的输出为被控参数；整个系统的输入为给定信号和扰动信号；测量信号与给定信号通过相加叠加，符号代表信号的极性。第一章 自动控制系统的基本概念闭环控制系统结