第1章 自动控制系统简介.pptVIP

第一章 自动控制系统简介 1.1 自动控制系统概述 1.2 开环控制与闭环控制 1.3 自动控制系统的组成与工作原理 1.4 自动控制系统的类型 1.5 对自动控制系统的基本要求 引言 控制理论： 自动化学科的重要理论基础 研究自动控制共同规律的技术科学 课程的性质和特点 自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的建立、分析与设计。 《自动控制原理》是本学科的专业基础课，是自动控制理论的基础课程，该课程与其它课程的关系如下。 课程学习要面临 数学基础宽而深 控制原理抽象 计算复杂且繁琐 绘图困难 控制理论的内容 二十世纪三项科学革命：控制论、量子论、相对论 控制论： 经典控制理论 现代控制理论（智能控制理论） 本章学习目标 了解自动控制系统类型的划分方法 理解良好的控制系统应具备的特征 掌握开环控制系统与闭环控制系统的特征与区别 掌握自动控制系统的组成与工作原理 1.1 自动控制系统概述 自动化技术几乎渗透到国民经济的各个领域及社会生活的各个方面，是当代发展最迅速、应用最广泛、最引人注目的高科技，是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术，在某种程度上说，自动化是现代化的同义词。自动控制原理研究分析、设计自动控制系统的基本方法。 本章主要讲什么内容? 从介绍自动控制的发展历史入手，引出自动控制理论分析、设计自动控制系统的基本思想，然后介绍自动控制的基本概念，以及对自动控制系统的基本要求，使读者对自动控制理论的总的目标有个大致的了解。 1.1.1 自动控制发展简史 中国古代自动化方面的成就： 公元前14世纪至前11世纪，中国、埃及和巴比伦出现自动计时漏壶； 公元130年，张衡发明水运浑象，132年研制出自动测量地震的候风地动仪； 公元235年，马钧研制出用齿轮传动自动指示方向的指南车，类似按扰动补偿的自控系统； 1.1.2 自动控制系统举例 一个自动运行的系统，就是指它的运行不需要人为的干预。 令人的体温保持在37℃的自动温控系统 心跳控制系统 眼球聚焦系统 温控系统 汽车自动导航控制系统 电梯调度系统自动发送电梯搭载乘客 空调—自动调节房间温度： 以取暖为例，空调通过温度传感器检测房间的温度高低，空调控制器将检测的温度与设定值进行比较，若温度低于设定值的下限，则使压缩机运行，温度上升，温度上升到设定值的上限时则停止运行。 空调运行基于反馈信息（温度测量值），属于 “反馈控制”，最为常见。 液位人工控制系统 实例（示意图） 液位自动控制系统 实例（示意图） 控制原理框图（控制理念） 1.1.3 自动控制系统术语 自动控制：是指没有人直接参与的情况下，利用控制装置（称控制器），使整个生产过程或工作机械（称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。 自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制器与控制对象组成。 被控对象——控制系统所控制和操纵的对象，接受控制量并输出被控量； 控制器——外加的设备或装置，用来接收变换和放大的偏差信号，转换为对被控对象进行操作的控制信号； 给定信号——控制系统的输入信号，是时间的函数； 输出信号——控制系统的输出，即受控的物理量 反馈信号——从系统的输出端引出，经过变换回送到输入端与给定信号进行比较的信号； 偏差信号——控制输入信号与主反馈信号之差； 扰动信号——破坏系统平衡，导致系统的被控量偏离其给定值的因素； 误差信号——系统被控量的期望值与实际值之差。 自动控制系统控制原理方框图 1.2 开环控制与闭环控制1.2.1 反馈控制系统 反馈：把取出的输出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。 若偏差越来越小，称为负反馈； 若偏差越来越大，称为正反馈。 反馈控制：采用负反馈并利用偏差进行控制的过程，由于引入被控量的反馈信息，整个控制过程成为闭合的，反馈控制也称为闭环控制。 1.2.2 开环控制系统 如果系统的输出量与输入量间不存在反馈的通道，这种控制系统称为开环控制系统。 即需要控制的是被控对象的某一量(被控量),而测量的只是给定信号,被控量对于控制作用没有任何影响的系统。结构如图所示。 开环控制系统举例 交通指挥的红绿灯转换； 自动生产线； 洗衣机洗涤过程； 开环控制系统的缺陷 信号由给定值至被控量单向传递。这种控制较简单，但有较大的缺陷，即对象或控制装置受到干扰，或工作中特性参数发生变化，会直接影响被控量，而无法自动补偿。因此，系统的控制精度难以保证。 从另一种意义理解，意味着对受控对象和其它控制元件的技术要求较高。如数控线切割机进给系统、包装机等多为开环控制。 1.2.3 闭环控制系统（核心） 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