自動控制原理課件1.ppt

,第一章 自動控制系統(tǒng)的基本概念,1.1自動控制的基本方式 1.2 閉環(huán)系統(tǒng)的基本組成 1.3 自動控制系統(tǒng)的分類 1.4 對控制系統(tǒng)的基本要求,1.1自動控制的基本方式 一、兩個定義： （1）自動控制：在沒人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程自動地按預定規(guī)律或數(shù)值運行。 （2）自動控制系統(tǒng)：能夠對被控對象的工作狀態(tài)進行自動控制系統(tǒng)。一般由控制器(含測量元件)和控制對象組成。 例1：水位控制系統(tǒng),方法一：人工控制 眼（觀察） 腦（判斷） 手（操作） 目的：減少或消除h 方法二：自動控制 受控對象：水池；輸出量：實際水位（h實）；輸入量：要求水位（h要） 浮子檢測裝置 控制電路檢測h，轉變?yōu)殡娦盘枺?電動機執(zhí)行機構 干擾輸入量：對系統(tǒng)輸出起反作用的輸入量，例如功率放大器信號的飄移。,二、三種基本控制方式 1、開環(huán)控制方式 控制系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)沒有控制作用，這種系統(tǒng)是開環(huán)控制系統(tǒng)。 開環(huán)控制系統(tǒng)的特點： （1）系統(tǒng)輸出量對控制作用無影響 （2）無反饋環(huán)節(jié) （3）出現(xiàn)干擾靠人工消除 （4）無法實現(xiàn)高精度控制,例2： 開環(huán)調速系統(tǒng)（不考慮測速反饋） 工作原理： 改變電位器滑動端的位置，相應地改變了電壓ug值的大小， 其值經功率放大器放大后施加在直流電動機的電樞兩端， 由于直流電動機具有恒定的勵磁電流。因此，隨著電樞電壓值的不同，電動機便以不同的轉速帶動生產機械運轉。于是，改變 ug的大小，便控制了電動機轉速的高低。系統(tǒng)中，ug 是給定輸入量；電動機的轉速n是系統(tǒng)的輸出量即被控量，功率放大器的電源電壓波動、放大系數(shù)漂移、拖動負載的變化等，是擾動輸入量。 可見，系統(tǒng)的輸出量，即電動機的轉速并沒有參予系統(tǒng)的控制。,開環(huán)控制系統(tǒng)功能框圖 任何開環(huán)控制系統(tǒng)，從組成系統(tǒng)元部件的職能角度看，均可用下面的結構框圖表示。 2、閉環(huán)控制方式： 把輸出量直接或間接地反饋到系統(tǒng)的輸入端，形成閉環(huán)，參與控制，這種系統(tǒng)叫閉環(huán)控制系統(tǒng)。 實際的閉環(huán)控制系統(tǒng)，都是于負反饋的形式出現(xiàn)。 明確：為什么要采用閉環(huán)控制系統(tǒng)？閉環(huán)控制系統(tǒng)有哪些優(yōu)點？,例3：閉環(huán)調速系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)功能框圖 任何閉環(huán)控制系統(tǒng)，從組成系統(tǒng)元部件的職能角度看，均可用下面的結構框圖表示。,3、復合控制方式 開環(huán)控制+閉環(huán)控制 兩種結構：按輸入信號補償 按擾動信號補償,1.2 閉環(huán)系統(tǒng)的基本組成 一、基本組成 結構方塊圖如圖所示,基本元部件： （1）控制對象：進行控制的設備或過程。（工作機械） （2）執(zhí)行機構：執(zhí)行機構直接作用于控制對象。（電動機） （3）檢測裝置：用來檢測被控量，并將其轉換成與給定量相同的物理量（測速發(fā)電機） （4）中間環(huán)節(jié)：一般指放大元件。（放大器，可控硅整流功放） （5）給定環(huán)節(jié)：設定被控量的給定值。（電位器） （6）比較環(huán)節(jié)：將所測的被控量與給定量比較，確定兩者偏差量。 （7）校正環(huán)節(jié)：用于改善系統(tǒng)性能。校正環(huán)節(jié)可加于偏差信號與輸出信號之間的通道內，也可加于某一局部反饋通道內。前者稱為串聯(lián)校正，后者稱為并聯(lián)校正或反饋校正。,二、閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點 （1）系統(tǒng)輸出量直接或簡接地參予了對系統(tǒng)的控制作用 （2）有負反饋環(huán)節(jié)，并應用反饋減小或消除誤差 （3）當出現(xiàn)干擾時，可以自動減弱其影響 （4）系統(tǒng)可能工作不穩(wěn)定,1.3 自動控制系統(tǒng)的分類 一、按數(shù)學描述形式分類： 1線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng) （1）線性系統(tǒng)：用線性微分方程或線性差分方程描述的系統(tǒng)。 重要性質：滿足疊加性和齊次性 當系統(tǒng)輸入為 時，系統(tǒng)為 ， 則系統(tǒng)總的輸出為 疊加性 當輸入為 ， 則輸出 齊次性 （2）非線性系統(tǒng)：用非線性微分方程或差分方程描述的系統(tǒng)。 重要性質：不滿足疊加性和齊次性 注意：任何的物理系統(tǒng)都是非線性的，但是在一定條件下可以將某些非線性特性線性化，近似地用線性微分方程去描述，這樣就可以按照線性系統(tǒng)來處理。,2連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng) （1）連續(xù)系統(tǒng)：系統(tǒng)中各元件的輸入量和輸出量均為時間t的連續(xù)函數(shù)。連續(xù)系統(tǒng)的運動規(guī)律可用微分方程描述，系統(tǒng)中各部分信號都是模擬量。 （2）離散系統(tǒng)：系統(tǒng)中某一處或幾處的信號是以脈沖系列或數(shù)碼的形式傳遞的系統(tǒng)。離散系統(tǒng)的運動規(guī)律可以用差分方程來描述。計算機控制系統(tǒng)就是典型的離散系統(tǒng)。 二、按給定信號分類 （1）恒值控制系統(tǒng)： 給定值不變，要求系統(tǒng)輸出量以一定的精度接近給定希望值的系統(tǒng)。如生產過程中的溫度、壓力、流量、液位高度、電動機轉速等自動控制系統(tǒng)屬于恒值系統(tǒng)。 （2）隨動控制系統(tǒng)： 給定值按未知時間函數(shù)變化，要求輸出跟隨給定值的變化。如跟隨衛(wèi)星的雷達天線系統(tǒng)。 （3）程序控制系統(tǒng)： 給定值按一定時間函數(shù)變化。如程控機床。,一、穩(wěn)定性 一個處于靜止或平衡工作狀態(tài)的系統(tǒng)，當受到任何輸入（給定信號或干擾）作用后，就可能偏離原有的平衡狀態(tài)。當作用消失后，系統(tǒng)中的狀態(tài)和輸出都能恢復到原來的平衡狀態(tài)的系統(tǒng)稱為穩(wěn)定的系統(tǒng)。 若作用消失后，系統(tǒng)中的狀態(tài)和輸出發(fā)生增幅振蕩或單調增長現(xiàn)象的系統(tǒng)稱為不穩(wěn)定系統(tǒng)。 二、動態(tài)特性 動態(tài)特性就是反映系統(tǒng)在動態(tài)過程中，系統(tǒng)跟蹤控制信號或抑制擾動的能力。動態(tài)性能好的系統(tǒng)，既要求過渡過程時間短，又要求過程平穩(wěn)、振蕩幅度小。 三、穩(wěn)態(tài)特性 系統(tǒng)在過渡過程結束后，其輸