【強(qiáng)烈推薦】第一章 自動控制理論 引論

1、自動控制理論目錄第一章 引論第二章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第三章 時域分析法第四章 根軌跡法第五章 頻域分析法第六章 控制系統(tǒng)的校正第一章第一章 引引 論論 1-1 1-1 控制系統(tǒng)的基本形式控制系統(tǒng)的基本形式 1-2 1-2 自動控制的類型自動控制的類型 1-3 1-3 對控制系統(tǒng)的要求對控制系統(tǒng)的要求 * *一些術(shù)語一些術(shù)語 1-1 1-1 控制系統(tǒng)的基本形式控制系統(tǒng)的基本形式1.1.人力控制的熱力系統(tǒng)人力控制的熱力系統(tǒng)排冷凝水排冷凝水冷水冷水蒸汽蒸汽熱水熱水溫度計(jì)溫度計(jì)溫度計(jì)溫度計(jì)熱水熱水2. 2. 自動控制的熱力系統(tǒng)自動控制的熱力系統(tǒng)排水控制閥蒸汽熱水冷水溫度傳感器希望溫度 將時間溫度與希

2、望溫度進(jìn)行比較，如不到，將時間溫度與希望溫度進(jìn)行比較，如不到，則開啟控制閥。誤差越大，開度越大；反之則則開啟控制閥。誤差越大，開度越大；反之則關(guān)閉控制閥，達(dá)到控制溫度。關(guān)閉控制閥，達(dá)到控制溫度。自動控制器比較：比較：上述人工和自動控制系統(tǒng)的工作原理相似點(diǎn)：上述人工和自動控制系統(tǒng)的工作原理相似點(diǎn)： 眼睛測量裝置（傳感器）眼睛測量裝置（傳感器） 頭腦自動控制器頭腦自動控制器 肌體執(zhí)行機(jī)構(gòu)肌體執(zhí)行機(jī)構(gòu) 在沒有人參與的情況下，利用控制裝置使被控對象或過程能自動地按預(yù)定規(guī)律運(yùn)動。 自動控制定義：一、一、 閉環(huán)控制系統(tǒng)：閉環(huán)控制系統(tǒng)： 輸入量對象或過程測量元件輸出量控制器 閉環(huán)控制系統(tǒng)原理框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)

3、原理框圖形式形式1 1定義：定義： 或：閉環(huán)控制系統(tǒng)就是 反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)（多通道）（多通道） 凡是系統(tǒng)輸出信號對控制作用有直接影響的系統(tǒng)叫閉環(huán)控制系統(tǒng)。 控制原理：輸入信號與反饋信號之差控制原理：輸入信號與反饋信號之差-誤差信號加到控制器上，使系統(tǒng)朝著減少誤差信號加到控制器上，使系統(tǒng)朝著減少誤差的方向發(fā)展（用誤差控制）誤差的方向發(fā)展（用誤差控制）閉環(huán)系統(tǒng)的兩個特點(diǎn)閉環(huán)系統(tǒng)的兩個特點(diǎn)1.1.它有主通道（前向通道）和反饋通道它有主通道（前向通道）和反饋通道 2.2.系統(tǒng)是采用差值進(jìn)行控制的系統(tǒng)是采用差值進(jìn)行控制的二、二、 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)輸入量輸入量 控制器控制器對象或過程對象或

4、過程 輸出量輸出量（單通道）（單通道）定義：定義： 輸出量對系統(tǒng)控制作輸出量對系統(tǒng)控制作用沒有影響的控制系統(tǒng)。用沒有影響的控制系統(tǒng)。 形式形式2 2 例：例： 洗衣機(jī)：浸泡，洗滌，漂清，脫洗衣機(jī)：浸泡，洗滌，漂清，脫水依次進(jìn)行，無需對輸出信號（衣服水依次進(jìn)行，無需對輸出信號（衣服的清潔程度）進(jìn)行測量。的清潔程度）進(jìn)行測量。 十字路口的交通燈十字路口的交通燈 綠（綠（2020秒）秒） 黃（黃（2 2秒）秒） 紅（紅（1515秒），此系統(tǒng)不是秒），此系統(tǒng)不是反饋系統(tǒng)。若系統(tǒng)能夠自動測量交通反饋系統(tǒng)。若系統(tǒng)能夠自動測量交通的流量，從而調(diào)整紅綠燈持續(xù)的時間，的流量，從而調(diào)整紅綠燈持續(xù)的時間，則是閉環(huán)。

5、則是閉環(huán)。三、開環(huán)與閉環(huán)的比較三、開環(huán)與閉環(huán)的比較 前述的溫度控制系統(tǒng)改成改成開環(huán)系統(tǒng)：前述的溫度控制系統(tǒng)改成改成開環(huán)系統(tǒng)：隔一段時間就放入一些蒸汽加熱，就不如閉環(huán)隔一段時間就放入一些蒸汽加熱，就不如閉環(huán)的精確，因?yàn)橛懈鞣N干擾的存在（環(huán)境溫度、的精確，因?yàn)橛懈鞣N干擾的存在（環(huán)境溫度、用熱水的量）。用熱水的量）。 由此可見：由此可見：閉環(huán)不易受各種干擾的影響，保閉環(huán)不易受各種干擾的影響，保持輸出的精確，而開環(huán)不行。持輸出的精確，而開環(huán)不行。 但：但： 閉環(huán)穩(wěn)定性是一個重要的問題，很可能閉環(huán)穩(wěn)定性是一個重要的問題，很可能振蕩。而開環(huán)不存在這個問題。開環(huán)簡單。振蕩。而開環(huán)不存在這個問題。開環(huán)簡單。因

6、此：當(dāng)系統(tǒng)在無法預(yù)測的擾動或參數(shù)變化時，因此：當(dāng)系統(tǒng)在無法預(yù)測的擾動或參數(shù)變化時，閉環(huán)才有優(yōu)越性。閉環(huán)才有優(yōu)越性。 1-2 1-2 自動控制系統(tǒng)的類型自動控制系統(tǒng)的類型一、線性和非線性系統(tǒng)一、線性和非線性系統(tǒng) 組成系統(tǒng)的元器件特性均為線性，能用線性常微組成系統(tǒng)的元器件特性均為線性，能用線性常微分方程描述其輸入輸出關(guān)系的，為分方程描述其輸入輸出關(guān)系的，為 線性系統(tǒng)線性系統(tǒng) （系統(tǒng)響（系統(tǒng)響應(yīng)特征與初始狀態(tài)無關(guān)）應(yīng)特征與初始狀態(tài)無關(guān)） 只要有一個元器件的特性不能用線性方程來描述，只要有一個元器件的特性不能用線性方程來描述，即為即為 非線性系統(tǒng)非線性系統(tǒng) （死區(qū)，飽和，間隙）（死區(qū)，飽和，間隙） 嚴(yán)

7、格的講，實(shí)際上不存在嚴(yán)格的線性系統(tǒng)，但是嚴(yán)格的講，實(shí)際上不存在嚴(yán)格的線性系統(tǒng)，但是只要非線性不嚴(yán)重，能等效成為線性，均可認(rèn)為是線只要非線性不嚴(yán)重，能等效成為線性，均可認(rèn)為是線性。性。其中，解決線性和非線性的分析方法是不一樣的。其中，解決線性和非線性的分析方法是不一樣的。 二、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)二、連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)l 連續(xù)連續(xù)系統(tǒng)各部分的輸入輸出信號都是連續(xù)函數(shù)系統(tǒng)各部分的輸入輸出信號都是連續(xù)函數(shù)的模擬量的模擬量l 離散離散系統(tǒng)的部分信號是一數(shù)字脈沖和數(shù)碼形式系統(tǒng)的部分信號是一數(shù)字脈沖和數(shù)碼形式傳遞的。傳遞的。 如用數(shù)字計(jì)算機(jī)和數(shù)字控制的系統(tǒng)如用數(shù)字計(jì)算機(jī)和數(shù)字控制的系統(tǒng)數(shù)字控制系數(shù)字控制系統(tǒng)

8、統(tǒng)三、隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）和恒值系統(tǒng)（自動調(diào)整系三、隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）和恒值系統(tǒng)（自動調(diào)整系統(tǒng)）統(tǒng)）l 隨動隨動給定量是在頻繁或是緩慢變化的，要求輸給定量是在頻繁或是緩慢變化的，要求輸出信號以一定的準(zhǔn)確性跟隨輸入量變化，即自動跟出信號以一定的準(zhǔn)確性跟隨輸入量變化，即自動跟蹤。蹤。l 恒值控制恒值控制給定量是一定的，控制任務(wù)是保證輸給定量是一定的，控制任務(wù)是保證輸出為一不變的常數(shù)，在外界干擾偏離這一數(shù)值時，出為一不變的常數(shù)，在外界干擾偏離這一數(shù)值時，能自動恢復(fù)到原定值，如恒溫，恒壓，恒速。能自動恢復(fù)到原定值，如恒溫，恒壓，恒速。這兩種系統(tǒng)在分析和設(shè)計(jì)時的理論方法是一樣的。這兩種系統(tǒng)在分析和設(shè)計(jì)

9、時的理論方法是一樣的。四、其他四、其他1. 單輸入輸出單輸入輸出經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論 多輸入輸出多輸入輸出需現(xiàn)代控制理論需現(xiàn)代控制理論2.智能控制系統(tǒng)智能控制系統(tǒng)（ 1）自學(xué)習(xí)系統(tǒng)（學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)）自學(xué)習(xí)系統(tǒng)（學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)） 人工調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，操作者會不斷補(bǔ)充經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)人工調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，操作者會不斷補(bǔ)充經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)怎樣操作能最好達(dá)到目的，用一個交好的控制器怎樣操作能最好達(dá)到目的，用一個交好的控制器代替人腦后，也會遇到相同的問題代替人腦后，也會遇到相同的問題（2）自適應(yīng)系統(tǒng)）自適應(yīng)系統(tǒng) 系統(tǒng)能隨環(huán)境條件或結(jié)構(gòu)不可預(yù)計(jì)的變化，自行系統(tǒng)能隨環(huán)境條件或結(jié)構(gòu)不可預(yù)計(jì)的變化，自行調(diào)整或修改系統(tǒng)參數(shù)，（動態(tài)特性

10、隨時識別），調(diào)整或修改系統(tǒng)參數(shù)，（動態(tài)特性隨時識別），使系統(tǒng)的可靠性增加。使系統(tǒng)的可靠性增加。（3）模糊控制系統(tǒng)：采用了模糊控制理論）模糊控制系統(tǒng)：采用了模糊控制理論例例1：自動液位控制裝置如圖，說明工作：自動液位控制裝置如圖，說明工作原理并畫出方框圖。原理并畫出方框圖。返回杠桿調(diào)節(jié)器杠桿調(diào)節(jié)器浮子浮子閥門閥門水箱水箱希望高度希望高度實(shí)際高度實(shí)際高度 1-3 對控制系統(tǒng)的要求 評價一個控制方案的好壞，有以下幾個方評價一個控制方案的好壞，有以下幾個方面：穩(wěn)、準(zhǔn)、快。面：穩(wěn)、準(zhǔn)、快。l穩(wěn)穩(wěn)穩(wěn)定性要好。穩(wěn)定性要好。l準(zhǔn)準(zhǔn)精度要高。精度要高。l快快跟蹤速度要快，到達(dá)穩(wěn)定的時間要短。跟蹤速度要快，到達(dá)穩(wěn)定的時間要短。發(fā)散（