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文檔簡介
1、1自動控制原理自動控制原理Automatic Control Principle張偉張偉20122012年年9 9月月2胡壽松胡壽松 自動控制原理自動控制原理 科學出版社科學出版社胡壽松胡壽松 自動控制原理習題集自動控制原理習題集 科學出版社科學出版社王建輝王建輝 自動控制原理自動控制原理 清華大學出版社清華大學出版社吳吳 麒麒 自動控制原理自動控制原理 清華大學出版社清華大學出版社梅曉榕梅曉榕 自動控制原理自動控制原理科學出版社科學出版社梅曉榕梅曉榕 自動控制原理學習與考研指導自動控制原理學習與考研指導科科 學出版社學出版社參考書參考書3控制理論發(fā)展史控制理論發(fā)展史主要采用傳遞函數(shù)、頻率特性
2、、根軌跡等頻主要采用傳遞函數(shù)、頻率特性、根軌跡等頻域分析方法來解決單輸入單輸出系統(tǒng)的控制域分析方法來解決單輸入單輸出系統(tǒng)的控制問題。包括伯德提出的伯德圖法,伊文思的問題。包括伯德提出的伯德圖法,伊文思的根軌跡法。根軌跡法。 1948年年 維納的著作維納的著作控制論控制論和錢學森的和錢學森的工程控制論工程控制論是這一階段的代表作是這一階段的代表作4,主要采用狀態(tài)空間法解決多輸人多輸出主要采用狀態(tài)空間法解決多輸人多輸出的線性、非線性,定常、時變系統(tǒng)。其代表的線性、非線性,定常、時變系統(tǒng)。其代表性成果包括龐特里亞金的極大值原理、貝爾性成果包括龐特里亞金的極大值原理、貝爾曼的動態(tài)規(guī)劃、卡爾曼和布西提出
3、的卡爾曼曼的動態(tài)規(guī)劃、卡爾曼和布西提出的卡爾曼濾波器濾波器??刂评碚摪l(fā)展史控制理論發(fā)展史5控制理論發(fā)展史控制理論發(fā)展史,控制理控制理論在廣度上向論在廣度上向“大系統(tǒng)理論大系統(tǒng)理論”開拓,深度上向開拓,深度上向“智能控制智能控制方向挖掘,以神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊方向挖掘,以神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊控制為代表的智能控制理論是現(xiàn)代控制理論的控制為代表的智能控制理論是現(xiàn)代控制理論的研究熱點研究熱點 6自動控制理論的發(fā)展史上的著名事件自動控制理論的發(fā)展史上的著名事件v人類對控制系統(tǒng)的基本原理(反饋)早有認識,并人類對控制系統(tǒng)的基本原理(反饋)早有認識,并利用它創(chuàng)造許多裝置。如利用它創(chuàng)造許多裝置。如2000年前,羅馬人:水
4、位年前,羅馬人:水位控制系統(tǒng)(淋?。┛刂葡到y(tǒng)(淋?。?,神廟(開關門)英雄裝置。中,神廟(開關門)英雄裝置。中國能工巧匠(技師、工程師國能工巧匠(技師、工程師 、科學家、科學家 ):蘇頌的):蘇頌的水運儀象臺,張衡的地震方向測定儀。水運儀象臺,張衡的地震方向測定儀。v1786年年,James Watt 為控制蒸汽機速度設計的離心為控制蒸汽機速度設計的離心調(diào)節(jié)器,是自動控制領域的第一項重大成果調(diào)節(jié)器,是自動控制領域的第一項重大成果。7瓦特瓦特8瓦特的蒸汽機瓦特的蒸汽機9離心調(diào)速器工作原理離心調(diào)速器工作原理10工作原理:進入蒸汽缸中的蒸汽量,可根據(jù)蒸汽進入蒸汽缸中的蒸汽量,可根據(jù)蒸汽機的希望轉速與
5、實際轉速的差值自動地進行調(diào)整。機的希望轉速與實際轉速的差值自動地進行調(diào)整。它的工作原理是:根據(jù)希望的轉速,設置輸入量它的工作原理是:根據(jù)希望的轉速,設置輸入量( (控制量控制量) )。如果實際轉速降低到希望的轉速值以下,。如果實際轉速降低到希望的轉速值以下,則調(diào)速器的離心力下降,從而使控制閥上升,進入則調(diào)速器的離心力下降,從而使控制閥上升,進入蒸汽機的蒸汽量增加,于是蒸汽機轉速隨之增加,蒸汽機的蒸汽量增加,于是蒸汽機轉速隨之增加,直至上升到希望的轉速值時為止。反之,若蒸汽機直至上升到希望的轉速值時為止。反之,若蒸汽機的轉速增加到超過希望的轉速值,調(diào)速器的離心力的轉速增加到超過希望的轉速值,調(diào)速
6、器的離心力便會增加,造成控制閥向下移動。這樣就減少了進便會增加,造成控制閥向下移動。這樣就減少了進入蒸汽機的蒸汽量,蒸汽機的轉速也就隨之下降,入蒸汽機的蒸汽量,蒸汽機的轉速也就隨之下降,直到下降至希望的轉速時為止。直到下降至希望的轉速時為止。 11v1868年,英國年,英國J.C 麥克斯韋首先解釋了瓦特速度控麥克斯韋首先解釋了瓦特速度控制系統(tǒng)中出現(xiàn)的不穩(wěn)定問題。制系統(tǒng)中出現(xiàn)的不穩(wěn)定問題。1877年年 勞斯勞斯 ,1892年李雅普諾夫年李雅普諾夫 分別獨立地得出了勞斯判據(jù)和李雅普分別獨立地得出了勞斯判據(jù)和李雅普諾夫穩(wěn)定判據(jù)。諾夫穩(wěn)定判據(jù)。v1922年,年,Minorsky研制出船舶操縱自動控制器
7、,研制出船舶操縱自動控制器,并證明了從系統(tǒng)的微分方程確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性的方并證明了從系統(tǒng)的微分方程確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性的方法。法。v1932年,年,Nyquist提出了一種根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率提出了一種根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)頻率響應響應(對穩(wěn)態(tài)正弦輸入對穩(wěn)態(tài)正弦輸入),確定閉環(huán)系統(tǒng),確定閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方穩(wěn)定性的方法法。12v1934年,年,Hezen提出了用于位置控制系統(tǒng)的伺服提出了用于位置控制系統(tǒng)的伺服機構的概念,討論了可以精確跟蹤變化的輸入信機構的概念,討論了可以精確跟蹤變化的輸入信號的機電伺服機構。號的機電伺服機構。v19世紀世紀40年代,頻率響應法為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供年代,頻率響應法為閉環(huán)控制系統(tǒng)提供
8、了一種可行方法,了一種可行方法,Evans提出并完善了根軌跡法。提出并完善了根軌跡法。v1948年年,美國數(shù)學家美國數(shù)學家N.Wiener出版出版Cybernetics是一個控制科學里程碑。是一個控制科學里程碑??刂普摽刂普摰母睒祟}是的副標題是關于人、動物及其通訊的科學。關于人、動物及其通訊的科學。1319世紀世紀50年代末,控制計問題的重點從設計許多可行年代末,控制計問題的重點從設計許多可行系統(tǒng)中的一種系統(tǒng),轉到設計在某種意義上的最佳系系統(tǒng)中的一種系統(tǒng),轉到設計在某種意義上的最佳系統(tǒng)。統(tǒng)。19世紀世紀60年代,數(shù)字計算機的出現(xiàn)為復雜系統(tǒng)的基于年代,數(shù)字計算機的出現(xiàn)為復雜系統(tǒng)的基于時域分析的現(xiàn)
9、代控制理論提供了可能。時域分析的現(xiàn)代控制理論提供了可能。從從19601980,確定性系統(tǒng)、隨機系統(tǒng)的最佳控制,確定性系統(tǒng)、隨機系統(tǒng)的最佳控制,及復雜系統(tǒng)的自適應和學習控制,都得到充分的研究。及復雜系統(tǒng)的自適應和學習控制,都得到充分的研究。從從1980現(xiàn)在,智能控制理論集中于現(xiàn)在,智能控制理論集中于3C(Computer計計算機、算機、Control控制、控制、Communication通信)通信)控制系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)及其相關課題。相關課題。14第一章第一章 控制系統(tǒng)導論控制系統(tǒng)導論v1-1 自動控制的基本原理自動控制的基本原理v1-2 自動控制系統(tǒng)示例自動控制系統(tǒng)示例v1-3 自動控制系統(tǒng)的分
10、類自動控制系統(tǒng)的分類v1-4 對自動控制系統(tǒng)的基本要求對自動控制系統(tǒng)的基本要求151-1自動控制的基本原理自動控制的基本原理v自動控制技術及其應用自動控制技術及其應用v自動控制的基本概念自動控制的基本概念v自動控制系統(tǒng)的基本控制方式自動控制系統(tǒng)的基本控制方式v反饋控制系統(tǒng)的原理及結構反饋控制系統(tǒng)的原理及結構16是指在無人直接參加的情況下,利用外是指在無人直接參加的情況下,利用外加的設備或裝置(加的設備或裝置(稱控制裝置或控制器稱控制裝置或控制器)使機器、)使機器、設備或生產(chǎn)過程(設備或生產(chǎn)過程(稱被控對象稱被控對象)的某個工作狀態(tài))的某個工作狀態(tài)或參數(shù)(或參數(shù)(稱被控量稱被控量)自動地按照預定
11、規(guī)律運行。)自動地按照預定規(guī)律運行。第一章控制系統(tǒng)導論第一章控制系統(tǒng)導論1.自動控制技術及其應用自動控制技術及其應用17自動控制自動控制:在無人直接參加的情況下,利用在無人直接參加的情況下,利用外加的設備或裝置(外加的設備或裝置(控制器控制器)使機器、設備或)使機器、設備或生產(chǎn)過程(生產(chǎn)過程(被控對象被控對象)的某個工作狀態(tài)或參數(shù))的某個工作狀態(tài)或參數(shù)(被控量被控量)自動地按預定規(guī)律運行。)自動地按預定規(guī)律運行。被控對象:被控對象:控制系統(tǒng)要進行控制的受控客體控制系統(tǒng)要進行控制的受控客體被控量:被控量:控制對象要實現(xiàn)的量控制對象要實現(xiàn)的量2. 2. 自動控制的基本概念自動控制的基本概念18自動
12、控制理論:自動控制理論:研究自動控制共同規(guī)律的技術研究自動控制共同規(guī)律的技術科學。科學。自動控制系統(tǒng):自動控制系統(tǒng):是由控制裝置和被控對象所組是由控制裝置和被控對象所組成,它們按照一定的方式連接起來,組成一個成,它們按照一定的方式連接起來,組成一個有機總體。有機總體。2. 2. 自動控制的基本概念自動控制的基本概念19(- -)utug擾動擾動 給定給定 裝置裝置 放大器放大器 電動機電動機 轉速反轉速反 饋裝置饋裝置 觸發(fā)器觸發(fā)器 晶闡管可晶闡管可 控整流器控整流器控控 制制 裝裝 置置受控對象受控對象n(b) 方框圖方框圖ueudoRP1ugR0R0R1-utRP2- -+- -+ TGM
13、udouc(a) 原理圖原理圖+20v反饋控制反饋控制采用負反饋采用負反饋(正反饋較少正反饋較少)并并利用偏差進行控制的過程。利用偏差進行控制的過程。v由于引入了被反饋量的反饋信息,整個由于引入了被反饋量的反饋信息,整個控制過程成為閉合的,因此反饋控制也控制過程成為閉合的,因此反饋控制也稱為稱為閉環(huán)控制閉環(huán)控制 。3.反饋控制系統(tǒng)的組成反饋控制系統(tǒng)的組成21圖圖1.5 1.5 閉環(huán)控系統(tǒng)基本組成框圖閉環(huán)控系統(tǒng)基本組成框圖被控量被控量 反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成串連校串連校正裝置正裝置放大裝放大裝置置執(zhí)行執(zhí)行機構機構被控被控對象對象反饋校正裝置反饋校正裝置測量裝置測量裝置給定裝
14、給定裝置置22給定裝置:給定裝置:產(chǎn)生給定值或輸入信號(量)(即參考產(chǎn)生給定值或輸入信號(量)(即參考量或期望值)量或期望值)測量裝置:測量裝置:測量被控制的物理量(被控量),用于測量被控制的物理量(被控量),用于產(chǎn)生反饋信號。各種傳感器:測速發(fā)電機、電位產(chǎn)生反饋信號。各種傳感器:測速發(fā)電機、電位計、熱電偶等。計、熱電偶等。比較裝置:比較裝置:把測量元件檢測的實際值(被控量)與把測量元件檢測的實際值(被控量)與給定元件給出的參考量進行比較,求出它們之間給定元件給出的參考量進行比較,求出它們之間的偏差。如差動放大器、自整角機。的偏差。如差動放大器、自整角機。反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基
15、本組成23放大裝置:放大裝置:將比較元件給出的偏差進行放大,用來將比較元件給出的偏差進行放大,用來推動執(zhí)行元件。去控制被控對象,如放大器、晶推動執(zhí)行元件。去控制被控對象,如放大器、晶閘管。閘管。執(zhí)行機構:執(zhí)行機構:直接推動被控對象,使其被控量發(fā)生變直接推動被控對象,使其被控量發(fā)生變化。如步進電機,繼電器開關?;?。如步進電機,繼電器開關。補償裝置:補償裝置:它是結構或參數(shù)便于調(diào)整的元件或機構,它是結構或參數(shù)便于調(diào)整的元件或機構,用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中,以改善控制用串聯(lián)或反饋的方式連接在系統(tǒng)中,以改善控制系統(tǒng)性能。系統(tǒng)性能。工業(yè)應用的控制系統(tǒng):電動、汽(氣)動、液動。工業(yè)應用的控制系統(tǒng):電
16、動、汽(氣)動、液動。反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成24輸出量輸出量 環(huán)節(jié)名稱環(huán)節(jié)名稱( (或特性或特性) )輸入量輸入量(a) (- -)(b)re=r-b b(c)c引出點引出點cc 被控量被控量偏差偏差信號信號 (- -) 參考參考 輸入信號輸入信號r(t) 調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器(或控制器或控制器)u(t)受控系統(tǒng)受控系統(tǒng)e(t) c(t)反饋信號反饋信號 控制量控制量 擾動擾動 給定給定 控制控制 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 放大放大 元件元件 執(zhí)行執(zhí)行 機構機構 受控受控 對象對象 反饋裝置反饋裝置 (測量元件測量元件)25v用用“”號代表比較裝置,號代表比較裝置,“”號代表兩者符號號代表兩者符
17、號相反。相反。v前向通路:前向通路:信號沿箭頭方向從輸入端到達輸出端信號沿箭頭方向從輸入端到達輸出端的傳輸通路稱;的傳輸通路稱;v主反饋通路:主反饋通路:系統(tǒng)輸出量經(jīng)測量裝置反饋到輸入系統(tǒng)輸出量經(jīng)測量裝置反饋到輸入端的傳輸通路稱。端的傳輸通路稱。v前向通路與主反饋通路共同構成前向通路與主反饋通路共同構成主回路主回路。v局部反饋通路以及由它構成的局部反饋通路以及由它構成的內(nèi)回路內(nèi)回路。 反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)的基本組成264. 4. 自動控制系統(tǒng)的控制方式自動控制系統(tǒng)的控制方式開環(huán)控制方式:開環(huán)控制方式:開環(huán)控制是指控制器與被控對開環(huán)控制是指控制器與被控對象之間只有順向作用而沒有反向
18、聯(lián)系的控制過象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。分為按給定控制的開環(huán)控制系統(tǒng)和按擾動程。分為按給定控制的開環(huán)控制系統(tǒng)和按擾動控制的開環(huán)控制系統(tǒng)控制的開環(huán)控制系統(tǒng)主要控制方式有主要控制方式有:開環(huán)控制、反饋控制和復合開環(huán)控制、反饋控制和復合控制控制27控制器被控制對象給定值輸出量按給定值控制的原理方框圖按給定控制的開環(huán)控制系統(tǒng)按給定控制的開環(huán)控制系統(tǒng)28功率功率放大放大SM負載負載+u0nua電動機電動機速度控制系統(tǒng)速度控制系統(tǒng)電動機電動機速度速度開環(huán)開環(huán)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(補充補充)29u信號由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定信號由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對應一定的輸出量。
19、值對應一定的輸出量。u系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。u對于工作過程中受到的擾動或特性參數(shù)的變化對于工作過程中受到的擾動或特性參數(shù)的變化無法自動補償。無法自動補償。 控制形式控制形式:30u輸出不影響輸入,對輸出不需要測量,容易輸出不影響輸入,對輸出不需要測量,容易實現(xiàn);實現(xiàn);u對構成系統(tǒng)的元部件精度要求高,只有元部對構成系統(tǒng)的元部件精度要求高,只有元部件精度高,系統(tǒng)的精度才能高;件精度高,系統(tǒng)的精度才能高;u系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問題系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問題u結構簡單,成本低廉,多用于系統(tǒng)結構參數(shù)結構簡單,成本低廉,多用于系統(tǒng)結構參數(shù)穩(wěn)定和擾動信
20、號較弱的場合穩(wěn)定和擾動信號較弱的場合主要特點主要特點:31擾動擾動輸出輸出量量控制器控制器被控制被控制對象對象測量裝置測量裝置按擾動補償按擾動補償?shù)脑矸娇驁D的原理方框圖按擾動控制的開環(huán)控制方式:按擾動控制的開環(huán)控制方式:32按擾動控制的速度控制系統(tǒng)按擾動控制的速度控制系統(tǒng)(P6)負載負載功率功率放大放大放大放大電壓電壓SM+u0nuaucubRi33 控制形式控制形式:利用對擾動信號的測量產(chǎn)生控制作:利用對擾動信號的測量產(chǎn)生控制作用,以補償擾動對輸出量的影響。由于擾動信號經(jīng)用,以補償擾動對輸出量的影響。由于擾動信號經(jīng)測量裝置,控制器至被控對象的輸出量是單向傳遞測量裝置,控制器至被控對象的輸出
21、量是單向傳遞的,故屬于開環(huán)控制方式。系統(tǒng)自身無法控制。的,故屬于開環(huán)控制方式。系統(tǒng)自身無法控制。 特點特點:對于不可測擾動以及被控對象及各功能:對于不可測擾動以及被控對象及各功能部件內(nèi)部參數(shù)變化給輸出量造成的影響不能控制,部件內(nèi)部參數(shù)變化給輸出量造成的影響不能控制,控制精度較低控制精度較低 應用應用:常用于工作機械的恒速控制(如穩(wěn)定刀:常用于工作機械的恒速控制(如穩(wěn)定刀具轉速)以及電源系統(tǒng)的穩(wěn)壓,穩(wěn)頻控制。具轉速)以及電源系統(tǒng)的穩(wěn)壓,穩(wěn)頻控制。34反饋控制方式:反饋控制方式:反饋:反饋:取出輸出量送回輸入端并與輸入信號相比取出輸出量送回輸入端并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程較產(chǎn)生偏差信號的
22、過程負反饋控制原理負反饋控制原理 :利用反饋產(chǎn)生偏差,并利利用反饋產(chǎn)生偏差,并利用偏差進行控制直至最后消除偏差用偏差進行控制直至最后消除偏差分類:分類:正反饋和負反饋正反饋和負反饋35輸輸入入量量輸出輸出量量反饋控制反饋控制典型方框圖典型方框圖控制器控制器被控制被控制對象對象擾動擾動反饋控制方式:反饋控制方式:測量裝置測量裝置36特點:特點:按偏差進行控制,輸出影響輸入,所以能按偏差進行控制,輸出影響輸入,所以能削弱或抑制干擾;低精度元件可組成高精度系統(tǒng);削弱或抑制干擾;低精度元件可組成高精度系統(tǒng);因為可能發(fā)生超調(diào),振蕩,所以穩(wěn)定性很重要因為可能發(fā)生超調(diào),振蕩,所以穩(wěn)定性很重要37閉環(huán)與開環(huán)控
23、制系統(tǒng)的比較閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較 v開環(huán)控制:開環(huán)控制:順向作用,沒有反向的聯(lián)系,沒有修正順向作用,沒有反向的聯(lián)系,沒有修正偏差能力,抗擾動性較差。結構簡單、調(diào)整方便、偏差能力,抗擾動性較差。結構簡單、調(diào)整方便、成本低。在精度要求不高或擾動影響較小的場合,成本低。在精度要求不高或擾動影響較小的場合,這種控制方式有一定的實用價值(步進電機,水泵,這種控制方式有一定的實用價值(步進電機,水泵,風扇)。風扇)。 v閉環(huán)控制:閉環(huán)控制:為偏差控制,可以抑制內(nèi)(系統(tǒng)參數(shù)變?yōu)槠羁刂?,可以抑制?nèi)(系統(tǒng)參數(shù)變化)、外擾動(負載變化)對被控制量產(chǎn)生的影響,化)、外擾動(負載變化)對被控制量產(chǎn)生的影響,因此
24、,控制精度高。但是結構復雜,成本高(價格因此,控制精度高。但是結構復雜,成本高(價格成倍增加);系統(tǒng)設計、分析麻煩。成倍增加);系統(tǒng)設計、分析麻煩。 38控制方式:控制方式:按偏差控制和按擾動控制相結合的一按偏差控制和按擾動控制相結合的一種控制方式種控制方式優(yōu)點:優(yōu)點:構成高精度控制系統(tǒng)的一種有效控制方式,構成高精度控制系統(tǒng)的一種有效控制方式, 使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。復合控制方式:復合控制方式:分類:分類:u按輸入前饋補償?shù)膹秃峡刂瓢摧斎肭梆佈a償?shù)膹秃峡刂苪按干擾前饋補償?shù)膹秃峡刂瓢锤蓴_前饋補償?shù)膹秃峡刂?9圖圖1.4 輸入補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)框圖輸入補償?shù)?/p>
25、復合控制系統(tǒng)框圖輸入量輸入量控制器控制器控制對象控制對象測量元件測量元件輸出量輸出量反饋回路反饋回路被控量被控量干擾量干擾量前饋補償前饋補償按輸入順饋補償?shù)膹秃峡刂品绞剑喊摧斎腠橉佈a償?shù)膹秃峡刂品绞剑?0圖圖1.3 干擾補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)框圖干擾補償?shù)膹秃峡刂葡到y(tǒng)框圖輸入量輸入量控制器控制器控制對象控制對象測量元件測量元件輸出量輸出量反饋回路反饋回路被控量被控量干擾量干擾量前饋補償前饋補償按擾動前饋補償?shù)膹秃峡刂品绞桨磾_動前饋補償?shù)膹秃峡刂品绞?1電動機速度電動機速度復合復合控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)(P7)+電壓電壓放大放大+u0nuaueutRi電壓電壓放大放大功率功率放大放大負載負載SMTG42按
26、擾動前饋補償?shù)膹秃峡刂品绞桨磾_動前饋補償?shù)膹秃峡刂品绞綄嵗龑嵗?電動機控制電動機控制電壓放大器電壓放大器電動機電動機擾動擾動Mc功率放大器功率放大器電壓放大器電壓放大器電阻電阻R測速發(fā)電機測速發(fā)電機輸入量輸入量輸出量輸出量43函數(shù)記錄儀原理示意圖函數(shù)記錄儀原理示意圖(P8)RQRWuLtur變換器變換器放大器放大器繩輪繩輪電機電機測速機測速機減速器減速器1.2 自動控制系統(tǒng)示例自動控制系統(tǒng)示例44函數(shù)記錄儀方塊圖(P8)451.2 自動控制系統(tǒng)示例自動控制系統(tǒng)示例飛機飛機自動駕駛儀系統(tǒng)自動駕駛儀系統(tǒng)46給給定定裝裝置置放放大大器器舵機舵機飛機飛機 反饋電反饋電位器位器 垂直垂直陀螺儀陀螺儀0擾
27、動擾動俯仰角控制系統(tǒng)方塊圖俯仰角控制系統(tǒng)方塊圖飛機方塊圖飛機方塊圖47電阻爐微型計算機溫度控制系統(tǒng)48鍋爐液位控制系統(tǒng)鍋爐液位控制系統(tǒng)49液位控制系統(tǒng)液位控制系統(tǒng)(P19)控制器控制器減速器減速器電動機電動機電位器電位器浮子浮子用水開關用水開關Q2Q1cifSM50倉庫大門終點開閉控制系統(tǒng)(P19)51發(fā)電機自動調(diào)壓系統(tǒng)發(fā)電機自動調(diào)壓系統(tǒng)(P20)SMGK負負載載uffi+fiG負負載載K+110V110VU521.3自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類u按控制方式分類按控制方式分類 開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復合控制開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復合控制u按系統(tǒng)性能分類按系統(tǒng)性能分類 線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)線
28、性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng) 定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng) 連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)53u按系統(tǒng)的功能分類按系統(tǒng)的功能分類 溫度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng) 壓力控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng) 、調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)54)()()()()()()()(1111011110trbtrdtdbtrdtdbtrdtdbtcatcdtdatcdtdatcdtdammmmmmnnnnnn 1.3.11.3.1線性連續(xù)系統(tǒng)線性連續(xù)系統(tǒng)式中式中c(t)-c(t)-系統(tǒng)輸出量系統(tǒng)輸出量r(t)-r(t)-是系統(tǒng)輸入量,是系統(tǒng)輸入量,系數(shù)是常數(shù)時,稱為系數(shù)是常數(shù)時,稱為定常系統(tǒng);定常系統(tǒng);系數(shù)
29、隨時間變化時,稱為系數(shù)隨時間變化時,稱為時變系統(tǒng)時變系統(tǒng)。55恒值控制系統(tǒng):也稱調(diào)節(jié)器。輸出量以一定的精度等于給定值,而給定值一般不變化或變化很緩慢,擾動可隨時變化的系統(tǒng)稱為恒值系統(tǒng),隨動系統(tǒng):這類系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)的給定值變化規(guī)律完全取決于事先不能確定的時間函數(shù)。輸出量能以一定精度跟隨給定值變化,又稱為跟蹤系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng):自動控制系統(tǒng)的參據(jù)量是按預定規(guī)律隨時間變化的函數(shù),被控制量要迅速、準確地加以復現(xiàn)。按輸入輸出分類按輸入輸出分類561.3.2線性定常離散控制系統(tǒng)線性定常離散控制系統(tǒng) 系統(tǒng)中只要有一個傳遞的信號是時間上斷續(xù)的信號,則稱為離散系統(tǒng)。計算機控制系統(tǒng)一定是離散系統(tǒng)。離散系統(tǒng)用差分
30、方程描述:。為輸入和輸出采樣序列)(),()()1()1()()()1()1()(110110kckrkrbkrbmkrbmkrbkcakcankcankcammnn57 古典控制理論中,采用的是單輸入單輸出描述方法。主要是針對線性定常系統(tǒng),對于非線性系統(tǒng)和時變系統(tǒng),解決問題的能力是極其有限的。非線性系統(tǒng):非線性系統(tǒng):如果不能應用疊加原理,則系統(tǒng)是非線性的。 下面是非線性系統(tǒng)的一些例子:0,0)1(,sin)(322222222xxdtdxdtxdxdtdxxdtxdtAxdtdxdtxd581.4對控制系統(tǒng)的一般要求 為了實現(xiàn)自動控制的基本任務,必須對系統(tǒng)在控制過程中表現(xiàn)出來的行為為了實現(xiàn)自動控制的基本
溫馨提示
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