自動控制原理-第一章-自動控制的一般概念

1、1-1 自動控制的任務 通常，在自動控制技術(shù)中，把工作的機器設備稱為被控對象，把表征這些機器設備工作狀態(tài)的物理參量稱為被控量，而對這些物理參量的要求值稱為給定值或希望值（或參考輸入）。則控制的任務可概括為：使被控對象的被控量等于給定值。返回子目錄返回子目錄下面通過具體例子來說明自動控制和自動控制系統(tǒng)下面通過具體例子來說明自動控制和自動控制系統(tǒng)的概念的概念控制器控制器氣動閥門氣動閥門流入流入Q1Q1浮子浮子水箱水箱流出流出 Q2Q2H H水位自動控制系統(tǒng)水位自動控制系統(tǒng)控制器控制器氣動閥門氣動閥門流入流入Q1Q1浮子浮子水箱水箱流出 Q2流出 Q2H H水位自動控制系統(tǒng)水位自動控制系統(tǒng)控制任務：

2、控制任務：維持水箱內(nèi)水位恒定；維持水箱內(nèi)水位恒定；控制裝置：控制裝置：氣動閥門、控制器；氣動閥門、控制器；受控對象：受控對象：水箱、供水系統(tǒng)；水箱、供水系統(tǒng)；被控量：被控量：水箱內(nèi)水位的高度；水箱內(nèi)水位的高度；控制器控制器氣動閥門氣動閥門流入流入Q1Q1浮子浮子水箱水箱流出 Q2流出 Q2H H水位自動控制系統(tǒng)水位自動控制系統(tǒng)給定值：給定值：控制器刻度盤指針標定控制器刻度盤指針標定的預定水位高度；的預定水位高度；測量裝置：測量裝置：浮子；浮子；比較裝置：比較裝置：控制器刻度盤；控制器刻度盤；干擾：干擾：水的流出量和流入量的水的流出量和流入量的變化都將破壞水位保持變化都將破壞水位保持恒定；恒定；

3、自動控制即沒有人直接參與的控制，其基本任務是：自動控制即沒有人直接參與的控制，其基本任務是：在無人直接參與的情況下，只利用控制裝置操縱被控在無人直接參與的情況下，只利用控制裝置操縱被控對象，使被控制量等于給定值。對象，使被控制量等于給定值。自動控制系統(tǒng)：指能夠完成自動控制任務的設備，一般由控制裝置控制裝置和被控對象被控對象組成。由此可見：由此可見：1-自動控制的基本方式被控量被控量比較比較執(zhí)行執(zhí)行測量測量被控對象被控對象實測值實測值干擾干擾測量測量給定值給定值H自動控制方框圖返回子目錄返回子目錄H在上圖中，除被控對象外的其余部分統(tǒng)稱為控制裝置，它必須具備以下三種職能部件。u測量元件：用以測量被

4、控量或干擾量。u比較元件：將被控量與給定值進行比較。u執(zhí)行元件：根據(jù)比較后的偏差，產(chǎn)生執(zhí)行作用，去操縱被控對象參與控制的信號來自三條通道，即給定值、干擾量、被控量。 開環(huán)控制開環(huán)控制按給定值操縱的開環(huán)控制按給定值操縱的開環(huán)控制按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制 按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制 復合控制復合控制下面根據(jù)不同的信號源來分析自動控制的幾種基本控制方式下面根據(jù)不同的信號源來分析自動控制的幾種基本控制方式一、按給定值操縱的開環(huán)控制一、按給定值操縱的開環(huán)控制計算計算執(zhí)行執(zhí)行受控對象受控對象給定值給定值干擾干擾被控量被控量按給定值操縱的開環(huán)控制系統(tǒng)原理方框圖按給定值操縱的開環(huán)

5、控制系統(tǒng)原理方框圖開開環(huán)控制系統(tǒng)的輸出端與輸入端之間不存在反饋回路，輸出量對系統(tǒng)的控制作用沒有影響。爐溫控制系統(tǒng)爐溫控制系統(tǒng)原理方框圖定時開關(guān)爐子電阻絲0T給定爐溫T實際爐溫按給定值操縱的開環(huán)控制按給定值操縱的開環(huán)控制特點：特點：控制裝置只按給定值來控制受控對象控制裝置只按給定值來控制受控對象優(yōu)點：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，相對來說成本低。優(yōu)點：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，相對來說成本低。缺點：缺點：對可能出現(xiàn)的被控量偏離給定值的偏差沒有任何修正能力，抗干擾能力差，控制精度不高。二、按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制q定義：利用干擾信號產(chǎn)生控制作用，以及時定義：利用干擾信號產(chǎn)生控制作用，以及時補償干擾對被控量的直接影響。補償

6、干擾對被控量的直接影響。計算計算測量測量受控對象受控對象執(zhí)行執(zhí)行干擾干擾被控量被控量特點特點：只能對可測干擾進行補償，對不可測干擾以及受控對：只能對可測干擾進行補償，對不可測干擾以及受控對象、各功能部件內(nèi)部參數(shù)變化對被控量的影響，系統(tǒng)自身無象、各功能部件內(nèi)部參數(shù)變化對被控量的影響，系統(tǒng)自身無法控制。法控制。適用于：存在強干擾且變化比較劇烈的場合。適用于：存在強干擾且變化比較劇烈的場合。水位高度控制系統(tǒng)原理圖水位高度控制系統(tǒng)原理方框圖三、按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制q 特點：通過計算被控量和給定值的差值來控制被控對象。特點：通過計算被控量和給定值的差值來控制被控對象。q優(yōu)點：可以自動調(diào)節(jié)由于干擾和內(nèi)部參

7、數(shù)的變化優(yōu)點：可以自動調(diào)節(jié)由于干擾和內(nèi)部參數(shù)的變化 而引起的變動。而引起的變動。計算比較計算比較給定值給定值E執(zhí)行執(zhí)行被控對象被控對象干擾干擾被控量被控量測量測量按偏差調(diào)節(jié)的系統(tǒng)原理方框圖按偏差調(diào)節(jié)的系統(tǒng)原理方框圖如上圖所示，反饋回來的信號與給定值如上圖所示，反饋回來的信號與給定值相減，即根據(jù)偏差進行控制，稱為負反相減，即根據(jù)偏差進行控制，稱為負反饋，反之稱為正反饋。饋，反之稱為正反饋。這種控制方式控制精度較高，因為無論是干擾的作用，這種控制方式控制精度較高，因為無論是干擾的作用，還是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，只要被控量偏離給定值，還是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化，只要被控量偏離給定值，系統(tǒng)就會自行糾偏。但是

8、閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)如果匹系統(tǒng)就會自行糾偏。但是閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)如果匹配得不好，會造成被控量的較大擺動，甚至系統(tǒng)無法配得不好，會造成被控量的較大擺動，甚至系統(tǒng)無法正常工作。正常工作。飛機自動駕駛系統(tǒng)原理圖控制任務控制任務：系統(tǒng)在任何擾動作用下，保持飛機俯仰角不變。被控對象被控對象：飛機。被控量被控量：飛機的俯仰角 。 俯仰角控制系統(tǒng)原理方框圖四、復合控制復合控制就是開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制。實質(zhì)復合控制就是開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制。實質(zhì)上，它是在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附加了一個輸入信號或上，它是在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附加了一個輸入信號或擾動作用的順饋通路，來提高系統(tǒng)的控制

9、精度。擾動作用的順饋通路，來提高系統(tǒng)的控制精度?？刂蒲b置被控對象 CR補償裝置a.按輸入作用補償b.按擾動作用補償n控制裝置被控對象 CR補償裝置1-對控制系統(tǒng)的性能要求 定義：通常將系統(tǒng)受到給定值或干擾信號作用后，定義：通常將系統(tǒng)受到給定值或干擾信號作用后，控制被控量變化的全過程稱為系統(tǒng)的動態(tài)過程?？刂票豢亓孔兓娜^程稱為系統(tǒng)的動態(tài)過程。工程上常從穩(wěn)、快、準三個方面來評價控制系統(tǒng)。工程上常從穩(wěn)、快、準三個方面來評價控制系統(tǒng)。 穩(wěn)：穩(wěn)： 指動態(tài)過程的平穩(wěn)性。指動態(tài)過程的平穩(wěn)性。 快：快： 指動態(tài)過程的快速性。指動態(tài)過程的快速性。 準：準： 指動態(tài)過程的最終精度。指動態(tài)過程的最終精度。返回子目

10、錄返回子目錄穩(wěn)：穩(wěn)： 指動態(tài)過程的平穩(wěn)性指動態(tài)過程的平穩(wěn)性控制系統(tǒng)動態(tài)過程曲線如上圖所示，系統(tǒng)在外力作用下，輸出逐漸與期望值一致，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的，如曲線所示；反之，輸出如曲線所示，則系統(tǒng)是不穩(wěn)定的?？欤嚎欤?指動態(tài)過程的快速性指動態(tài)過程的快速性快速性即動態(tài)過程進行的時間的長短。過程時間越短，說明系統(tǒng)快速性越好，反之說明系統(tǒng)響應遲鈍，如曲線所示。穩(wěn)和快反映了系統(tǒng)動態(tài)過程性能的好壞。既快又穩(wěn)，表明系統(tǒng)穩(wěn)和快反映了系統(tǒng)動態(tài)過程性能的好壞。既快又穩(wěn)，表明系統(tǒng)的動態(tài)精度高。的動態(tài)精度高。精品課件精品課件！精品課件精品課件！準：準： 指系統(tǒng)在動態(tài)過程結(jié)束后，其被控量（或反饋量）指系統(tǒng)在動態(tài)過程結(jié)束后，其被控量（或反饋量）與給定值的偏差，這一偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差，是衡量穩(wěn)態(tài)與給定值的偏差，這一偏差稱為穩(wěn)態(tài)誤差，是衡量穩(wěn)態(tài)精度的指標，反映了系統(tǒng)后期