自動控制系統(tǒng)的基本認識分解教學內容

1、自動控制系統(tǒng)的基本認識分解導彈的準確擊中目標，導彈的準確擊中目標，雷達系統(tǒng)的準確跟蹤目標；雷達系統(tǒng)的準確跟蹤目標； 安全、快捷、舒適、準點鋼鐵生產鋼鐵生產數(shù)控機床數(shù)控機床加工生產線加工生產線自動碼垛機器人自動碼垛機器人自動包裝機器人自動包裝機器人 電扇：控制轉速 電冰箱、空調、電飯煲：控制溫度 洗衣機：控制水位、強弱、時間等通信通信電梯電梯供水供水通風通風空調空調安防安防抄表抄表拉提琴拉提琴靈巧手靈巧手排排 爆爆步行步行吹笛吹笛足球比賽足球比賽 軍事工業(yè) 航空航天 制造業(yè) 機器人 流程工業(yè) 電子工業(yè) 家用電器 交通系統(tǒng)，樓宇系統(tǒng)，經(jīng)濟系統(tǒng)，社會系統(tǒng) 控制的本意：為了達到某種目的對事物進控制的本

2、意：為了達到某種目的對事物進行支配、管束、管制、管理、監(jiān)督、鎮(zhèn)壓。行支配、管束、管制、管理、監(jiān)督、鎮(zhèn)壓。 自動控制：在沒有人直接參與的情況下，自動控制：在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置（控制裝置或控制利用外加的設備或裝置（控制裝置或控制器），使機器、設備或生產過程（被控對器），使機器、設備或生產過程（被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動地按照預定的規(guī)律運行。動地按照預定的規(guī)律運行。引引 言言 自動控制學科由自動控制技術和自動控自動控制學科由自動控制技術和自動控制理論兩部分組成。制理論兩部分組成。 近幾十年來，自動控制技術正在迅猛的發(fā)近幾

3、十年來，自動控制技術正在迅猛的發(fā)展，并在工農業(yè)生產、交通運輸、國防建展，并在工農業(yè)生產、交通運輸、國防建1.2.1 人工控制控制系統(tǒng)可以由人工控制，也可以采用自動控制。控制系統(tǒng)可以由人工控制，也可以采用自動控制。進進水水水水池池要要求求水水位位實實際際水水位位出出水水圖圖11 水位人工控制原理圖水位人工控制原理圖如圖如圖11所示，所示， 水位保持系統(tǒng)。水位保持系統(tǒng)。1. 2 人工控制和自動控制第一章第一章 自動控制概論自動控制概論若要求在出水量隨意的條件下，保持水位高度不變：若要求在出水量隨意的條件下，保持水位高度不變：操作人員需先測實際水位，并在腦子中與要求的水位進操作人員需先測實際水位，并

4、在腦子中與要求的水位進行比較。若低于要求的水位，則需開大進水閥門。否則行比較。若低于要求的水位，則需開大進水閥門。否則應關小進水閥門。若兩者正好相等，則進水閥門不動。應關小進水閥門。若兩者正好相等，則進水閥門不動。人工控制人工控制第一章第一章 自動控制概論自動控制概論根據(jù)系統(tǒng)原理圖可畫出其方框圖如圖12所示。 要要求求水水位位執(zhí)執(zhí)行行水水池池實實際際水水位位出出水水量量測測量量 比比較較、計計算算圖圖12 水位人工控制系統(tǒng)方框圖水位人工控制系統(tǒng)方框圖人工控制人工控制第一章第一章 自動控制概論自動控制概論2、自動控制： 該水池若改為由自動控制裝置代替操作人員：由 浮子測出實際水位，與要求的水位比

5、較。然后得出偏 差再由調節(jié)元件根據(jù)偏差的大小和正負產生控制信號。 最后由執(zhí)行元件根據(jù)信號產生控制作用。如圖1-3所示。進進水水浮浮子子實實際際水水位位出出水水 + +- -連連桿桿電電機機M M圖圖13 水位自動控制系統(tǒng)原理圖水位自動控制系統(tǒng)原理圖第一章第一章 自動控制概論自動控制概論 在此：浮子測水位，由連桿和電位器進行比較：浮子低則電位器上得到正電壓，經(jīng)放大后使電機向進水閥門開大的方向旋轉；反之，當浮子高時，電位器上得到負電壓，電機向閥門關小的方向旋轉；若水位正好，則電位器上電壓為零，電機不轉，閥門不動。要求水位電電機機閥閥門門水水池池出出水水量量實實際際水水位位浮浮子子 電位器連桿比較圖

6、圖14水位自動控制系統(tǒng)方框圖水位自動控制系統(tǒng)方框圖自動控制自動控制第一章第一章 自動控制概論自動控制概論 由于存在輸出量反饋，上述系統(tǒng)能在存在無由于存在輸出量反饋，上述系統(tǒng)能在存在無法預計擾動的情況下，自動減少系統(tǒng)的輸出法預計擾動的情況下，自動減少系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（或者任意變化的希望的狀量與參考輸入量（或者任意變化的希望的狀態(tài)）之間的偏差，故稱之為反饋控制。態(tài)）之間的偏差，故稱之為反饋控制。 顯然：顯然： 反饋控制建立在偏差基礎上，其控制反饋控制建立在偏差基礎上，其控制方式是方式是“檢測偏差再糾正偏差檢測偏差再糾正偏差”。在控制系統(tǒng)中，如果返回的信息的作用是抵消在控制系統(tǒng)中，如果返回的

7、信息的作用是抵消輸入信息，稱為輸入信息，稱為負反饋負反饋，負反饋可以使系統(tǒng)，負反饋可以使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定；趨于穩(wěn)定；若其作用是增強輸入信息，則稱為正反饋，正若其作用是增強輸入信息，則稱為正反饋，正反饋可以使信號得到加強。反饋可以使信號得到加強。 按其發(fā)展的不同階段，可把自動控制理論分為按其發(fā)展的不同階段，可把自動控制理論分為經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論和和現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論兩大部分。兩大部分。 經(jīng)典控制理論也就是自動控制原理，是經(jīng)典控制理論也就是自動控制原理，是2020世紀世紀4040年代到年代到5050年代形成的一門獨立學科年代形成的一門獨立學科。自動控制理論的發(fā)展概況自動控制理論的發(fā)展概況經(jīng)

8、典控制理論 以傳遞函數(shù)為基礎研究單輸入-單輸出一類定?？刂葡到y(tǒng)的分析與設計問題。這些理論由于其發(fā)展較早，現(xiàn)已臻成熟。現(xiàn)代控制理論 以狀態(tài)空間法為基礎，研究多輸入-多輸出、時變、非線性一類控制系統(tǒng)的分析與設計問題。系統(tǒng)具有高精度和高效能的特點。自動控制理論經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論非線性控制系統(tǒng)非線性控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)線性控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)連續(xù)控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)離散控制系統(tǒng)現(xiàn)代控制（現(xiàn)代控制（1950-Now ） 美國美國MIT 的的Servomechanism Laboratory 研研制出第一臺數(shù)控機床制出第一臺數(shù)控機床(1952)； 美國美國George Dev

9、ol研制出第一臺工業(yè)機器人研制出第一臺工業(yè)機器人樣機樣機(1954) ，兩年后，被稱為機器人之父的，兩年后，被稱為機器人之父的Joseph Engelberger（約瑟夫（約瑟夫恩格伯格恩格伯格 ）創(chuàng)立了第一家機器人公司：創(chuàng)立了第一家機器人公司：Unimation； 美國的美國的M. E. Merchant 提出計算機集成制造提出計算機集成制造的概念的概念(1969)； 日本日本Fanuc 公司研制出由加工中心和工業(yè)機公司研制出由加工中心和工業(yè)機器人組成的柔性制造單元器人組成的柔性制造單元(1976)； 中國批準中國批準 863高技術計劃，包括自動化領域高技術計劃，包括自動化領域的計算機集成制

10、造系統(tǒng)和智能機器人兩個主的計算機集成制造系統(tǒng)和智能機器人兩個主題題 (1986)。日本安川公司娛樂機械狗日本安川公司娛樂機械狗 (2001)；日本SONY公司二足步行機械人SDR-4X(2002)；1. 3 自動控制的基本方式一、一、開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)控制系統(tǒng)：定義：定義：開環(huán)控制開環(huán)控制控制器與被控對象之間只控制器與被控對象之間只 有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。特點：被控量對系統(tǒng)的控制作用不產生影響，特點：被控量對系統(tǒng)的控制作用不產生影響， 需要控制的是需要控制的是c(t)，而測量的只是，而測量的只是r(t).第一章第一章 自動控制概論自動控制概論+

11、 + +u ug g- -U Ua a功功放放n n負負載載u ug gu ua an n電電動動機機功功放放圖圖17 開環(huán)直流調速系統(tǒng)開環(huán)直流調速系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)（續(xù)）開環(huán)控制系統(tǒng)（續(xù)）1. 例如：直流電機開環(huán)調速系統(tǒng)如圖例如：直流電機開環(huán)調速系統(tǒng)如圖17所示。所示。第一章第一章 自動控制概論自動控制概論 給定電壓放大后得到電樞電壓給定電壓放大后得到電樞電壓ua，從而控制，從而控制轉速轉速n。 改變改變ugua改變改變n改變，改變，ug與與n一一對一一對應。但是，當負載變化時（干擾量），會使應。但是，當負載變化時（干擾量），會使n改改變，即使變，即使ug不變，不變，n 也改變。也改變。ua（

12、ug）與）與n的關的關系不精確，抗擾動能力差，系統(tǒng)控制精度難以保系不精確，抗擾動能力差，系統(tǒng)控制精度難以保證，應用少。證，應用少。開環(huán)控制系統(tǒng)（續(xù)）開環(huán)控制系統(tǒng)（續(xù)）第一章第一章 自動控制概論自動控制概論水位高度控制系統(tǒng)原理圖水位高度控制系統(tǒng)原理方框圖例例: 電子門鈴的開環(huán)電子控制系統(tǒng)電子門鈴的開環(huán)電子控制系統(tǒng) 用手按動按鈕開關用手按動按鈕開關, ,輸入一個觸發(fā)信號輸入一個觸發(fā)信號 音樂集成電路經(jīng)過觸發(fā)后工作音樂集成電路經(jīng)過觸發(fā)后工作, ,產產生一組載有生一組載有”音樂音樂”的電信號的電信號. . 揚聲器將電信號轉變?yōu)橐魳仿晸P聲器將電信號轉變?yōu)橐魳仿? . 輸出的音樂聲的變化對系統(tǒng)的控制狀輸出

13、的音樂聲的變化對系統(tǒng)的控制狀態(tài)并不產生影響態(tài)并不產生影響, ,即不存在反饋即不存在反饋. . 輸入輸入: : 控制控制( (處理處理): ): 輸出輸出: : 特點特點: :二、閉環(huán)控制系統(tǒng)二、閉環(huán)控制系統(tǒng)：定義：定義：閉環(huán)控制閉環(huán)控制被控量與給定值比較后用被控量與給定值比較后用其偏差對系統(tǒng)進行控制。亦稱反饋控制。其偏差對系統(tǒng)進行控制。亦稱反饋控制。特點：不論什么原因使被控量偏離期望值而出特點：不論什么原因使被控量偏離期望值而出現(xiàn)偏差時，必定會產生一個相應的控制作用去現(xiàn)偏差時，必定會產生一個相應的控制作用去減小或消除這個偏差，使被控量與期望值趨于減小或消除這個偏差，使被控量與期望值趨于一致。需

14、要控制的是一致。需要控制的是c(t)、而測量的是、而測量的是c(t)對對r(t)的偏差。只要的偏差。只要c(t)出現(xiàn)偏差，系統(tǒng)就自行糾正。出現(xiàn)偏差，系統(tǒng)就自行糾正。3. 例如：直流電機閉環(huán)調速系統(tǒng)如圖例如：直流電機閉環(huán)調速系統(tǒng)如圖18所示。所示。第一章第一章 自動控制概論自動控制概論+ + + + +- -+ +- -T TG GMMu ug gu uu u1 1u ua a- -n nu un n= =n n電電壓壓放放大大功功率率放放大大負負載載u ug gu uu u1 1u ua an nu un n- -電電壓壓放放大大測測速速機機電電機機功功率率放放大大圖圖18 閉環(huán)直流調速系統(tǒng)閉

15、環(huán)直流調速系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)（續(xù)）閉環(huán)控制系統(tǒng)（續(xù)）第一章第一章 自動控制概論自動控制概論 負載負載TL(TeTL)nunuu1ua n 或溫度或溫度TRaEnunuu1ua n系統(tǒng)精度高、抗干擾能力強、應用廣泛。系統(tǒng)精度高、抗干擾能力強、應用廣泛。閉環(huán)控制系統(tǒng)（續(xù)）閉環(huán)控制系統(tǒng)（續(xù)）第一章第一章 自動控制概論自動控制概論家用電冰箱的結構和制冷原理圖家用電冰箱的結構和制冷原理圖 組成：壓縮機、冷卻器和散熱器，它們之間用一根管道相連。組成：壓縮機、冷卻器和散熱器，它們之間用一根管道相連。 管道里裝有一種沸點很低的制冷劑。壓縮機在管道的底部，它使管道里裝有一種沸點很低的制冷劑。壓縮機在管道的底部，它

16、使制冷劑不斷地在管道里循環(huán)。制冷劑流動到狹窄的毛細管時，受制冷劑不斷地在管道里循環(huán)。制冷劑流動到狹窄的毛細管時，受到強大壓力，由氣態(tài)變成液態(tài)，通過散熱器對外放出熱量。當制到強大壓力，由氣態(tài)變成液態(tài)，通過散熱器對外放出熱量。當制冷劑通過較粗的管道組成的冷卻器時，由于壓力突然降低，制冷冷劑通過較粗的管道組成的冷卻器時，由于壓力突然降低，制冷劑由液態(tài)立即變?yōu)闅鈶B(tài)，從而吸收電冰箱內的熱量，使電冰箱內劑由液態(tài)立即變?yōu)闅鈶B(tài)，從而吸收電冰箱內的熱量，使電冰箱內的溫度降低，達到制冷的效果。的溫度降低，達到制冷的效果。 根據(jù)開環(huán)電子控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別進行分析、根據(jù)開環(huán)電子控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)的區(qū)別進

17、行分析、判斷，在你認為正確的表格中打判斷，在你認為正確的表格中打開環(huán)電子開環(huán)電子控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)閉環(huán)電子閉環(huán)電子控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)電子表電子表電取暖系統(tǒng)電取暖系統(tǒng)空調空調半自動洗衣機半自動洗衣機可調亮度的臺燈可調亮度的臺燈自動洗衣機自動洗衣機電熱水器飛機自動駕駛系統(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 把輸出量直接或間接地反饋到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)，參與系統(tǒng)的輸入端，形成閉環(huán)，參與控制，這種系統(tǒng)叫控制，這種系統(tǒng)叫閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)。實際的閉環(huán)控制系統(tǒng)，都

18、實際的閉環(huán)控制系統(tǒng)，都是以負反饋的形式出現(xiàn)是以負反饋的形式出現(xiàn)如下圖所示系統(tǒng)如下圖所示系統(tǒng)爐溫控制系統(tǒng)：爐溫控制系統(tǒng)：串 聯(lián) 校 正放 大執(zhí) 行受 控 對 象反 饋 校 正測 量輸入量輸入量輸出量輸出量圖圖16 自動控制系統(tǒng)的組成自動控制系統(tǒng)的組成 自動控制的任務自動控制的任務利用控制器操縱受控對象，使其利用控制器操縱受控對象，使其被控量按技術要求變化。若被控量按技術要求變化。若r(t)給定量，給定量，c(t)被被控量，則自控的任務之數(shù)學表達式為：使被控量滿控量，則自控的任務之數(shù)學表達式為：使被控量滿足足c(t) r(t)。自控系統(tǒng)的組成如。自控系統(tǒng)的組成如1-6圖所示。圖所示。1.4 自動控

19、制系統(tǒng)的基本組成自動控制系統(tǒng)的基本組成第一章第一章 自動控制概論自動控制概論給定元件：其職能是給出與期望的被控量相對給定元件：其職能是給出與期望的被控量相對 應的系統(tǒng)輸入量。一般為電位器。應的系統(tǒng)輸入量。一般為電位器。比較元件：其職能是把測量到的被控量實際值比較元件：其職能是把測量到的被控量實際值 與給定元件給出的輸入量進行比較，求出他們與給定元件給出的輸入量進行比較，求出他們 之間的偏差。常用的有差動放大器、機械差動之間的偏差。常用的有差動放大器、機械差動 裝置、電橋電路、計算機等。裝置、電橋電路、計算機等。測量測量(反饋反饋)元件：其職能是檢測被控制量的物理量。元件：其職能是檢測被控制量的

20、物理量。 如測速機、熱電偶、自整角機、電位器、旋轉如測速機、熱電偶、自整角機、電位器、旋轉 變壓器、浮子等。變壓器、浮子等。基本組成（續(xù)）基本組成（續(xù)）第一章第一章 自動控制概論自動控制概論放大元件：其職能是將比較元件給出的偏差放大元件：其職能是將比較元件給出的偏差 信號進行放大，用來推動執(zhí)行元件去控制受信號進行放大，用來推動執(zhí)行元件去控制受 控對象。如：晶體管、集成電路、晶閘管等控對象。如：晶體管、集成電路、晶閘管等 組成的電壓、功率放大器。組成的電壓、功率放大器。執(zhí)行元件：其職能是直接推動受控對象，使執(zhí)行元件：其職能是直接推動受控對象，使 其被控量發(fā)生變化。如：閥門、電機、液壓其被控量發(fā)生

21、變化。如：閥門、電機、液壓 馬達等。馬達等?；窘M成（續(xù)）基本組成（續(xù)）第一章第一章 自動控制概論自動控制概論自控系統(tǒng)的特點：自控系統(tǒng)的特點：從信號傳送看：從信號傳送看：c(t)經(jīng)測量后回到輸入端，構成經(jīng)測量后回到輸入端，構成閉環(huán)，具有反饋形式，且為負反饋。閉環(huán)，具有反饋形式，且為負反饋。從控制作用的產生看：由偏差產生的控制作用使從控制作用的產生看：由偏差產生的控制作用使系統(tǒng)沿減小或消除偏差的方向運動系統(tǒng)沿減小或消除偏差的方向運動偏差控制。偏差控制。校正元件：也叫補償元件，它是結構或參數(shù)便于校正元件：也叫補償元件，它是結構或參數(shù)便于 調整的元件。用串聯(lián)或并聯(lián)（反饋）的方式連接調整的元件。用串聯(lián)

22、或并聯(lián)（反饋）的方式連接 于系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)的性能。如：電阻、電容于系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)的性能。如：電阻、電容 組成的無源或有源網(wǎng)絡，還有計算機。組成的無源或有源網(wǎng)絡，還有計算機?；窘M成（續(xù)）基本組成（續(xù)）第一章第一章 自動控制概論自動控制概論自動控制系統(tǒng)的常用術語自動控制系統(tǒng)的常用術語二、常用術語及符號二、常用術語及符號 1 1）輸入量（指令）輸入量（指令）v(t)v(t)來自反饋系統(tǒng)之外的對系統(tǒng)所施來自反饋系統(tǒng)之外的對系統(tǒng)所施加的控制作用。加的控制作用。 2 2）參考輸入）參考輸入r(t)r(t)輸入元件的輸出，它是系統(tǒng)的實際輸入輸入元件的輸出，它是系統(tǒng)的實際輸入量。量。上一頁上一頁 下

23、一頁下一頁自動控制系統(tǒng)的組成及常用術語自動控制系統(tǒng)的組成及常用術語 3 3）輸出量（被控制量）輸出量（被控制量）y(t)y(t)被控對象中要求按一定規(guī)被控對象中要求按一定規(guī)律律變化的物理量，它與輸入量之間保持一定的函數(shù)關系。變化的物理量，它與輸入量之間保持一定的函數(shù)關系。 4 4）主反饋信號）主反饋信號b(t)b(t)反饋元件的輸出。反饋元件的輸出。 5 5）偏差信號）偏差信號e1(t)e1(t)比較元件的輸出，它等于參考輸入與比較元件的輸出，它等于參考輸入與主反饋信號之差。主反饋信號之差。 6 6）擾動）擾動n(t)n(t)不需要的而又影響系統(tǒng)輸出的物理量。它不需要的而又影響系統(tǒng)輸出的物理量

24、。它可可來自系統(tǒng)之外，也可來自系統(tǒng)內部。來自系統(tǒng)之外，也可來自系統(tǒng)內部。 7 7）誤差）誤差e(t)e(t)希望的或要求的輸出量與實際的輸出量之希望的或要求的輸出量與實際的輸出量之差。差。上一頁上一頁 返回返回如水位自動控制系統(tǒng)：如水位自動控制系統(tǒng)：進進 水水浮浮 子子實實際際水水位位出出 水水 + +- -連連桿桿電電 機機M M圖圖13 水位自動控制系統(tǒng)原理圖水位自動控制系統(tǒng)原理圖干擾干擾信號信號 測量測量元件元件 輸出量輸出量 受控對象受控對象 比較元件比較元件 第一章第一章 自動控制概論自動控制概論圖圖15 自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)給定量給定量控制器控制器被控量被控量干擾量干擾量自控系

25、統(tǒng)自控系統(tǒng)受控對象受控對象第一章第一章 自動控制概論自動控制概論二、控制系統(tǒng)的傳遞方框圖上例中，將系統(tǒng)按基本組成部分分解：水槽注水閥減速器電動機放大器電位器浮子輸入輸出給定信號被控量測量信號F被控對象擾動信號偏差信號執(zhí)行機構二、控制系統(tǒng)的傳遞方框圖 測量信號給定信號被調參數(shù)調節(jié)器執(zhí)行機構對象檢測儀表擾動信號閉環(huán)控制系統(tǒng)結構圖閉環(huán)控制系統(tǒng)結構圖二、控制系統(tǒng)的傳遞方框圖 1.給定環(huán)節(jié) 2.比較環(huán)節(jié) 3.校正環(huán)節(jié) 4.放大環(huán)節(jié) 5.執(zhí)行機構 6.控制對象 7.檢測裝置 控制系統(tǒng)結構框圖1275634輸入輸出該圖經(jīng)常作為描述分析系統(tǒng)的工具應重點掌握。二、控制系統(tǒng)的傳遞方框圖二、控制系統(tǒng)的傳遞方框圖 將

26、偏差信號轉換成適合于執(zhí)行器工作的信號(功放,SCR)。注意注意: 2、3、4合為一體控制器(裝置)。 直接作用于控制對象（調節(jié)機構、傳動裝置、電機） 要控制的機器,設備,或生產過程(水槽控制量水位；爐體爐溫；軋輥輥速壓下量.)。 測量控制量并轉換成與給定量同物理量信號，要求：精度高、反映靈敏、性能穩(wěn)定的傳感器(測速發(fā)電機、熱電偶、自整角機)。主反饋：主反饋：輸出量引回到輸入端的反饋為主反饋。局部反饋：局部反饋：在正向通道里，后面環(huán)節(jié)的輸出對前面環(huán)節(jié)的返回影響稱為局部反饋。1275634輸入輸出8注意：注意：二、控制系統(tǒng)的傳遞方框圖例 1 爐溫控制系統(tǒng) 爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控

27、制系統(tǒng)方框圖1. 5 自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類1.5.1 從信號傳送的特點或系統(tǒng)結構特點分類從信號傳送的特點或系統(tǒng)結構特點分類 可以將控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉可以將控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉 環(huán)控制系統(tǒng)和復合控制系統(tǒng)三大類，前環(huán)控制系統(tǒng)和復合控制系統(tǒng)三大類，前 已述及，故不贅述。已述及，故不贅述。第一章第一章 自動控制概論自動控制概論可分為線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng)可分為線性控制系統(tǒng)和非線性控制系統(tǒng) 線性系統(tǒng)的數(shù)學描述：線性系統(tǒng)的數(shù)學描述： 線性函數(shù)，如線性微分方程、線性差分方程、線性函數(shù)，如線性微分方程、線性差分方程、 線性代數(shù)方程。線性系統(tǒng)具有齊次性和疊加線性代數(shù)方程。

28、線性系統(tǒng)具有齊次性和疊加 性，其優(yōu)點是數(shù)學處理簡便，理論體系完整。性，其優(yōu)點是數(shù)學處理簡便，理論體系完整。 非線性控制系統(tǒng)：非線性控制系統(tǒng)： 用非線性方程描述的系統(tǒng)，不滿足疊加原理。用非線性方程描述的系統(tǒng)，不滿足疊加原理。1.5.3 按數(shù)學描述分類按數(shù)學描述分類第一章第一章 自動控制概論自動控制概論1.5.4 按時間信號的性質分類按時間信號的性質分類可分為連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)：可分為連續(xù)控制系統(tǒng)和離散控制系統(tǒng)： 連續(xù)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中各變量均對時間連續(xù)。連續(xù)控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中各變量均對時間連續(xù)。離散控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中一處或幾處的變量為離離散控制系統(tǒng)：系統(tǒng)中一處或幾處的變量為離 散信號，如計算機

29、控制系統(tǒng)或采樣控制系統(tǒng)。散信號，如計算機控制系統(tǒng)或采樣控制系統(tǒng)。0t t連續(xù)信號連續(xù)信號0t t離散信號離散信號第一章第一章 自動控制概論自動控制概論 定常系統(tǒng)：定常系統(tǒng)： 系統(tǒng)的參數(shù)不隨時間變化的系統(tǒng)。描述其系統(tǒng)的參數(shù)不隨時間變化的系統(tǒng)。描述其 動態(tài)特性的微分方程或差分方程的系數(shù)為動態(tài)特性的微分方程或差分方程的系數(shù)為 常數(shù)。常數(shù)。 時變系統(tǒng)：時變系統(tǒng)： 系統(tǒng)的參數(shù)隨時間而變化。描述其動態(tài)特性系統(tǒng)的參數(shù)隨時間而變化。描述其動態(tài)特性 的微分方程或差分方程的系數(shù)不為常數(shù)。的微分方程或差分方程的系數(shù)不為常數(shù)。 可分為定常系統(tǒng)與時變系統(tǒng)可分為定常系統(tǒng)與時變系統(tǒng)1.5.5 按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化分類按

30、系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化分類第一章第一章 自動控制概論自動控制概論1.6 應用舉例應用舉例第一章第一章 自動控制概論自動控制概論1.6 應用舉例應用舉例第一章第一章 自動控制概論自動控制概論例1-1 烘烤爐溫度控制系統(tǒng) 放大器混合器放大器煤氣空氣電動機熱電偶工件 uruauuTT控制閥受控對象？被控量？給定裝置？干擾？ 測量元件？執(zhí)行機構？受控對象烘烤爐；被控量爐溫；給定裝置電位器；干擾加熱工件、煤氣壓力波動、環(huán)境溫度 、電源電壓等 ； 測量元件熱電偶；執(zhí)行機構可逆電動機TuuuTaTTuuuTaT靜態(tài)u=0；動態(tài)u0。工件增多（負載增大）工件減少（負載減?。┓糯笃麟妱訖C烘爐熱電偶給定值被控量工

31、件環(huán)境溫度 uruT圖1-10烘爐溫度控制系統(tǒng)方框圖放大器uauT 系統(tǒng)的工作原理： 系統(tǒng)有各種各樣，對每個系統(tǒng)也都有不同的特殊系統(tǒng)有各種各樣，對每個系統(tǒng)也都有不同的特殊要求，但對于各類系統(tǒng)來說，在已知系統(tǒng)的結構和參要求，但對于各類系統(tǒng)來說，在已知系統(tǒng)的結構和參數(shù)時，研究的和感興趣的卻是系統(tǒng)在某種典型輸入信數(shù)時，研究的和感興趣的卻是系統(tǒng)在某種典型輸入信號下，其被控量變化的全過程。也就是說，研究的內號下，其被控量變化的全過程。也就是說，研究的內容和方法都是相同或相似的，如：恒值系統(tǒng)研究擾動容和方法都是相同或相似的，如：恒值系統(tǒng)研究擾動作用引起被控量變化的全過程；隨動系統(tǒng)研究被控量作用引起被控量變

32、化的全過程；隨動系統(tǒng)研究被控量如何克服擾動影響并跟隨給定量的變化過程。所以對如何克服擾動影響并跟隨給定量的變化過程。所以對于各種控制系統(tǒng)的要求可歸納為：于各種控制系統(tǒng)的要求可歸納為：系統(tǒng)的系統(tǒng)的c(t)必須迅速、必須迅速、準確的按輸入量的變化而變化，克服擾動影響。準確的按輸入量的變化而變化，克服擾動影響。1.7 自動控制系統(tǒng)的基本要求自動控制系統(tǒng)的基本要求第一章第一章 自動控制概論自動控制概論 實際中，由于機械部分質量、慣量的存在以及實際中，由于機械部分質量、慣量的存在以及電路中電路中L.C的存在，輸出不會是理想狀態(tài)。要有一的存在，輸出不會是理想狀態(tài)。要有一個過渡過程，最后趨于新的穩(wěn)態(tài)值。因此

33、，從穩(wěn)、個過渡過程，最后趨于新的穩(wěn)態(tài)值。因此，從穩(wěn)、快、準三方面來評價系統(tǒng)的總體精度?？?、準三方面來評價系統(tǒng)的總體精度。 r(t)00ttc(t)理想實際圖117圖118基本要求（續(xù)）基本要求（續(xù)）第一章第一章 自動控制概論自動控制概論穩(wěn)定性穩(wěn)定性穩(wěn)定性指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)重新恢復穩(wěn)定性指動態(tài)過程的振蕩傾向和系統(tǒng)重新恢復平衡狀態(tài)的能力。平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件，穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件，一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，其一個穩(wěn)定的系統(tǒng)，其c(t)偏離期望值的初始偏差偏離期望值的初始偏差應隨應隨t的延長逐漸減小或趨于零。的延長逐漸減小或趨于零。(如曲線和如曲線和

34、)一個不穩(wěn)定的系統(tǒng)，其一個不穩(wěn)定的系統(tǒng)，其c(t)偏離期望值的初始偏偏離期望值的初始偏差將隨著差將隨著t的增長而發(fā)散。無法實現(xiàn)預定的任務。的增長而發(fā)散。無法實現(xiàn)預定的任務。（如曲線）（如曲線）第一章第一章 自動控制概論自動控制概論c(t)t0基本要求（續(xù)）基本要求（續(xù)）第一章第一章 自動控制概論自動控制概論 快速性快速性 快速性指動態(tài)過程進行的時間長短。快速性指動態(tài)過程進行的時間長短。T過長：系統(tǒng)長久出現(xiàn)大偏差，難以復現(xiàn)快速變過長：系統(tǒng)長久出現(xiàn)大偏差，難以復現(xiàn)快速變化的指令信號。（例雷達、導彈等）化的指令信號。（例雷達、導彈等）若滿足既穩(wěn)又快，則系統(tǒng)的動態(tài)精度高。（如：若滿足既穩(wěn)又快，則系統(tǒng)的

35、動態(tài)精度高。（如：飛機自動駕駛儀系統(tǒng)、當飛機受到陣風干擾偏飛機自動駕駛儀系統(tǒng)、當飛機受到陣風干擾偏離航線。若系統(tǒng)自動恢復原航線的速度過快，離航線。若系統(tǒng)自動恢復原航線的速度過快，則乘客感到不適。函數(shù)記錄儀還可能損壞記錄則乘客感到不適。函數(shù)記錄儀還可能損壞記錄筆。）筆。）第一章第一章 自動控制概論自動控制概論 準確性準確性 準確性指系統(tǒng)過渡過程結束到新準確性指系統(tǒng)過渡過程結束到新的平衡工作狀態(tài)以后或系統(tǒng)受干擾后的平衡工作狀態(tài)以后或系統(tǒng)受干擾后重新恢復平衡，最終保持的精度。反重新恢復平衡，最終保持的精度。反映后期性能。映后期性能。第一章第一章 自動控制概論自動控制概論 說明說明因受控對象的不同，各

36、種系統(tǒng)對穩(wěn)、準、快的因受控對象的不同，各種系統(tǒng)對穩(wěn)、準、快的要求有所側重。如：恒值系統(tǒng)要求有所側重。如：恒值系統(tǒng)-對穩(wěn)（平衡）對穩(wěn)（平衡）要求嚴格。而對隨動系統(tǒng)要求嚴格。而對隨動系統(tǒng)-快、準要求高?？?、準要求高。同一個系統(tǒng)穩(wěn)、快、準是相互制約的，提高過同一個系統(tǒng)穩(wěn)、快、準是相互制約的，提高過渡過程的快速性，可能會引起振蕩；改善了平渡過程的快速性，可能會引起振蕩；改善了平穩(wěn)性，過渡過程又很遲緩。穩(wěn)性，過渡過程又很遲緩。本課程的主要內容就是如何分析和解決上述矛本課程的主要內容就是如何分析和解決上述矛盾。盾。第一章第一章 自動控制概論自動控制概論 1階躍函數(shù)（位置函數(shù)）：階躍函數(shù)（位置函數(shù)）： )(

37、 1)(ttrstL1)( 1 000)(ttAtr第一章第一章 自動控制概論自動控制概論 當當B =1時，時， 稱為單稱為單 位斜坡函數(shù)。位斜坡函數(shù)。 )( 1)(tttr),( 1)( 1.1)( 12tttdtdsttL000)(ttBttr第一章第一章 自動控制概論自動控制概論時時當當1C)( 121)(2tttr).( 1)( 1212ttttL3拋物線函數(shù)（等加速度函數(shù)）拋物線函數(shù)（等加速度函數(shù)）稱為單位拋物線函數(shù)，稱為單位拋物線函數(shù)，記作記作 且且 拋物線函數(shù)的導數(shù)是斜坡函數(shù)。拋物線函數(shù)的導數(shù)是斜坡函數(shù)。00021)(2ttCttr第一章第一章 自動控制概論自動控制概論0,0, 0)(ttt4脈沖函數(shù)：脈沖函數(shù)：, 1)(dtt及. 1)(tLtttt及0001)(。單位脈沖函數(shù)單位脈沖函數(shù)時，稱為時，稱為當當)(0t)(tot1)(t) t ()(t第一章第一章 自動控制