西工大與西安交大期末復習考研備考1.2 自動控制的一般概念2

1、12自動控制自動控制：在：在沒有人直接參與沒有人直接參與的情況下，通過控制裝的情況下，通過控制裝置（控制器）使被控對象（或過程）置（控制器）使被控對象（或過程）自動自動的按預定的按預定的規(guī)律運行。的規(guī)律運行。 （1）測量部分測量部分（測量元件）（測量元件）（2）比較部分比較部分（比較元件）（比較元件）（3）執(zhí)行部分執(zhí)行部分（執(zhí)行元件）（執(zhí)行元件）（4）放大部分放大部分（放大元件）（放大元件）（5）校正部分校正部分（校正元件）（校正元件）實現(xiàn)自動控制，控制裝置實現(xiàn)自動控制，控制裝置(控制器控制器)應包括以下應包括以下元部件元部件：0 回顧回顧3典型控制系統(tǒng)的典型控制系統(tǒng)的方塊圖方塊圖0 回顧回顧

2、 反饋是控制的精髓、核心思想反饋是控制的精髓、核心思想干擾量干擾量輸出量輸出量被控量被控量串聯(lián)校串聯(lián)校正裝置正裝置放大放大元件元件執(zhí)行元執(zhí)行元件件被控被控對象對象反饋反饋校正裝置校正裝置測量元件測量元件輸入量輸入量反饋量反饋量主反饋主反饋局部局部反饋反饋控制量控制量偏差量偏差量1 前向通路前向通路：信號從：信號從輸入端輸入端沿箭頭方向到達沿箭頭方向到達輸出端輸出端的傳輸通路。的傳輸通路。 2 主反饋通路主反饋通路：輸出量輸出量經(jīng)由測量元件經(jīng)由測量元件回饋回饋到到輸入端輸入端的傳輸通路。的傳輸通路。干擾量干擾量輸出量輸出量被控量被控量串聯(lián)校串聯(lián)校正裝置正裝置放大放大元件元件執(zhí)行元執(zhí)行元件件被控被

3、控對象對象反饋反饋校正裝置校正裝置測量元件測量元件輸入量輸入量反饋量反饋量主反饋主反饋局部局部反饋反饋控制量控制量偏差量偏差量4三、自動控制系統(tǒng)的概念和術語三、自動控制系統(tǒng)的概念和術語3 主回路主回路：前向通路前向通路與與主反饋通路主反饋通路一起構成主回路一起構成主回路 。 4 局部反饋通路局部反饋通路 5 內(nèi)回路內(nèi)回路 6 單回路系統(tǒng)和多回路系統(tǒng)單回路系統(tǒng)和多回路系統(tǒng) 干擾量干擾量輸出量輸出量被控量被控量串聯(lián)校串聯(lián)校正裝置正裝置放大放大元件元件執(zhí)行元執(zhí)行元件件被控被控對象對象反饋反饋校正裝置校正裝置測量元件測量元件輸入量輸入量反饋量反饋量主反饋主反饋局部局部反饋反饋控制量控制量偏差量偏差量5

4、三、自動控制系統(tǒng)的概念和術語三、自動控制系統(tǒng)的概念和術語7 被控對象被控對象 8 控制器（控制裝置）：控制器（控制裝置）：自動控制系統(tǒng)中，除被控對象以外的自動控制系統(tǒng)中，除被控對象以外的所有裝置所有裝置的集合。的集合。 9 被控量：被控量：要求按要求按預定規(guī)律變化預定規(guī)律變化的物理量（一般是系統(tǒng)的輸出的物理量（一般是系統(tǒng)的輸出量）。量）。 干擾量干擾量輸出量輸出量被控量被控量串聯(lián)校串聯(lián)校正裝置正裝置放大放大元件元件執(zhí)行元執(zhí)行元件件被控被控對象對象反饋反饋校正裝置校正裝置測量元件測量元件輸入量輸入量反饋量反饋量主反饋主反饋局部局部反饋反饋控制量控制量偏差量偏差量6三、自動控制系統(tǒng)的概念和術語三、

5、自動控制系統(tǒng)的概念和術語10 控制量：控制量：與希望的預定規(guī)律（值）與希望的預定規(guī)律（值）相對應相對應的物理量。的物理量。 11 干擾量（擾動量）干擾量（擾動量）：影響影響被控量按預定規(guī)律變化的物理量。被控量按預定規(guī)律變化的物理量。 12 外作用（廣義輸入量）外作用（廣義輸入量）：一般控制系統(tǒng)有兩種外作用，：一般控制系統(tǒng)有兩種外作用， 控制量控制量（有用信號）和（有用信號）和干擾量干擾量。 干擾量干擾量輸出量輸出量被控量被控量串聯(lián)校串聯(lián)校正裝置正裝置放大放大元件元件執(zhí)行元執(zhí)行元件件被控被控對象對象反饋反饋校正裝置校正裝置測量元件測量元件輸入量輸入量反饋量反饋量主反饋主反饋局部局部反饋反饋控制量

6、控制量偏差量偏差量7三、自動控制系統(tǒng)的概念和術語三、自動控制系統(tǒng)的概念和術語【例例】：轉速控制系統(tǒng)：轉速控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的任務系統(tǒng)的任務：控制電動機：控制電動機D的轉速的轉速恒定（電動機恒定（電動機D的轉速的轉速 的規(guī)定值由的規(guī)定值由Ur的大小決定）。的大小決定）。 CFU放放大大器器放放大大器器MMfz fzU U0 0UrUrUpK3K3UaUaDi i1 1 CFCFK1K1U US SUUU U0 0 s si2SDK2K28被控對象被控對象-電動機；電動機；被控量被控量-電動機的轉速；電動機的轉速；控制量控制量-電壓信號電壓信號Ur；干擾量干擾量-電動機所帶的負載轉矩及電源波動，主要電

7、動機所帶的負載轉矩及電源波動，主要是負載轉矩；是負載轉矩；外作用外作用-有用信號和干擾量；有用信號和干擾量；反饋量反饋量-測速發(fā)電機的電壓。測速發(fā)電機的電壓。9可畫出電動機轉速控制系統(tǒng)的可畫出電動機轉速控制系統(tǒng)的方塊圖方塊圖為：為： 10D與i1被控對象被控對象CFUrUCFUSD與i2K2K3K1UsUpUaMfz 111 1自動控制的一般概念自動控制的一般概念1-2 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1-3 自動控制系統(tǒng)分類及基本要求自動控制系統(tǒng)分類及基本要求本章基本要求本章基本要求1 1理解自動控制的基本概念理解自動控制的基本概念; ;2 2掌握反饋控制系統(tǒng)的原理及組成

8、；掌握反饋控制系統(tǒng)的原理及組成；3 3能繪制系統(tǒng)方塊圖，確定系統(tǒng)的控制對象、能繪制系統(tǒng)方塊圖，確定系統(tǒng)的控制對象、被控量、控制量、干擾量、反饋量等被控量、控制量、干擾量、反饋量等; ;4 4 了解開環(huán)控制和閉環(huán)控制；了解開環(huán)控制和閉環(huán)控制；5 5了解自動控制系統(tǒng)的分類，理解對控制系統(tǒng)了解自動控制系統(tǒng)的分類，理解對控制系統(tǒng) 的基本要求。的基本要求。 1213p 開環(huán)控制開環(huán)控制p 閉環(huán)控制閉環(huán)控制p 復合控制復合控制一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式14開環(huán)控制：指控制裝置（控制器）與被控對象之間開環(huán)控制：指控制裝置（控制器）與被控對象之間只有只有順向順向作用而作用而無反向

9、無反向聯(lián)系的控制過程。聯(lián)系的控制過程。一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式1 1、開環(huán)控制開環(huán)控制電風扇的控制系統(tǒng)電機（執(zhí)行機構）風扇葉片（控制對象）開關或程序控制器控制電壓一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式1 1、開環(huán)控制開環(huán)控制轉臺直流放大器直流電機轉盤速度的開環(huán)控制一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式1 1、開環(huán)控制開環(huán)控制171 1、開環(huán)控制開環(huán)控制開環(huán)控制的開環(huán)控制的特點特點：輸出不影響輸入，對輸出不需要測量；系統(tǒng)的控制輸出不影響輸入，對輸出不需要測量；系統(tǒng)的控制精度完全取決于控制裝置（控制器）和被控對象的精度完全取決于控

10、制裝置（控制器）和被控對象的參數(shù)穩(wěn)定性參數(shù)穩(wěn)定性。 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)結構簡單結構簡單，成本低廉，但系統(tǒng)，成本低廉，但系統(tǒng)抗干擾抗干擾能力差能力差。一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式18閉環(huán)控制：閉環(huán)控制指控制裝置（控制器）與被控對象閉環(huán)控制：閉環(huán)控制指控制裝置（控制器）與被控對象之間之間既有順向既有順向作用，作用，又有反向又有反向聯(lián)系的控制過程。聯(lián)系的控制過程。一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式2 2、閉環(huán)控制閉環(huán)控制19閉環(huán)控制的閉環(huán)控制的特點特點： 由由負反饋負反饋構成閉環(huán)控制方式，完成自動檢測偏差的任務。構成閉環(huán)控制方式，完成自動檢測偏

11、差的任務。 控制作用的產(chǎn)生是由偏差引起的，完成控制作用的產(chǎn)生是由偏差引起的，完成自動消除自動消除或或減小減小偏差的任務。偏差的任務。 由于采用負反饋，使系統(tǒng)的被控量對外界干擾和系統(tǒng)內(nèi)由于采用負反饋，使系統(tǒng)的被控量對外界干擾和系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)的變化不敏感，故閉環(huán)系統(tǒng)具有部參數(shù)的變化不敏感，故閉環(huán)系統(tǒng)具有很強的抗干擾能很強的抗干擾能力力，因而具有，因而具有較高的控制精度較高的控制精度。由于以上特點，閉環(huán)控制又稱為由于以上特點，閉環(huán)控制又稱為負反饋控制負反饋控制或或偏差控制偏差控制。 一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式2 2、閉環(huán)控制閉環(huán)控制20反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)舉例舉例轉臺

12、直流放大器直流電機轉速轉速計或測速電機+-轉盤速度的閉環(huán)控制轉盤速度的閉環(huán)控制一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式2 2、閉環(huán)控制閉環(huán)控制21反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)舉例舉例一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式2 2、閉環(huán)控制閉環(huán)控制22反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)舉例舉例人取書的反饋控制系統(tǒng)人取書的反饋控制系統(tǒng)一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式2 2、閉環(huán)控制閉環(huán)控制23反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)舉例舉例恒溫箱的自動控制系統(tǒng)恒溫箱的自動控制系統(tǒng)2 2、閉環(huán)控制閉環(huán)控制一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式24反饋控制系

13、統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)舉例舉例 tuanuuutaf tuanuuutaf給定信號電壓功率放大器控制電機減速器調(diào)壓器恒溫箱 (控制對象)熱電偶溫度被調(diào)量rufuuautt2 2、閉環(huán)控制閉環(huán)控制一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式25 開環(huán)控制系統(tǒng)結構簡單，成本低廉，但系統(tǒng)抗干擾能開環(huán)控制系統(tǒng)結構簡單，成本低廉，但系統(tǒng)抗干擾能力差，所以力差，所以很少采用很少采用； 閉環(huán)控制系統(tǒng)抗干擾能力強，閉環(huán)控制系統(tǒng)抗干擾能力強，控制精度高控制精度高，但系統(tǒng)結，但系統(tǒng)結構復雜。另外，當參數(shù)選擇不當時，系統(tǒng)容易產(chǎn)生振構復雜。另外，當參數(shù)選擇不當時，系統(tǒng)容易產(chǎn)生振蕩，所以閉環(huán)控制系統(tǒng)蕩，所以閉環(huán)控制

14、系統(tǒng)存在穩(wěn)定問題存在穩(wěn)定問題。3 3、開環(huán)控制與閉環(huán)控制的比較開環(huán)控制與閉環(huán)控制的比較 一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式26復合控制：開環(huán)控制和閉環(huán)控制復合控制：開環(huán)控制和閉環(huán)控制相結合相結合的一種控制方式。的一種控制方式。復合控制的復合控制的實質(zhì)實質(zhì)：在閉環(huán)控制回路的基礎上，：在閉環(huán)控制回路的基礎上，附加附加一個一個輸入信號或干擾作用的順饋通路，來輸入信號或干擾作用的順饋通路，來提高系統(tǒng)的控提高系統(tǒng)的控制精度制精度。 順饋通路：通常是由對順饋通路：通常是由對輸入信號輸入信號的補償裝置或的補償裝置或干擾作用干擾作用的補償裝置組成，分別稱為的補償裝置組成，分別稱為按輸入信

15、號補償按輸入信號補償和和按干擾按干擾補償補償?shù)膹秃峡刂频膹秃峡刂?。一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式4 4、復合控制復合控制274 4、復合控制復合控制按按輸入信號補償輸入信號補償?shù)膹秃峡刂频膹秃峡刂瓶刂破骺刂破鲗ο髮ο筝斎胄盘栞斎胄盘栞敵隽枯敵隽垦a償裝置補償裝置按按干擾補償干擾補償?shù)膹秃峡刂频膹秃峡刂瓶刂破骺刂破鲗ο髮ο筝斎胄盘栞斎胄盘栞敵隽枯敵隽垦a償裝置補償裝置一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式一、自動控制系統(tǒng)基本控制方式28按按系統(tǒng)的數(shù)學模型系統(tǒng)的數(shù)學模型不同分類不同分類 線性系統(tǒng)具有如下兩個重要特性：線性系統(tǒng)具有如下兩個重要特性：可加性可加性和和齊次性齊次性 二、自動

16、控制系統(tǒng)分類及對其的要求二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)；線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)；定常（時不變）系統(tǒng)與時變系統(tǒng)。定常（時不變）系統(tǒng)與時變系統(tǒng)?？杉有院妄R次性合稱可加性和齊次性合稱疊加原理。疊加原理。1 1、自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類29)()(11tctr)()()(21trtrtr )()()(21tctctc 可加性：可加性：齊次性：齊次性：)()(22tctr)()()()(tkctkrtctr )()()()()()()(221122112121uHuHuuHuHuHuHuHuuH 二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求1 1、自動

17、控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類3011( )( )cos3c tr tt)()()(21trtrtr ( )( )cos3c tr tt二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求1 1、自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類舉例：舉例：非線性時變系統(tǒng)非線性時變系統(tǒng)22( )( )cos3c tr tt12( )( )( ) cos3c tr tr tt12( )( )c tc t31 線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)舉例舉例二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求1 1、自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類放大器輸入輸出輸入輸出輸入輸出32

18、按系統(tǒng)的按系統(tǒng)的信號性質(zhì)信號性質(zhì)不同分類不同分類機電系統(tǒng)；機電系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)；氣動系統(tǒng)；氣動系統(tǒng)；生物系統(tǒng)生物系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)；連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)；按系統(tǒng)的按系統(tǒng)的元件類型元件類型不同分類不同分類 二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求1 1、自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類33按系統(tǒng)的按系統(tǒng)的功用功用不同分類不同分類 恒值控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)（又稱調(diào)節(jié)系統(tǒng)，自動鎮(zhèn)定系統(tǒng)）：輸（又稱調(diào)節(jié)系統(tǒng)，自動鎮(zhèn)定系統(tǒng)）：輸入信號為不隨時間變化的常值。入信號為不隨時間變化的常值。 隨動系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（或稱自動跟蹤系統(tǒng)）：（或稱自動跟蹤系統(tǒng)）： 輸入信號為事先不輸入

19、信號為事先不知變化規(guī)律的隨時間變化的隨機函數(shù)。知變化規(guī)律的隨時間變化的隨機函數(shù)。程序控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)：輸入信號為事先知道變化規(guī)律的隨時：輸入信號為事先知道變化規(guī)律的隨時間變化的函數(shù)。間變化的函數(shù)。 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)按輸入信號的按輸入信號的變化規(guī)律變化規(guī)律不同分類不同分類 1 1、自動控制系統(tǒng)的分類自動控制系統(tǒng)的分類二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求34過渡過程過渡過程和和穩(wěn)態(tài)過程穩(wěn)態(tài)過程處于穩(wěn)態(tài)的控制系統(tǒng)，在受到外作用時，系統(tǒng)輸處于穩(wěn)態(tài)的控制系統(tǒng)，在受到外作用時，系統(tǒng)輸出存在出存在過渡過程過渡過程。在在不同的外作用不同的外作

20、用下，控制系統(tǒng)的輸出會有下，控制系統(tǒng)的輸出會有不同的不同的響應響應過程。過程。 對于穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，過渡過程結束之后，系統(tǒng)對于穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，過渡過程結束之后，系統(tǒng)就進入了就進入了另一個穩(wěn)態(tài)另一個穩(wěn)態(tài)。 二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求2 2、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35對控制系統(tǒng)提出的對控制系統(tǒng)提出的基本要求基本要求穩(wěn)定性穩(wěn)定性的要求：系統(tǒng)進行工作最基本、最首要的條的要求：系統(tǒng)進行工作最基本、最首要的條件就是一定要穩(wěn)定件就是一定要穩(wěn)定“穩(wěn)穩(wěn)”；動態(tài)性能動態(tài)性能的要求：系統(tǒng)的動態(tài)性能表現(xiàn)在快速性和的要求：系統(tǒng)的動態(tài)性能表現(xiàn)在快速性和阻尼性上阻尼性上“快快”；穩(wěn)態(tài)性能穩(wěn)態(tài)性能要求：穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)輸出要盡可能的復現(xiàn)輸要求：穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)輸出要盡可能的復現(xiàn)輸入，表現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)誤差要小入，表現(xiàn)在穩(wěn)態(tài)誤差要小“準準”。穩(wěn)定性穩(wěn)定性快速性快速性準確性準確性二、自動控制系統(tǒng)分類及對其的要求二、自動控制系統(tǒng)