自動控制原理課件

第1章自動控制的一般概念★本章主要內(nèi)容及重點(diǎn)★自動控制的基本原理★自動控制系統(tǒng)示例★自動控制系統(tǒng)分類★對自動控制系統(tǒng)的基本要求本章主要內(nèi)容

本章介紹了自動控制理論的應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展過程和分類。通過一些控制系統(tǒng)實(shí)例討論了手動控制、自動控制、自動控制系統(tǒng)的工作原理、方框圖、系統(tǒng)分類等相關(guān)基本概念。最后介紹了本課程將要介紹的主要內(nèi)容，以利于讀者從總體上把握本課程的相關(guān)知識。

本章重點(diǎn)

要求掌握手動控制與自動控制、自動控制系統(tǒng)及其工作原理與組成、方框圖、開環(huán)控制與閉環(huán)控制、系統(tǒng)輸入量與輸出量的相關(guān)基本概念。了解本課程將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

課程的性質(zhì)和特點(diǎn)自動控制是一門技術(shù)學(xué)科，從方法論的角度來研究系統(tǒng)的建立、分析與設(shè)計?！蹲詣涌刂圃怼肥潜緦W(xué)科的技術(shù)基礎(chǔ)課，（1）自動控制理論的基礎(chǔ)課程，該課程與其它課程的關(guān)系。自動控制理論電機(jī)與拖動模擬電子技術(shù)線性代數(shù)微積分（含微分方程）復(fù)變函數(shù)、拉普拉斯變換電路理論大學(xué)物理（力學(xué)、熱力學(xué)）信號與系統(tǒng)（2）自動控制理論已經(jīng)發(fā)展為理論嚴(yán)密、系統(tǒng)完整、邏輯性很強(qiáng)的一門學(xué)科。從基本反饋控制原理發(fā)展到：自適應(yīng)控制、優(yōu)化控制、魯棒控制、大系統(tǒng)控制、智能控制

討論的對象：因果系統(tǒng)、工程系統(tǒng)系統(tǒng)的廣義性：經(jīng)濟(jì)、社會、工程、生物、環(huán)境、醫(yī)學(xué)課程特點(diǎn)：研究系統(tǒng)的共性問題

實(shí)際系統(tǒng)物理模型數(shù)學(xué)模型方法（系統(tǒng)組成分析、設(shè)計1-1自動控制的基本原理人工控制與自動控制：水箱水位控制問題水位測量與變送執(zhí)行器控制器給定眼手腦水位控制工作原理人工控制：眼、腦、手、水箱+閥門自動控制：傳感器、控制器、執(zhí)行器、水箱+閥門人腦手水箱系統(tǒng)眼h控制器執(zhí)行器水箱系統(tǒng)傳感器h反饋：將輸出量通過一定的方式送回到輸入端，并與輸入信號比較產(chǎn)生偏差信號過程稱為反饋負(fù)反饋：輸入信號—反饋信號（輸出信號）輸出偏差減小正反饋：輸入信號+反饋信號反饋控制、閉環(huán)控制按偏差進(jìn)行控制一、反饋控制原理龍門刨床速度控制系統(tǒng)n要求：工件加工過程中不允許刨床速度波動過大措施：利用速度反饋對刨床速度進(jìn)行自動控制龍門刨床速度控制系統(tǒng)原理圖SMTG-kFDKZCF龍門刨床速度控制系統(tǒng)原理：（詳見P3圖1-2）系統(tǒng)基本部件及功能：主（拖動）電動機(jī)SM輸入：電樞端電壓ua

輸出：電動機(jī)速度n測速發(fā)電機(jī)TG+電位器輸入：n輸出：ut觸發(fā)器CF+晶閘管整流器KZ輸入：uk

輸出：ua給定電位器輸出：uo放大器FD輸入：工作原理：設(shè)直流電動機(jī)SM的勵磁恒定、外部負(fù)載Mt系統(tǒng)方框圖比較電路整流器放大器測速發(fā)電機(jī)觸發(fā)器電動機(jī)二、反饋控控制系統(tǒng)的的基本組成成反饋控制系系統(tǒng)：被控控對象、控控制裝置控制裝置：：由具有一一定職能的的各種基本本元件（部部件）組成成。測量元件、、給定元件件、比較元元件放大元件、、執(zhí)行元件件、校正元元件測量元件串聯(lián)校正反饋校正執(zhí)行元件放大元件被控對象局部反饋主反饋一些基本概概念前向通路：：從輸入端端沿箭頭方方向到輸出出端的傳輸輸通路主反饋通路路：輸出經(jīng)經(jīng)過測量元元件到達(dá)輸輸入端的通通路主回路：前前向通路+主反饋通通路內(nèi)回路：局局部前向通通路+局部部反饋通路路單回路系統(tǒng)統(tǒng)、多回路路系統(tǒng)反饋控制系系統(tǒng)受到的的外部作用用參考（有用用）輸入：：決定系統(tǒng)統(tǒng)被控量的的變化規(guī)律律擾動：系統(tǒng)統(tǒng)外部擾動動、系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)部擾動自動控制系系統(tǒng)的基本本控制方式式反饋控制方方式：按按偏差進(jìn)行行控制，較較高的動靜靜態(tài)控制性性能；結(jié)構(gòu)構(gòu)、線路復(fù)復(fù)雜，系統(tǒng)統(tǒng)分析與設(shè)設(shè)計較復(fù)雜雜。開環(huán)控制（（順序控制制）：系統(tǒng)統(tǒng)輸出量對對系統(tǒng)的輸輸入量不產(chǎn)產(chǎn)生影響，，結(jié)構(gòu)簡單單、調(diào)整方方便、成本本低有兩種方式式：按給定量控控制如龍門刨床床速度控制制系統(tǒng)將測測速發(fā)電機(jī)機(jī)的輸出斷斷開，調(diào)節(jié)節(jié)CF的輸入電壓壓來調(diào)節(jié)電電機(jī)速度按擾動量控控制利用可測量量的擾動量量，產(chǎn)生補(bǔ)補(bǔ)償作用復(fù)合控制方方式：（1）按偏偏差控制+按擾動補(bǔ)補(bǔ)償控制（2）按偏偏差控制+按給定補(bǔ)補(bǔ)償控制電壓放大電壓放大功率放大SMTG負(fù)載其它新控制制方式：最最優(yōu)控制、、預(yù)測控制制、自適應(yīng)應(yīng)控制、模模糊控制、、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)控制等。。電壓放大器功率放大器電阻R電動機(jī)測速發(fā)電機(jī)電壓放大器MC1-2自動動控制系統(tǒng)統(tǒng)示例函數(shù)記錄儀儀飛機(jī)-自動動駕駛儀系系統(tǒng)電阻爐微機(jī)機(jī)溫度控制制系統(tǒng)飛行模擬器器的視景系系統(tǒng)1-3自動動控制系統(tǒng)統(tǒng)分類分類方法按控制方式式：開環(huán)控控制、閉環(huán)環(huán)控制、復(fù)復(fù)合控制按元件類型型：機(jī)械系系統(tǒng)、電氣氣系統(tǒng)、機(jī)機(jī)電系統(tǒng)、、液壓系統(tǒng)統(tǒng)、氣動系系統(tǒng)、生物物系統(tǒng)等。。按系統(tǒng)功能：：溫度、壓力力、位置按系統(tǒng)性能：：線性與非線線性、連續(xù)與與離散、定常常與時變按參考量變化化規(guī)律：恒值值、隨動、程程序控制一、線性連續(xù)控制制系統(tǒng)由系數(shù)判定線線性時變系統(tǒng)統(tǒng)、線性定常常系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)統(tǒng)根據(jù)參考輸輸入量又可分分為：恒值控制系統(tǒng)統(tǒng)、隨動系統(tǒng)統(tǒng)、程序控制制系統(tǒng)系統(tǒng)主要特點(diǎn)點(diǎn)：（1）恒值控控制系統(tǒng)參考輸入是個個常值，要求求被控量也等等于常值。外部擾動的存存在，被控量量偏離參考量量而出現(xiàn)偏差差，控制系統(tǒng)統(tǒng)根據(jù)偏差產(chǎn)產(chǎn)生控制作用用，以克服擾擾動的影響，，使被控量恢恢復(fù)到給定的的常值。（2）隨動系系統(tǒng)參考輸入是預(yù)預(yù)先未知的隨隨時間任意變變化的函數(shù)，，要求被控量量以盡可能小小的誤差跟隨隨參考輸入量量變化。（3））程程序序控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)參考考輸輸入入是是按按預(yù)預(yù)定定規(guī)規(guī)律律隨隨時時間間變變化化的的函函數(shù)數(shù)，，要要求求被被控控量量迅迅速速、、準(zhǔn)準(zhǔn)確確地地復(fù)復(fù)現(xiàn)現(xiàn)。。線性性定定常常離離散散系系統(tǒng)統(tǒng)二、、非非線線性性控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)非線線性性系系統(tǒng)統(tǒng)的的線線性性化化1-4對對自自動動控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的基基本本要要求求1.對自自動動控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)基基本本要要求求穩(wěn)定定性性（（穩(wěn)穩(wěn)））、、快快速速性性（（快快））、、準(zhǔn)準(zhǔn)確確性性（（準(zhǔn)準(zhǔn)））“穩(wěn)”與“快”是說說明明系系統(tǒng)統(tǒng)動動態(tài)態(tài)（（過過渡渡過過程程））品品質(zhì)質(zhì)。。系統(tǒng)統(tǒng)的的過過渡渡過過程程產(chǎn)產(chǎn)生生的的原原因因：系系統(tǒng)統(tǒng)中中儲儲能能元元件件的的能能量量不不可可能能突突變變。?！皽?zhǔn)”是說說明明系系統(tǒng)統(tǒng)的的穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)（（靜靜態(tài)態(tài)））品品質(zhì)質(zhì)穩(wěn)定定性性是保保證證控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)正正常常工工作作的的先先決決條條件件線性性控控制制系系統(tǒng)統(tǒng)的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性由由系系統(tǒng)統(tǒng)本本身身的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)與與參參數(shù)數(shù)所所決決定定的的，，與與外外部部條條件件無無關(guān)關(guān)。?？焖偎傩孕允窍迪到y(tǒng)統(tǒng)在在穩(wěn)穩(wěn)定定的的條條件件下下，，衡衡量量系系統(tǒng)統(tǒng)過過渡渡過過程程的的形形式式和和快快慢慢，，通通常常稱稱為為“系統(tǒng)統(tǒng)動動態(tài)態(tài)性性能能”。過過渡渡過過程程時時間間、、超超調(diào)調(diào)量量準(zhǔn)確確性性是在在系系統(tǒng)統(tǒng)過過渡渡過過程程結(jié)結(jié)束束后后，，衡衡量量系系統(tǒng)統(tǒng)輸輸出出（（被被控控量量））達(dá)達(dá)到到的的穩(wěn)穩(wěn)態(tài)態(tài)值值與與系系統(tǒng)統(tǒng)輸輸出出期期望望值