《自動控制原理》李素玲第一章第三節(jié)解讀課件

1.3自動控制系統(tǒng)的分類1.3.1按信號傳送的特點或系統(tǒng)結構特點分類1.3.2按給定值的特點分類1.3.3按數學描述分類1.3.4按時間信號的性質分類1.3.5按系統(tǒng)參數是否隨時間變化分類第一章緒論1.3自動控制系統(tǒng)的分類1.3.1按信號傳送的特點或1按信號傳送特點或系統(tǒng)結構特點可以將控制系統(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，前已述及，故不贅述。1.3.1從信號傳送的特點或系統(tǒng)結構特點分類第一章緒論按信號傳送特點或系統(tǒng)結構特點可1.3.1從信21.3.2按給定值的特點分類一、恒值系統(tǒng)：1.定義——輸入信號r(t)為常值的系統(tǒng)。2.目的——保證輸出信號c(t)恒定。3.例如：調速系統(tǒng)（當給定電壓ug不變時），水池水位控制系統(tǒng)，空調、冰箱以及工業(yè)爐溫控制系統(tǒng)等。按給定信號特點可以將控制系統(tǒng)分為恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程控系統(tǒng)三大類。第一章緒論1.3.2按給定值的特點分類一、恒值系統(tǒng)：按3圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）上圖為電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)，電阻絲通過晶閘管主電路加熱，爐溫期望值用計算機鍵盤預先設置，實際爐溫由熱電偶檢測，并轉換成電壓（mv），經放大濾波后，由模/數轉換器（A/D）將模擬信號→數字信第一章緒論圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）4圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）號送入計算機。在計算機中與所設置的期望值比較后產生偏差信號。計算機便根據預定的控制算法（即控制規(guī)律）計算相應的控制量，再經D/A轉換變?yōu)?—10mA的電流，通過第一章緒論圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）號送入計算5圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）觸發(fā)器控制晶閘管的控制角α，從而改變晶閘管的整流電壓，也就改變了電阻絲中電流的大小，達到控制爐溫的目的。第一章緒論圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）觸發(fā)器控制64.優(yōu)點:計算機溫度控制系統(tǒng)，具有精度高、功能強、經濟性好、無噪聲、顯示醒目、讀數直觀、打印存檔方便、操作簡單、靈活性和適應性好等一系列優(yōu)點。恒值系統(tǒng)（續(xù)）圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)方框圖第一章緒論4.優(yōu)點:計算機溫度控制系統(tǒng)，具有精度高、功能恒值系73、例如：跟蹤目標的雷達系統(tǒng)、火炮群控制系統(tǒng)、導彈制導系統(tǒng)、參數的自動檢驗系統(tǒng)、X-Y記錄儀、船舶駕駛舵位跟蹤系統(tǒng)、飛機自動駕駛儀等等。二、隨動系統(tǒng)1、定義：給定值隨意變化而事先無法知道的系統(tǒng)。2、目的：使c(t)按一定精度跟蹤r(t)的變化。第一章緒論3、例如：跟蹤目標的雷達系統(tǒng)、火炮群控制系統(tǒng)、二、隨動系統(tǒng)8圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）其任務是使船舵角位置按給定指令變化，即要求θ0跟隨θi:θ0(t)=θi(t)。第一章緒論圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）其任務是9圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）該系統(tǒng)由船舵（受控對象）、電位計（測量、比較元件）、電機、減速器、電壓和功率放大器等組成。第一章緒論圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）該系統(tǒng)由10圖1－14

圖1－15船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)方框圖隨動系統(tǒng)（續(xù)）由兩個電位計組成橋式連接，Δu=ui-ua。若0=θi，則預先整定ui=u0,則Δu=0，電機不動，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。第一章緒論圖1－14圖1－15船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)方框圖隨動11若θi

變了，而θ0

未變，則有θ0≠θi

，ui≠u0，Δu≠0，從而使電機轉動，帶動船舵角位置θ0向θi要求的位置變化，直至θ0=θi，Δu=0，電機才停止。系統(tǒng)重又平衡。隨動系統(tǒng)（續(xù)）第一章緒論若θi變了，而θ0未變，則有θ0≠θi，ui≠u0，12隨動系統(tǒng)（續(xù)）4.優(yōu)點：控制對象簡單，指令信號事先無法知道其變化規(guī)律?？捎霉β屎苄〉闹噶钚盘柌倏v功率很大的工作機械，還可進行遠距離控制。三、程控系統(tǒng)：1、定義：給定值或指令輸入信號按預定程序變化的系統(tǒng)。2、目的：c(t)按預定的程序去運行。3、舉例：順序控制器、數控機床、仿形機床等。第一章緒論隨動系統(tǒng)（續(xù)）4.優(yōu)點：控制對象簡單，指令信號事先無法13程控系統(tǒng)（續(xù)）如圖所示為數控機床，其中的輸入處理、插補計算和控制功能可由邏輯電路實現，也可由計算機來完成。一般都將加工軌跡編好程序。并轉換成脈沖輸入，再將工作臺移動軌跡也換算成脈沖側出來與輸入脈沖比較后再換算成模擬信號用以控制伺服電動機SM。第一章緒論程控系統(tǒng)（續(xù)）如圖所示為數控機床，其中的輸入處14

按數學描述可以將控制系統(tǒng)分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。1.線性系統(tǒng)：

組成系統(tǒng)的所有元件均為線性元件時，即它們的輸入-輸出特性是線性的，這樣的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的運動過程可用線性微分方程（差分方程）來描述，其主要特點是具有齊次性和疊加性，最大的優(yōu)點是數學處理簡便，理論體系完整。1.3.3按數學描述分類第一章緒論按數學描述可以將控制系統(tǒng)分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)15嚴格地講，實際的物理系統(tǒng)中很少存在理想的線性系統(tǒng)，總是或多或少地存在著不同程度的非線性特性。為研究問題方便，當非線性特性不顯著或系統(tǒng)在非線性特性區(qū)域的工作范圍不大時，可將它們線性化，然后按線性系統(tǒng)處理。那么，可以線性化的元件稱為非本質性非線性元件，而不能線性化的元件稱為本質性非線性元件。系統(tǒng)中只要包含一個本質性非線性元件，就得用非線性微分方程來描述其運動過程。這種用非線性微分方程來描述的系統(tǒng)就稱為非線性系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，不能使用疊加原理。2.非線性系統(tǒng)：第一章緒論嚴格地講，實際的物理系統(tǒng)中很少存在理想的線性系統(tǒng)，總161.3.4按時間信號的性質分類1.連續(xù)系統(tǒng)：若系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的信號均為時間的連續(xù)函數，則稱這類系統(tǒng)為連續(xù)系統(tǒng)。0t連續(xù)信號按時間信號的性質可分為連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)。連續(xù)系統(tǒng)的運動規(guī)律可用微分方程描述。上述的水位控制系統(tǒng)和電動機調速系統(tǒng)均屬這類系統(tǒng)。第一章緒論1.3.4按時間信號的性質分類1.連續(xù)系統(tǒng)：0t連續(xù)信172.離散控制系統(tǒng)：0t離散信號系統(tǒng)中一處或幾處的信號為脈沖序列或數字編碼，則稱這類系統(tǒng)為離散系統(tǒng)。離散系統(tǒng)的運動規(guī)律可用差分方程描述。上述的電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)和數控機床控制系統(tǒng)均屬這類系統(tǒng)。第一章緒論2.離散控制系統(tǒng)：0t離散信號系統(tǒng)中一處或幾處的信號為脈沖181.定常系統(tǒng)：系統(tǒng)的參數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為常數。2.時變系統(tǒng)：系統(tǒng)的參數隨時間而變化。描述其動態(tài)特性的微分方程或差分方程的系數不為常數。按系統(tǒng)參數是否隨時間變化可分為定常系統(tǒng)與時變系統(tǒng)。1.3.5按系統(tǒng)參數是否隨時間變化分類第一章緒論1.定常系統(tǒng)：按系統(tǒng)參數是否隨時間變化可分為19

自動控制系統(tǒng)的分類方法很多，其中最常見的是按給定信號特點進行分類，可分為恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程控系統(tǒng)；以及按系統(tǒng)結構特點進行分類，可分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和復合控制系統(tǒng)。小結1.3控制系統(tǒng)分類自動控制系統(tǒng)的分類方法很多，其中最常見的是按給定信號201.3自動控制系統(tǒng)的分類1.3.1按信號傳送的特點或系統(tǒng)結構特點分類1.3.2按給定值的特點分類1.3.3按數學描述分類1.3.4按時間信號的性質分類1.3.5按系統(tǒng)參數是否隨時間變化分類第一章緒論1.3自動控制系統(tǒng)的分類1.3.1按信號傳送的特點或21按信號傳送特點或系統(tǒng)結構特點可以將控制系統(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，前已述及，故不贅述。1.3.1從信號傳送的特點或系統(tǒng)結構特點分類第一章緒論按信號傳送特點或系統(tǒng)結構特點可1.3.1從信221.3.2按給定值的特點分類一、恒值系統(tǒng)：1.定義——輸入信號r(t)為常值的系統(tǒng)。2.目的——保證輸出信號c(t)恒定。3.例如：調速系統(tǒng)（當給定電壓ug不變時），水池水位控制系統(tǒng)，空調、冰箱以及工業(yè)爐溫控制系統(tǒng)等。按給定信號特點可以將控制系統(tǒng)分為恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程控系統(tǒng)三大類。第一章緒論1.3.2按給定值的特點分類一、恒值系統(tǒng)：按23圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）上圖為電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)，電阻絲通過晶閘管主電路加熱，爐溫期望值用計算機鍵盤預先設置，實際爐溫由熱電偶檢測，并轉換成電壓（mv），經放大濾波后，由模/數轉換器（A/D）將模擬信號→數字信第一章緒論圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）24圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）號送入計算機。在計算機中與所設置的期望值比較后產生偏差信號。計算機便根據預定的控制算法（即控制規(guī)律）計算相應的控制量，再經D/A轉換變?yōu)?—10mA的電流，通過第一章緒論圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）號送入計算25圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）觸發(fā)器控制晶閘管的控制角α，從而改變晶閘管的整流電壓，也就改變了電阻絲中電流的大小，達到控制爐溫的目的。第一章緒論圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）觸發(fā)器控制264.優(yōu)點:計算機溫度控制系統(tǒng)，具有精度高、功能強、經濟性好、無噪聲、顯示醒目、讀數直觀、打印存檔方便、操作簡單、靈活性和適應性好等一系列優(yōu)點。恒值系統(tǒng)（續(xù)）圖1－12電阻爐微機溫度控制系統(tǒng)方框圖第一章緒論4.優(yōu)點:計算機溫度控制系統(tǒng)，具有精度高、功能恒值系273、例如：跟蹤目標的雷達系統(tǒng)、火炮群控制系統(tǒng)、導彈制導系統(tǒng)、參數的自動檢驗系統(tǒng)、X-Y記錄儀、船舶駕駛舵位跟蹤系統(tǒng)、飛機自動駕駛儀等等。二、隨動系統(tǒng)1、定義：給定值隨意變化而事先無法知道的系統(tǒng)。2、目的：使c(t)按一定精度跟蹤r(t)的變化。第一章緒論3、例如：跟蹤目標的雷達系統(tǒng)、火炮群控制系統(tǒng)、二、隨動系統(tǒng)28圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）其任務是使船舵角位置按給定指令變化，即要求θ0跟隨θi:θ0(t)=θi(t)。第一章緒論圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）其任務是29圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）該系統(tǒng)由船舵（受控對象）、電位計（測量、比較元件）、電機、減速器、電壓和功率放大器等組成。第一章緒論圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）該系統(tǒng)由30圖1－14

圖1－15船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)方框圖隨動系統(tǒng)（續(xù)）由兩個電位計組成橋式連接，Δu=ui-ua。若0=θi，則預先整定ui=u0,則Δu=0，電機不動，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。第一章緒論圖1－14圖1－15船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)方框圖隨動31若θi

變了，而θ0

未變，則有θ0≠θi

，ui≠u0，Δu≠0，從而使電機轉動，帶動船舵角位置θ0向θi要求的位置變化，直至θ0=θi，Δu=0，電機才停止。系統(tǒng)重又平衡。隨動系統(tǒng)（續(xù)）第一章緒論若θi變了，而θ0未變，則有θ0≠θi，ui≠u0，32隨動系統(tǒng)（續(xù)）4.優(yōu)點：控制對象簡單，指令信號事先無法知道其變化規(guī)律?？捎霉β屎苄〉闹噶钚盘柌倏v功率很大的工作機械，還可進行遠距離控制。三、程控系統(tǒng)：1、定義：給定值或指令輸入信號按預定程序變化的系統(tǒng)。2、目的：c(t)按預定的程序去運行。3、舉例：順序控制器、數控機床、仿形機床等。第一章緒論隨動系統(tǒng)（續(xù)）4.優(yōu)點：控制對象簡單，指令信號事先無法33程控系統(tǒng)（續(xù)）如圖所示為數控機床，其中的輸入處理、插補計算和控制功能可由邏輯電路實現，也可由計算機來完成。一般都將加工軌跡編好程序。并轉換成脈沖輸入，再將工作臺移動軌跡也換算成脈沖側出來與輸入脈沖比較后再換算成模擬信號用以控制伺服電動機SM。第一章緒論程控系統(tǒng)（續(xù)）如圖所示為數控機床，其中的輸入處34

按數學描述可以將控制系統(tǒng)分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。1.線性系統(tǒng)：

組成系統(tǒng)的所有元件均為線性元件時，即它們的輸入-輸出特性是線性的，這樣的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的運動過程可用線性微分方程（差分方程）來描述，其主要特點是具有齊次性和疊加性，最大的優(yōu)點是數學處理簡便，理論體系完整。1.3.3按數學描述分類第一章緒論按數學描述可以將控制系統(tǒng)分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)35嚴格地講，實際的物理系統(tǒng)中很少存在理想的線性系統(tǒng)，總是或多或少地存在著不同程度的非線性特性。為研究問題方便，當非線性特性不顯著或系統(tǒng)在非線性特性區(qū)域的工作范圍不大時，可將它們線性化，然后按線性系統(tǒng)處理。那么，可以線性化的元件稱為非本質性非線性元件，而不能線性化的元件稱為本質性非線性元件。系統(tǒng)中只要包含一個本質性非線性元件，就得用非線性微分方程來描述其運動過程。這種用非線性微分方程來描述的系統(tǒng)就稱為非線性系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，不能使用疊加原理。2.非線性系統(tǒng)：第一章緒論嚴格地講，實際的物理系統(tǒng)中很少存在理想的線性系統(tǒng)，總361