天津大學812 自動控制原理 第1章 自動控制的一般概念課件

自動控制原理一、主要內(nèi)容學習經(jīng)典控制的基本理論和基本方法，重點學習線性控制系統(tǒng)的基本理論和基本方法。主要內(nèi)容包括：控制系統(tǒng)的數(shù)學模型、控制系統(tǒng)的時域分析法、控制系統(tǒng)的根軌跡法、控制系統(tǒng)的頻域分析法、控制系統(tǒng)的常用校正方法等。視情況增加執(zhí)行器、離散控制系統(tǒng)基本知識二、所需相關知識電子學模擬部分、拉普拉斯變換、復變函數(shù)、MATLABFORWINDOWS語言等。三、教材及參考文獻[1]胡壽松等，《自動控制原理》，科學出版社，第5版，2007[2]楊文敏等，《MATLAB高級語言在控制工程中的應用實驗指導書》，1998；[3]施陽等，《MATLAB語言工具箱—TOOLBOX實用指南》，西北工業(yè)大學出版社，1999；四、教學安排

講課48課時，實驗8課時第一章自動控制的一般概念（4課時）第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學模型（8課時）第三章線性系統(tǒng)的時域分析法（10課時）第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法（6課時）第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法（10課時）第六章線性系統(tǒng)的校正方法（10課時）第一章控制系統(tǒng)的一般概念1-1 自動控制的基本原理與方式一、什么是自動控制

指在沒有人的直接參與下，利用外加設備或裝置（控制裝置或控制器）使機器、設備或生產(chǎn)過程（被控對象）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。如：恒溫控制、溫度曲線控制、導彈自動尋敵系統(tǒng)、直流穩(wěn)壓電源等。二、自動控制理論的發(fā)展古典控制理論：17世紀反饋調(diào)節(jié)器（如瓦特發(fā)明的蒸汽機飛球離心調(diào)節(jié)器）--

1868年系統(tǒng)穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)（馬克斯威爾、數(shù)學家勞斯及赫爾維茨）--二戰(zhàn)期間，奈奎斯特提出了頻率響應理論--1948年，萬斯提出根軌跡法。

特點：以傳遞函數(shù)為基礎，主要研究單輸入—單輸出、線性定常系統(tǒng)的分析和設計問題?，F(xiàn)代控制理論：發(fā)展于20世紀60年代初期。特點：主要研究具有高性能、高精度的多變量變參數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題。采用以狀態(tài)為基礎的時域方法。模糊控制技術(shù)：發(fā)展于20世紀80年代，基于模糊數(shù)學、模糊推理方法

三、反饋控制原理反饋：系統(tǒng)輸出量送回到輸入端，與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程。利用反饋進行控制的系統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng)。如溫度調(diào)節(jié)器：輸入量r（參考輸入）：輸入到控制系統(tǒng)的指令信號；主反饋b:與輸出成正比或某種函數(shù)關系，量綱與輸入相同；偏差e：等于參考輸入與主反饋之差；控制環(huán)節(jié)Gc：接受偏差信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換與運算產(chǎn)生所需的控制量；控制量u：來自控制環(huán)節(jié)，作用于控制對象的信號；擾動n：不希望的影響輸出的一些信號；被控對象G0：接受控制量，輸出被控制量；輸出c：反饋控制系統(tǒng)的被控制量；反饋環(huán)節(jié)H：將輸出轉(zhuǎn)換為主反饋信號的裝置；比較環(huán)節(jié)：獲得參考輸入與主反饋信號之差；

Ud為反向電動勢，與轉(zhuǎn)速成正比；有

當時，有從而消除了負載電流對轉(zhuǎn)速的影響。畫框圖步驟

1、確定系統(tǒng)輸出量（被控量）為系統(tǒng)的最終輸出

2、確定被控對象被控量的載體，為一獨立裝置；

3、確定測量環(huán)節(jié)系統(tǒng)通過測量元件測量被控量的環(huán)節(jié)；

4、確定輸入量與被控量相對應（注意：有時輸入量會通過某環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為易于比較的形式）；

5、比較環(huán)節(jié)測量環(huán)節(jié)的輸出與輸入量相比較；

6、按系統(tǒng)信號傳遞的順序確定其它環(huán)節(jié)（控制器、執(zhí)行器等）；也可從被控對象開始，考察各環(huán)節(jié)的控制量和輸出量，從右到左逐一確定；

二、電阻爐微計算機溫度控制系統(tǒng)P10

三、P17習題1-4水溫控制器1-3自動控制系統(tǒng)分類按控制方式：1、開環(huán)控制2、閉環(huán)控制3、復合控制按系統(tǒng)性能可分為：線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)；連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)；定常系統(tǒng)和時變系統(tǒng)；確定性系統(tǒng)和不確定性系統(tǒng)；按輸入量變化規(guī)律：1、恒值控制系統(tǒng)2、隨動控制系統(tǒng)3、程序控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)：輸入量為一常量，要求輸出量等于常量。系統(tǒng)分析、設計的重點是研究各種干擾對被控對象的影響以及抗擾動的措施隨動控制系統(tǒng)：輸入量是預先未知的隨時間變化的函數(shù)，要求被控量以盡可能小的誤差跟隨輸入量變化。系統(tǒng)分析設計的重點是被控量跟隨的快速性和準確性。如果被控量是機械位置或速度，則稱為伺服系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)：輸入量是按預定規(guī)律隨時間變化的函數(shù)，要求被控量快速、準確復現(xiàn)。如溫度曲線控制器。1-4對自動控制系統(tǒng)的基本要求一、基本要求：穩(wěn)定性、快速性和準確性，即穩(wěn)、快、準。穩(wěn)定性：保證系統(tǒng)正常工作的先決條件。被控量偏離期望值后，