自動控制原理第六版課件-第一章資料講解

自動控制原理第六版課件-第一章一、課程的主要內(nèi)容控制系統(tǒng)的建模、時域分析、根軌跡、頻率特性分析、頻率法校正系統(tǒng)、離散系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)等（教材前八章內(nèi)容）。二、課程的內(nèi)容重點數(shù)學模型、時域分析、根軌跡、頻率特性分析、頻率法校正系統(tǒng)等。三、相關(guān)課程

先導課程：高等數(shù)學及工程數(shù)學、電路理論、電子技術(shù)等；

后續(xù)課程：現(xiàn)代控制理論、自動控制系統(tǒng)、智能控制理論等。四、學習要求1、堅持及時預習、復習；2、獨立完成作業(yè)、實驗與實驗報告AutomaticControlTheory第一章自動控制的一般概念1.1引言

1、理論形成的背景

1765年，瓦特發(fā)明蒸汽機，工業(yè)與軍事的需要，電子技術(shù)的發(fā)展，···，推動了控制理論的不斷地向前發(fā)展。2、創(chuàng)建控制理論代表人物：維納（Wiener）、勞斯（Routh)、胡爾維茨（Hurwitz）、伯德（H.W.Bode）、奈奎斯特（Nyquist）、李雅普諾夫（Ляпунов）、扎德(Zadeh)、傅京孫等.AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念3、問題的提出（1）人類社會進步的需要（2）科學技術(shù)發(fā)展的需要①減輕勞動強度；②提高勞動效率簡單復雜低級高級手動自動AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念1.2

自動控制理論的發(fā)展1.經(jīng)典控制理論(20世紀40~60年代):

研究對象:單輸入單輸出(SISO)、線性定常系統(tǒng);

研究方法:傳遞函數(shù)、根軌跡、頻率特性2.現(xiàn)代控制理論(20世紀60~70年代):

研究對象:多輸入多輸出(MIMO)、非線性、時變系統(tǒng);

研究方法:狀態(tài)空間法.3.智能控制與大系統(tǒng)理論(20世紀70年代~):

研究對象:多輸入多輸出(MIMO)、非線性、時變復雜系統(tǒng);

研究方法:模糊規(guī)則、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與算法等智能方法.

AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念1.3本章的重點、難點與考點一、重點：控制系統(tǒng)基本概念的理解、閉環(huán)（反饋）系統(tǒng)的特征、方框圖的繪制、工作原理分析二、難點：系統(tǒng)方框圖的繪制、工作原理分析三、考點：1、基本概念

*2、控制系統(tǒng)方框圖的繪制、工作原理分析AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念1.4自動控制的基本概念

1、重要概念1).自動控制:指在沒有人直接參與的情況下,利用控制器(控制裝置),使被控對象(或過程)的被控量(物理量或狀態(tài))自動地按照預定的規(guī)律運行.(1).控制器(控制裝置)除去被控對象以外的具有測量、計算、放大和執(zhí)行功能的部分;(2).被控對象(或過程)被控制的具體的機器設(shè)備、生產(chǎn)過程.是系統(tǒng)的主體.2).自動控制系統(tǒng):指承擔控制任務(wù)的被控對象和控制裝置的總體.AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念被控對象自動控制系統(tǒng)給定元件、測量元件、控制裝置比較元件、放大元件、

執(zhí)行元件、校正元件3).負反饋控制(原理):將系統(tǒng)的被控量(/輸出)反送到輸入端與給定量(/輸入)相比較,并利用所得到的偏差信號來引起控制器產(chǎn)生控制量進行控制,以減小或消除偏差.其實質(zhì)是:按偏差進行控制.2、常用概念控制對象(過程)、控制器(控制裝置)、系統(tǒng)、輸出(被控量)、輸入(給定)、操作量(控制量)、擾動(量)、(靜態(tài)/動態(tài))特性等.AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念1.5基本控制方式

1.開環(huán)控制:指系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)不產(chǎn)生控制作用的控制方式.開環(huán)控制有兩種情形：1）按給定值控制;輸出輸入控制器被控對象2）按擾動補償控制(/順饋控制)輸入控制器被控對象補償環(huán)節(jié)擾動輸出AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念2.閉環(huán)控制(/反饋控制):指系統(tǒng)的輸出信號對系統(tǒng)的控制作用有直接影響的控制方式.

輸出檢測元件輸入控制器被控對象3.復合控制:指閉環(huán)控制與開環(huán)控制相結(jié)合的控制方式.或者說,是偏差控制和順饋控制相結(jié)合的控制方式.復合控制亦有兩種情形:

1）附加給定輸入補償;2）附加擾動輸入補償AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念

1）附加給定輸入補償;

2）附加擾動輸入補償G2(s)Gr(s)G1(s)由于前饋補償裝置Gr(s)引入，相當于在系統(tǒng)中增加了一個輸入信號Gr(s)R(s)，如果Gr(s)選取合適，則可使它產(chǎn)生的誤差信號與R(s)產(chǎn)生的誤差信號相比，大小相等、方向相反，實現(xiàn)全補償。選擇合適的Gn(s)對輸出進行補償，以抵消因為N(s)通過G2（s)對C(s)的影響。AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念1）按給定值控制輸出輸入G1(s)G2(s)2）按擾動控制4.

比較“開環(huán)控制”與“復合控制”G2(s)Gr(s)G1(s)輸入G1(s)G2(s)Gn(s)擾動輸出AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念1.6

自動控制系統(tǒng)的分類及基本組成1.分類:要求掌握方法.尤其是線性與非線性系統(tǒng)的分類.1.7

對控制系統(tǒng)的基本要求1.“穩(wěn)”定性:基本要求.穩(wěn)定裕度(h,γ)要合理;2.基本組成:要求掌握各元件的作用及其在系統(tǒng)中的相對位置.2.“快”速性:動態(tài)要求.超調(diào)量σ要小,調(diào)節(jié)時間ts要短;3.“準”確性:穩(wěn)態(tài)要求.穩(wěn)態(tài)誤差ess要小.1.8

自動控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計主要分析工具：Matlab平臺AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念1.9

系統(tǒng)分析（1）、請在圖中標示出a、b、c、d

應(yīng)怎樣連接才能成為負反饋系統(tǒng)？（2）、試畫出系統(tǒng)的方框圖，并簡要分析系統(tǒng)的工作原理。例題1：

下圖是一電動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)工作原理圖：KM+E

給定ur

放大器觸發(fā)器

整流器電抗器電動機負載

測速發(fā)電機

abc+ufd–ua

n解：⑴、a與d，b與c分別相連，即可使系統(tǒng)成為負反饋系統(tǒng)；⑵、系統(tǒng)方框圖為：AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念uf△un給定ur放大器觸發(fā)器整流器電動機負載測速發(fā)電機例題2：

教材Page3之圖1-2龍門刨床速度控制系統(tǒng).uKu0uautAutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念例題3：下圖是一電爐溫度控制系統(tǒng)原理示意圖。試分析系統(tǒng)保持電爐溫度恒定的工作過程，并指出系統(tǒng)的被控對象、被控量以及各部件的作用，最后畫出系統(tǒng)方塊圖。(習題1-5)

解：⑴、系統(tǒng)工作過程及各部件的作用（略）；⑶、系統(tǒng)方框圖為：⑵、被控對象：電動機；被控量：電動機轉(zhuǎn)速；AutomaticControlTheory§1.自動控制的一般概念解：⑴、系統(tǒng)工作過程及各部件的作用（略）；⑶、系統(tǒng)方框圖為：⑵、被控對象：電爐；被控量：電爐爐溫；uf△uT給定ur放大器調(diào)壓器電阻絲電爐