自動(dòng)控制基本知識(shí)

自動(dòng)控制的基本概念2008.90引言

二十世紀(jì)以來對(duì)人類社會(huì)起重要作用的“三論”是：系統(tǒng)論、信息論、控制論。

控制論：

是研究自然、科學(xué)、人文等方面問題的統(tǒng)一的方法論。

工程控制論、生物控制論、社會(huì)控制論

基本概念、思想、方法NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系1自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)

例：人用手取物NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系例：火炮打飛機(jī)

NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系控制論中的三大要素：人用手取物火炮打敵機(jī)感覺器官：眼、耳檢測(cè)機(jī)構(gòu)：雷達(dá)中樞決策器官：大腦決策機(jī)構(gòu)：指揮儀效應(yīng)器官：手、腳執(zhí)行機(jī)構(gòu)：隨動(dòng)系統(tǒng)1、同構(gòu)理論2、信息的流通、交換3、反饋機(jī)制感知決策執(zhí)行NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系自動(dòng)控制：

是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備和裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)：

能夠?qū)Ρ豢刂茖?duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。

NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系控制任務(wù)：被控量給定量對(duì)應(yīng)的期望值被控量（即被控對(duì)象的輸出量）：是要求嚴(yán)格加以控制的物理量；控制裝置：對(duì)被控對(duì)象施加控制作用的機(jī)構(gòu)的總體?？刂葡到y(tǒng)方框圖：信號(hào)線方向NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系開環(huán)控制方式

控制裝置與被控對(duì)象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程，其特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用發(fā)生影響。2自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本形式開環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如下：

NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系例：電加熱爐爐溫開環(huán)控制電加熱爐

電加熱爐爐溫開環(huán)控制原理圖

NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系輸入信號(hào)：控制方框圖如下：

被控對(duì)象：電流（電壓）控制裝置：開關(guān)，電阻絲輸出信號(hào)：爐子爐溫

NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系例：直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的開環(huán)控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)控制原理圖

NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系控制方框圖如下：

輸入信號(hào)：被控對(duì)象：電壓控制裝置：電位器、功放、電機(jī)輸出信號(hào)：負(fù)載負(fù)載的轉(zhuǎn)速

NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系閉環(huán)控制方式指控制裝置與被控對(duì)象之間既有順向作用，又有反向聯(lián)系的控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖如下：

反饋原理：“檢測(cè)偏差再糾正偏差”

(利用偏差消除偏差)NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系例：電加熱爐爐溫閉環(huán)控制電加熱爐爐溫閉環(huán)控制原理圖

控制方框圖如下：

NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系例：直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制原理圖

控制方框圖如下：

NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系復(fù)合控制方式（略）開環(huán)控制與閉環(huán)控制的比較：穩(wěn)定性

精度

抗干擾結(jié)構(gòu)、功率、價(jià)格NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性3對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求1、穩(wěn)定性：

控制系統(tǒng)在實(shí)際工作過程中，總會(huì)受到內(nèi)部的或外界的各種因素的干擾（負(fù)載或能源的波動(dòng)、系統(tǒng)參數(shù)的變化、環(huán)境條件的改變等）。穩(wěn)定性通常分析系統(tǒng)在受到干擾后是否出現(xiàn)自激振蕩等現(xiàn)象。例如：

保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系穩(wěn)定平衡點(diǎn)

a不穩(wěn)定平衡點(diǎn)

a’有條件的穩(wěn)定平衡點(diǎn)

a”2、快速性：

快速性屬于動(dòng)態(tài)性能，動(dòng)態(tài)過渡過程的性能主要由快速性能和振蕩性能來描述。

NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系3、準(zhǔn)確性：

穩(wěn)態(tài)誤差是衡量控制系統(tǒng)控制精度的重要標(biāo)志。穩(wěn)態(tài)誤差是在系統(tǒng)過渡過程結(jié)束后，期望的穩(wěn)態(tài)輸出量與實(shí)際的穩(wěn)態(tài)輸出量之差。不同的系統(tǒng)對(duì)快速性能和振蕩性能側(cè)重不一如：火炮系統(tǒng)的快速性很重要車床的給進(jìn)系統(tǒng)不允許有振蕩NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系4時(shí)域性能指標(biāo)

下一頁約定：以系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)為準(zhǔn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)性能的描述。NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系延遲時(shí)間td（DelayTime）響應(yīng)曲線第一次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的一半所需的時(shí)間。上升時(shí)間tr（RisingTime）響應(yīng)曲線從穩(wěn)態(tài)值的10%上升到90%所需的時(shí)間。上升時(shí)間越短，響應(yīng)速度越快。對(duì)于震蕩系統(tǒng)，也可定義為由零開始，首次達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。峰值時(shí)間tp（PeakTime）響應(yīng)曲線達(dá)到第一個(gè)峰值所需要的時(shí)間。上頁圖NJUSTAUTOMATION南京理工大學(xué)自動(dòng)化系調(diào)節(jié)時(shí)間ts（SettlingTime）響應(yīng)曲線達(dá)到并永遠(yuǎn)保持在一個(gè)允許誤差范圍內(nèi)（5%或2%）所需的最短時(shí)間。超調(diào)量（MaximumOvershoot）指響應(yīng)的最大偏離量h(tp)與終值之差的百分比，即穩(wěn)態(tài)誤差ess