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。《自動控制原理》是本學(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、反饋饋控制系系統(tǒng)的基基本組成成反饋控制制系統(tǒng)：：被控對對象、控控制裝置置控制裝置置：由具具有一定定職能的的各種基基本元件件（部件件）組成成。測量元件件、給定定元件、、比較元元件放大元件件、執(zhí)行行元件、、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本概念前向通路路：從輸輸入端沿沿箭頭方方向到輸輸出端的的傳輸通通路主反饋通通路：輸輸出經(jīng)過過測量元元件到達(dá)達(dá)輸入端端的通路路主回路：：前向通通路+主主反饋通通路內(nèi)回路：：局部前前向通路路+局部部反饋通通路單回路系系統(tǒng)、多多回路系系統(tǒng)反饋控制制系統(tǒng)受受到的外外部作用用參考（有有用）輸輸入：決決定系統(tǒng)統(tǒng)被控量量的變化化規(guī)律擾動：系系統(tǒng)外部部擾動、、系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)部擾動動自動控制制系統(tǒng)的的基本控控制方式式反饋控制制方式：：按偏偏差進(jìn)行行控制，，較高的的動靜態(tài)態(tài)控制性性能；結(jié)結(jié)構(gòu)、線線路復(fù)雜雜，系統(tǒng)統(tǒng)分析與與設(shè)計較較復(fù)雜。。開環(huán)控制制（順序序控制））：系統(tǒng)統(tǒng)輸出量量對系統(tǒng)統(tǒng)的輸入入量不產(chǎn)產(chǎn)生影響響，結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單、、調(diào)整方方便、成成本低有兩種方式：按給定量控制如龍門刨床速度度控制系統(tǒng)將測測速發(fā)電機(jī)的輸輸出斷開，調(diào)節(jié)節(jié)CF的輸入電壓來調(diào)調(diào)節(jié)電機(jī)速度按擾動量控制利用可測量的擾擾動量，產(chǎn)生補(bǔ)補(bǔ)償作用復(fù)合控制方式：：（1）按偏差控控制+按擾動補(bǔ)補(bǔ)償控制（2）按偏差控控制+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)載其它新控制方式式：最優(yōu)控制、、預(yù)測控制、自自適應(yīng)控制、模模糊控制、神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)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自動控制制系統(tǒng)示例函數(shù)記錄儀飛機(jī)-自動駕駛駛儀系統(tǒng)電阻爐微機(jī)溫度度控制系統(tǒng)飛行模擬器的視視景系統(tǒng)1-3自動控制制系統(tǒng)分類分類方法按控制方式：開開環(huán)控制、閉環(huán)環(huán)控制、復(fù)合控控制按元件類型：機(jī)機(jī)械系統(tǒng)、電氣氣系統(tǒng)、機(jī)電系系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、、生物系統(tǒng)等。。按系統(tǒng)功能：溫溫度、壓力、位位置按系統(tǒng)性能：線線性與非線性、、連續(xù)與離散、、定常與時變按參考量變化規(guī)規(guī)律：恒值、隨隨動、程序控制制一、線性連續(xù)控制系系統(tǒng)由系數(shù)判定線性性時變系統(tǒng)、線線性定常系統(tǒng)線性定常系統(tǒng)根根據(jù)參考輸入量量又可分為：恒值控制系統(tǒng)、、隨動系統(tǒng)、程程序控制系統(tǒng)系統(tǒng)主要特點(diǎn)：：（1）恒值控制制系統(tǒng)參考輸入是個常常值，要求被控控量也等于常值值。外部擾動的存在在，被控量偏離離參考量而出現(xiàn)現(xiàn)偏差，控制系系統(tǒng)根據(jù)偏差產(chǎn)產(chǎn)生控制作用，，以克服擾動的的影響，使被控控量恢復(fù)到給定定的常值。（2）隨動系統(tǒng)統(tǒng)參考輸入是預(yù)先先未知的隨時間間任意變化的函函數(shù)，要求被控控量以盡可能小小的誤差跟隨參參考輸入量變化化。（3）程序控制制系統(tǒng)參考輸入是按預(yù)預(yù)定規(guī)律隨時間間變化的函數(shù)，，要求被控量迅迅速、準(zhǔn)確地復(fù)復(fù)現(xiàn)。線性定常離散系系統(tǒng)二、非線性控制制系統(tǒng)非線性系統(tǒng)的線線性化1-4對自動動控制系統(tǒng)的基基本要求1.對自動控制系統(tǒng)統(tǒng)基本要求穩(wěn)定性（穩(wěn)）、、快速性（快））、準(zhǔn)確性（準(zhǔn)準(zhǔn)）“穩(wěn)”與“快”是說明系統(tǒng)動態(tài)態(tài)（過渡過程））品質(zhì)。系統(tǒng)的過渡過程程產(chǎn)生的原因：系統(tǒng)中儲能能元件的能量不不可能突變?！皽?zhǔn)”是說明系統(tǒng)的穩(wěn)穩(wěn)態(tài)（靜態(tài)）品品質(zhì)穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)統(tǒng)正常工作的先先決條件線性控制系統(tǒng)的的穩(wěn)定性由系統(tǒng)統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)與與參數(shù)所決定的的，與外部條件件無關(guān)?？焖傩允窍到y(tǒng)在穩(wěn)定的的條件下，衡量量系統(tǒng)過渡過程程的形式和快慢慢，通常稱為“系統(tǒng)動態(tài)性能