自動控制系統(tǒng)的的基本原理與結構

第一章緒論

1.1.引言1.2.自動控制系統(tǒng)的的基本原理與結構★主要內容1.3.自動控制系統(tǒng)分類1.4.

對自動控制系統(tǒng)的基本要求

自動控制理論是研究自動控制共同規(guī)律的技術科學。它是采用數(shù)學的方法對自動控制系統(tǒng)進行分析與綜合的一般理論。所謂分析指在給出系統(tǒng)數(shù)學模型的基礎上確定系統(tǒng)的性能。所謂綜合指在對系統(tǒng)性能提出要求的基礎上，確定一個滿足要求的系統(tǒng)模型。1.1引言自動控制理論古典控制理論（20世紀40年代）

以傳遞函數(shù)為工具和基礎，以頻域法和根軌跡法為核心，研究單輸入-單輸出線性定常控制系統(tǒng)的分析與設計問題?，F(xiàn)代控制理論（20世紀60年代）以狀態(tài)空間法為標志和基礎，以矩陣論和近代數(shù)學方法作為工具，研究多輸入-多輸出、變參數(shù)（時變）、非線性、高精度等各種復雜系統(tǒng)的分析與設計問題。自動控制理論1.2自動控制系統(tǒng)的基本原理與結構

自動控制(Automaticcontrol):

所謂自動控制是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備或裝置(稱為控制器)，使機器、設備或生產過程(稱為被控對象)的某個工作狀態(tài)或參數(shù)(即被控量)自動地按照預定的規(guī)律運行。

自動控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)是為實現(xiàn)某一控制目標，將被控對象和控制裝置按照一定的方式連接起來組成的一個有機總體。

金屬切削機床的速度在電網電壓或負載變化時，能自動保持近似地不變,按照預定的程序自動地切削工件機器人按照預定的程序進行工作宇宙飛船能準確地在月球著陸，并進行成功回收

一.開環(huán)控制定義1.2.1開環(huán)控制(Open-loopcontrol)

開環(huán)控制是指控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程，按這種控制方式組成的系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。分類：1.按給定量控制方式組成的開環(huán)控制系統(tǒng)2.按擾動控制方式組成的開環(huán)控制系統(tǒng)圖1-1按給定量控制方式組成的開環(huán)控制系統(tǒng)框圖1.按給定量控制方式組成的開環(huán)控制系統(tǒng)圖1-2直流電動機轉速開環(huán)控制系統(tǒng)原理圖例圖1-3直流電動機轉速開環(huán)控制方框圖圖1-2直流電動機轉速開環(huán)控制系統(tǒng)原理圖例工作原理分析：

Rw向上→Ug↑→晶閘管整流裝置的觸發(fā)電路便產生一串與電壓Ug相對應的、具有一定相位的觸發(fā)脈沖去控制晶閘管的導通角→晶閘管放大器的輸出電壓Ud↑→

n

↑圖1-3直流電動機轉速開環(huán)控制方框圖各組成元件功能分析：輸入量（控制量）:用以控制電動機M轉速的給定電壓Ug被控對象:電動機輸出量（被控制量）:負載的轉速n①輸入量與輸出量一一對應。二.開環(huán)控制特點：②信號單方向傳遞即只有輸入量對輸出量產生控制作用。③系由統(tǒng)反取映速絨度快,但沒噸有抗歉干擾墨能力,控制較精度踩不高墓。控制器被控對象輸入量輸出量控制信號擾動量一.閉環(huán)藥控制班定義陰：閉環(huán)挪控制賢是指脊控制嶺裝置茂與被曲控對防象之凍間既卡有順截向作煎用，稍又有明反向度聯(lián)系槐的控訓制過客程。這種石控制隔系統(tǒng)省由于途存在艘輸出塵對輸啊入的準反饋案，因副此對丘系統(tǒng)秤的輸裹出形領成了軍一個洽閉合幟的回碎路，儀故稱判為閉吧環(huán)控幣制系際統(tǒng)，完又稱刺反饋古控制血系統(tǒng)飽。1.形2.槐2閉環(huán)咐控制(c規(guī)lo稱se斥d-蛙lo燈op掘c鏟on磚tr鉆ol撞)二.閉環(huán)鹿控制瓶系統(tǒng)押的組臭成給定元件Commandinput控制器Controller測量元件MeasuringDevice放大元件Amplifier執(zhí)行元件Actuator比較元件Comparator被控對象ControlledsystemDisturbanceinput三.閉環(huán)莫控制貿系統(tǒng)功的結上構原旺理圖圖1-昆6閉環(huán)得控制劇系統(tǒng)模組成識框圖圖中抬，用懷“倦”代馬表多赤路信筑號匯址合點飛，“+”表示偶信號倒相加粥，“-”表示垃信號枝相減未。測量臥元件磁：其扔職能暮是測伴量被謝控制歌的物頁理量;給定源元件功：其仰職能椒是給咳出與臉期望筆的被污控量相對共應的村系統(tǒng)租輸入筒量（倉即參圣據(jù)量懂）。比較裁元件亂：把狗測量懷元件合檢測踐的被征控量奴實際冊值與軍給定施元件昂給出倆的參才據(jù)量佳進行倘比較秘，求珍出它奧們之渣間的笛偏差奮。放大喜元件匹：將參比較濱元件起給出糠的偏儉差進谷行放淚大，撿用來苦推動輪執(zhí)行參元件游去控久制被自控對短象。執(zhí)行恨元件撇：直影接推火動被播控對鉗象，每使其肉被控誼量發(fā)遺生變以化。校正蘋元件賺：亦按稱補刊償元諷件，們它是汪結構素或參挑數(shù)便擺于調勤整的求元件爬，用代串聯(lián)皺或反定饋的巨方式另連接蛛在系搏統(tǒng)中詠，以擺改善優(yōu)系統(tǒng)烈性能碗。圖1-虜7直流扇電動櫻機轉岡速閉殿環(huán)控草制系騙統(tǒng)圖1-透8直流當電動塘機轉笨速閉拔環(huán)控對制方塵框圖工作重原理竿分析嗚：當系屠統(tǒng)受駐到擾戰(zhàn)動影茂響，毅如電旁動機捐的負燒載轉幟矩TL↑→流經廢電動紐奉機電海樞中筆的電話流Id↑→電樞卻電阻嘉上的壓降↑→n↓→Uf↓→△U士=與(Ug-Uf)↑→Uk↑→Ud↑→n↑圖1-應8直流暖電動掠機轉逆速閉只環(huán)控賭制方判框圖例圖1-喝17是一燭個控朗制導塵彈發(fā)除射架谷方位烈的角身位置吐隨動牧系統(tǒng)介原理胡圖。躲圖中櫻，電拖位器P1攏,P譽2并聯(lián)粒后跨上接到輔同一免電源E0的兩剃端，風其滑喜臂分蘿別與們輸入帥軸和攀輸出高軸相寶連接凡，以急組成階方位兩角的涂給定毒裝置奪和反惠饋裝炊置。貝輸入詞軸由膀手輪進操縱籮，輸鑼出軸尸則由傅電動墻機經泡減速程器后植帶動吹，電比動機羊采用艷電樞鉤控制畢方式暢工作勻。它慕的原徐理框狀圖如發(fā)圖1-似18所示宋。圖1-擦17角位敗置隨街動系瘋統(tǒng)的騎原理士圖圖1-術17角位砌置隨疊動系艦統(tǒng)的肉原理能圖圖1-茅17角位圣置隨結動系繪統(tǒng)的酬原理倚圖圖1-慌18角位吩置隨剪動系茫統(tǒng)的老方框箭圖2．工腿作原撐理分葡析：當發(fā)男送電鄉(xiāng)豐位器P1與接幣收電窗位器P2的轉叉角相辰等，永即導慨彈發(fā)杏射架療的方衣位角次與輸雹入軸燭方位濤角一榆致時送，Ue=Ui楚-U薄o=Ua=0，此篇時，蝦兩環(huán)兄形電害位器六組成茶的橋呈式電光路處威于平叢衡狀木態(tài)，徐無電拜壓輸栗出，鍛表示繞此時紛跟蹤累無偏筋差，嘴電動續(xù)機不掀動，蛋系統(tǒng)爐處于嶄靜止技狀態(tài)泛。2．工塵作原把理分狐析：當搖漆動手秧輪使贈電位嚇器P1的滑抖臂轉夾過一便個輸快入角貝的瞬絹間，兩由于群輸出釋軸的箭轉角,于是窗出現(xiàn)厘了一設個誤符差角界，該盡誤差薪角通燒過電耽橋P1，P2轉換盯成偏蕩差電尾壓旺，怠經放倡大后藥驅動施電動者機轉與動，愿在通忙過減狼速器俯帶動傲導彈訓發(fā)射叉架轉宏動的斧同時凍，通議過輸框出軸帆帶動障電位侵器P2的滑鴉臂向村要終求的消方向手偏轉杜，直茄到為止崖。此叔時，邪，崗偏差屯電壓囑，之系統(tǒng)贊達到倍新的位平衡個狀態(tài)蹲，電桿動機浮停止愿轉動大，這摧時，爹導彈垂發(fā)射換架停直留在弟相應性的發(fā)活射角庭上。個只要部，偏遞差就陣會產翁生調綱節(jié)作殖用，游控制跪的結您果是阿消除煌偏差凝，張使輸風出量膏嚴格繞地跟顯隨輸旁入量泛而鍛變化桃，從知而達失到角漢位置魂跟蹤聚的目童的。1．各何組成佩元件促功能唐分析崗：給定塘量：黑手輪甚的角委位移被控麻對象暫：導孝彈發(fā)宅射架被控咐量：寄導彈短發(fā)射萬架的腿角位稿移控制艦裝置?。航o定塞元件—發(fā)送國電位抓器測量扁與比班較元賽件—電位翅器P1，P2性,把系消統(tǒng)的遺輸入撤與輸憶出的鹽位置封信號裙轉換攔成與榴之成幼比例立的電緒壓信潑號，稍并進鞠行比除較執(zhí)行丸元件—電動毅機與尚減速徐器①按偏差控制原則四.閉環(huán)控制的特點：②信號傳遞是雙方向的：既有輸入量對輸出量的作用，又有輸出量對輸入量的作用?？刂菩盘柨刂破鞅豢貙ο?/p>

測量元件擾動量輸入量反饋量偏差量輸出量③系統(tǒng)具有服從給定,抵抗擾動的能力。④提高了控制精度?？刂菩盘柨刂破鞅豢貙ο?/p>

測量元件擾動量輸入量反饋量偏差量輸出量一.復合觀控制蓮定義申：將開兇環(huán)和撇閉環(huán)皺控制醫(yī)結合值在一繼起構徑成開匠環(huán)—閉環(huán)勸控制榨方式臂，稱船為復匯合控放制。復合道控制盤實質闊上是栗在閉罷環(huán)控冊制回資路的你基礎足上附樸加一杏個輸孤入信衫號或倚擾動歪信號早的前醬饋通腐路，獄對該神信號宴實行跡加強任或補墊償以歸提高定系統(tǒng)港的控僑制精鉤度。1.隱2.玻4復合佳控制騰系統(tǒng)圖1-搶9按輸昂入信輝號補綢償?shù)恼Q復合筒控制崇系統(tǒng)臣方框畝圖按輸拔入信尖號補扮償?shù)氖秃狭⒖刂茍?zhí)是一刺種對圓控制館能力規(guī)的加慮強作產用。通常存，補促償裝趕置可嘉提供講一個吼輸入梯信號牙的微賭分作刷用，戰(zhàn)并作疫為前饋樣控制紡信號脅，與逢原輸辱入信綱號一開起對晴被控脊對象棋進行運控制違，以提翅高系圓統(tǒng)的吳跟蹤奧精度病。1.按輸挽入信煉號補掌償?shù)挠聫秃咸嚎刂茡湎到y(tǒng)控制器被控對象擾動量輸入量反饋量偏差輸出量2.按擾懸動信驢號補紋償?shù)臑膹秃霞部刂破枷到y(tǒng)補償器＋圖1-鳴10按擾濫動信錯號補隊償?shù)膶秃下榭刂铺肯到y(tǒng)詳方框蘇圖按擾證動作甩用補芬償?shù)淖阊a償膚裝置垂，能子夠在芳可測委擾動博對系庸統(tǒng)的判不利片影響暫產生襖前，每提供堡一個劃控制得作用眉以抵濁消擾動歌對系慶統(tǒng)輸禁出的福影響肢。①控制精度高。3.復合控制特點：②可抑制幾乎所有的可測擾動量。例圖1-桃23是一梁個谷測物濕董度自捆動控浴制系媽統(tǒng)示穗意圖賺。它濁的原參理框眉圖如桶圖1-淋24所示鳥。在讓谷物漢磨粉洗的生憲產過程程中駱，有各一個孩出粉鞠最多福的濕奔度，津因此第，磨靜粉之升前要鏟給谷岡物加賓水以飽得到階給定鬧的濕棵度。端圖中允，谷羊物用翅傳送廈裝置評按一守定流左量通焰過加幅水點杏，加察水量忽由自于動閥疼門控環(huán)制。確加水賞過程仿中，饞谷物喘流量稀、加晶水前妥谷物傾濕度湖以及匆水壓燭都是原對谷馬物濕榜度控倚制的副擾動拆作用兆。為顯了提咐高控志制精擱度，蛾系統(tǒng)凱中采摘用了龍谷物舉濕度妨的前握饋控瘋制。2．工品作原哭理分免析：設在選出口圾處的交濕度宮測量蓬裝置饞測量烈輸出禾谷物害的實怖際濕偶度并衫將信槽號反每饋到贏調節(jié)質器，豈構成覽系統(tǒng)效的主塞反饋爐通道掩。若答輸出揉谷物沈濕度詞與調待節(jié)器腔中設猾定的她濕度蘭值不哪一致臣，就宿會產叉生偏那差信專號，予通過葡調節(jié)途器控簽制閥將門調乘節(jié)水漠量，蟲使谷奏物濕移度向疏設定肆值調敗節(jié)。域入口說處的錢濕度密測量跌裝置短測量勁入口炕處的告谷物耕濕度垃，并趁將信住號直要接傳紛到調辰節(jié)器沉，構陰成系還統(tǒng)的暑前饋果通道仙。若勒從入門口處習進入催的谷丙物的慕濕度膠與設摸定值惡不一潤致，顛調節(jié)磚器可瘋以及姻時調跳節(jié)閥僑門，霉對谷撫物濕簡度進倡行預鎖先調赤節(jié)，陸使系刑統(tǒng)輸告出濕肉度的配調節(jié)嫁過程同更加度平穩(wěn)特、準尺確。調節(jié)鏈器傳送底裝置輸入量反饋量輸出量擾動量濕度輛傳感庭器閥門濕度掃傳感馬器輸入籮量→期望譽的谷少物濕平度輸出散量→輸出錢的谷物濕煎度擾動術量→輸入皆的谷物濕沒度被控頸對象→傳送靜裝置爐上的谷物控制怎裝置宋：測裹量元盲件—濕度山傳感夾器執(zhí)行且元件—調節(jié)振器、遮閥門補償奸器＋擾動量控制器被控對象輸入量反饋量輸出量

測量元件偏差量測量臥元件反饋量控制器被控對象輸入量輸出量偏差量擾動量控制器被控對象輸入量輸出量控制信號擾動量開環(huán)閉環(huán)復合1.驗3自動座控制佳系統(tǒng)竹分類按控企制方問式分閉環(huán)柳控制(反饋著控制)開環(huán)喇控制復合暗控制按系批統(tǒng)功監(jiān)用分溫度號控制廣系統(tǒng)壓力丘控制樣系統(tǒng)位置傻控制編系統(tǒng)暫皂按輸休入量眨變化車規(guī)律男分恒值趁自動頃調節(jié)仇系統(tǒng)隨動榴系統(tǒng)程序撓自動疾控制輕系統(tǒng)恒值且自動軍調節(jié)當系統(tǒng)（Co鍛ns虛ta鍛nt菌A閃ut鏈om派at陳ic森R爛eg疤ul秩at務in茄g餓Sy明st脾em）特點森：樓輸入姻量是險恒定棄值功能粉：克敞服各何種對瓜被調偵節(jié)量莫的擾喜動而妥保持峽被調節(jié)燦量為外恒值隨動獅系統(tǒng)（Se臂rv鬧o-晝me圣ch刮an鐘is創(chuàng)m）特點幕：輸叫入量球是未割知時蛋間函犯數(shù)，寶要求耳輸出殼以最扒小誤差踢跟隨洽輸入功能短：按從預先笛未知句的規(guī)虹律來聯(lián)控制冰被控公量程序扎自動岔控制晨系統(tǒng)特點：輸入量是已知時間函數(shù)，要求輸出以最快速度跟隨輸入變化(P聲ro真gr呢am疼me幟d油Au季to鑒ma件ti石c在Co著nt孝ro戴l斑Sy扁st饒em糕)功能:自動控制系統(tǒng)給定環(huán)節(jié)給出的給定作用是一個預定的程序,系統(tǒng)按該預定程序來控制被控量按系嶄統(tǒng)性乓能分非線導性系杜統(tǒng)連續(xù)俯系統(tǒng)定常灣系統(tǒng)時變光系統(tǒng)確定鑄性系具統(tǒng)不確爭定性小系統(tǒng)離散將系統(tǒng)線性箭系統(tǒng)從描拾述系嚴統(tǒng)微鉗分方叉程分⒈線性喘控制希系統(tǒng)式中潤：c（t）是刺被控奸量r（t）是功系統(tǒng)駱輸入惰量只要黑有一絞個以穴上隨殘時間等變化妖，就架叫線則性時蜘變系榮統(tǒng)（9章）2.非線樸性系刺統(tǒng)描述惹系統(tǒng)r(慕t)與y(慘t)之間議關系漆用非泊線性歷方程蛾（8章）此方雨程的碎特點叨是系咱數(shù)與擋變量歡有關炭，或妨者方城程中僵含有辨變量拔及其葛導數(shù)暫的高鎖次冪影或乘落積項漢。按系低統(tǒng)內若部信平號性史質分1.系統(tǒng)窄內部咐每個猜信號收均是尺時間平的連飽續(xù)函諸數(shù)——叫連罪續(xù)控跡制系娃統(tǒng)2.系統(tǒng)累內部忙有一殖個或豎兩個垮信號暑是時嘩間的花離散禿函數(shù)——叫離閥散控順制系踩統(tǒng)（7章）按系偵統(tǒng)變爸量個華數(shù)分1.單變儉量控麻制系隆統(tǒng)在一彎個控舅制系喝統(tǒng)中飾，如芬果只牛有一登個輸庭入量擠和一菠個輸掠出量咱則這跳類系專統(tǒng)稱么為單辱變量只控制宴系統(tǒng)脾，又川叫單效輸入射單輸撲出系補統(tǒng)。圖1-滾12單變枕量多咐回路孟系統(tǒng)按系繼統(tǒng)變晚量個舉數(shù)分2.多變卸量控刺制系檔統(tǒng)在一籠個控民制系雀統(tǒng)中殺，如規(guī)果有恒多個治輸入悠量和巨多個與輸出謀量，樣且各受控制碌回路奏相互梳之間頂有耦疫合關旬系，縣則稱枕這種揚系統(tǒng)爸為多巧變量勁控制串系統(tǒng)夕，也壇叫多立輸入挪多輸售出控僵制系壁統(tǒng)，圖1-精13多變雷量控填制系溪統(tǒng)穩(wěn)定碌性：1對恒鴨值系典統(tǒng)，母要求側當系辨統(tǒng)受腳到擾倡動后趴，經少過一貫定時時間的良調整蛇能夠爽回到許原來穩(wěn)的期切望值企。2對隨奪動系飯統(tǒng)，點被控墓制量估始終期跟蹤陰參據(jù)涂量的葉變化錦。穩(wěn)定土性是艱對系粗統(tǒng)的治基本隨要求編，是吊保證陪系統(tǒng)膝正常許工作衡的先獨決條井件。霧不穩(wěn)夠定的林系統(tǒng)污不能駐實現(xiàn)做預定塘任務叼。穩(wěn)災定性成，通正常由梯系統(tǒng)鏈的結劍構決給定與芒外界掩因素底無關弓。1.謙4對自愿動控淘制系熱統(tǒng)的母基本勒要求可以冒歸結天為穩(wěn)定性混（長屯期穩(wěn)曬定性川）、準確性阻（精團度）偉和快速性天（相田對穩(wěn)僚定性恢）。穩(wěn)準快對過艷渡過撫程的藍形式聲和快溝慢提永出要廢求，膊一般扔稱為編動態(tài)返性能圓。穩(wěn)定均高射倉炮射窮角隨標動系蘿統(tǒng)，簽雖然辛炮身縣最終統(tǒng)能跟衡蹤目差標，泊但如敢果目報標變綱動迅產速，而炮環(huán)身行混動遲漁緩，扶仍然惜抓不樂住目蒼標。Δ快速陣性：準確廢性：用穩(wěn)見態(tài)誤舅差來色表示義。在參激考輸晴入信參號作便用下睛，當納系統(tǒng)浮達到短穩(wěn)態(tài)毒后，色其穩(wěn)添態(tài)輸楊出與職參考妖輸入廳所要黃求的著期望倉輸出來之差踩叫做宴給定峽穩(wěn)態(tài)康誤差舍。顯