控制系統(tǒng)的一般概念

控制系統(tǒng)的一般概念第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月本章主要內(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

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。2第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1引言產(chǎn)生的背景工業(yè)過程中需要更快更準確更安全的控制方式，科學(xué)的發(fā)展促使了自動控制理論的應(yīng)用。自動控制在無人直接參與的情況下，通過控制器使被控對象或過程按照預(yù)訂要求變化。自動控制科學(xué)研究的內(nèi)容在惰性和擾動存在的客觀條件下控制某些物理量按照指定的規(guī)律變化。3第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月人工控制和自動控制的舉例人工控制自動控制煎雞蛋的油溫控制電飯煲自行車的速度控制空調(diào)汽車駕駛抽水馬桶收音機音量調(diào)節(jié)導(dǎo)彈飛行控制普通電燈開關(guān)聲控光控路燈4第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月經(jīng)典控制和現(xiàn)代控制的區(qū)別研究對象數(shù)學(xué)工具常用分析方法局限性經(jīng)典控制理論單輸入-單輸出線性定長系統(tǒng)微分方程，傳遞函數(shù)時域分析法，頻域分析法，根軌跡法對復(fù)雜多變量系統(tǒng)，時變和非線性系統(tǒng)無能為力現(xiàn)代控制理論多輸入-多輸出變系數(shù)，非線性系統(tǒng)線性代數(shù)，矩陣理論狀態(tài)空間法比較繁瑣（但由于現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展，局限性已得到改善）5第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2開環(huán)控制與閉環(huán)控制◆開環(huán)控制◆閉環(huán)控制◆復(fù)合控制

6第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月開環(huán)控制系統(tǒng)

Open-loopControlSystem◆定義：系統(tǒng)的控制輸入不受輸出影響的控制系統(tǒng)◆特點：系統(tǒng)的輸出量與輸入量間不存在反饋的通道，這種控制方式稱為開環(huán)控制

控制器被控制對象給定值輸出量按給定值控制的原理方框圖7第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月自控起源—計時裝置8第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月開環(huán)系統(tǒng)——沙漏計時9第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月閉環(huán)控制系統(tǒng)

Closed-loopControlSystem閉環(huán)控制系統(tǒng)又稱反饋控制系統(tǒng)反饋——把取出的輸出量送回輸入端，并與輸入信號相比較產(chǎn)生偏差信號的過程，稱為反饋。反饋控制——采用負反饋(正反饋較少)并利用偏差進行控制的過程（利用偏差修正偏差）。反饋控制也稱為閉環(huán)控制。10第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月手臂,手人眼輸入信號大腦人眼輸出信號用自動裝置代替人工操作11第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖反饋回路被控量輸入量控制器控制對象測量元件輸出量干擾量12第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月閉環(huán)控制——之水鐘計時延祐銅漏壺是依據(jù)水流量計時的儀器。中國元代延祐三年（1316年）鑄造，現(xiàn)藏中國歷史博物館。13第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月閉環(huán)控制——之水鐘計時原理14第14頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月自動控制標志—之飛輪調(diào)速器15第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月自動控制標志之飛輪調(diào)速16第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月閉環(huán)與開環(huán)控制系統(tǒng)的比較

開環(huán)控制系統(tǒng)：

1.結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟

2.調(diào)試方便

3.抗干擾能力差，控制精度不高。

閉環(huán)控制系統(tǒng)：

1.系統(tǒng)具有糾正偏差的能力。

2.抗擾性好，控制精度高。

3.包含元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高。

4.參數(shù)應(yīng)選擇適當。

開環(huán)＋閉環(huán)＝復(fù)合控制系統(tǒng)17第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月復(fù)合控制系統(tǒng)

CompoundControlSystem定義：開環(huán)和閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制方式構(gòu)成高精度控制系統(tǒng)的一種有效控制方式，使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能。復(fù)合控制的兩種基本形式按輸入前饋補償?shù)膹?fù)合控制按干擾前饋補償?shù)膹?fù)合控制18第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月干擾補償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)框圖輸入量控制器控制對象測量元件輸出量反饋回路被控量干擾量前饋補償19第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月輸入補償?shù)膹?fù)合控制系統(tǒng)框圖輸入量控制器控制對象測量元件輸出量反饋回路被控量干擾量前饋補償20第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3控制系統(tǒng)舉例隨動系統(tǒng)保持被控制量等于某一個不能預(yù)知的變化量?？朔豢貙ο蟮亩栊?。恒值控制系統(tǒng)保持被控制量等于某一整定的恒值。各種使被控量偏離整定值的擾動。21第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4控制器的組成與對控制系統(tǒng)的要求輸出量串聯(lián)補償元件放大元件執(zhí)行元件被控對象反饋補償元件測量元件輸入量主反饋反饋控制系統(tǒng)基本組成22第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月23第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月24第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月控制系統(tǒng)的基本要求之穩(wěn)定性

1.穩(wěn)定性系統(tǒng)動態(tài)過程的振蕩傾向及其恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。穩(wěn)定的系統(tǒng)當輸出量偏離平衡狀態(tài)時，其輸出能隨時間的增長收斂并回到初始平衡狀態(tài)。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。控制系統(tǒng)穩(wěn)定性由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所決定，與外界因素?zé)o關(guān)。穩(wěn)定性由控制系統(tǒng)內(nèi)部儲能元件的能量不可能突變所產(chǎn)生的慣性滯后作用所導(dǎo)致。穩(wěn)定性的要求是系統(tǒng)工作的首要條件。25第25頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2.精確性控制精度，是指在調(diào)整過程結(jié)束后輸出量與給定的輸入量之間的偏差。以穩(wěn)態(tài)誤差來衡量?？刂葡到y(tǒng)的基本要求之精確性t01輸入r(t)t01輸入c(t)12