《自動控制原理》李素玲-第一章第三節(jié)解讀課件

1.3自動控制系統(tǒng)的分類1.3.1按信號傳送的特點(diǎn)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類1.3.2按給定值的特點(diǎn)分類1.3.3按數(shù)學(xué)描述分類1.3.4按時間信號的性質(zhì)分類1.3.5按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化分類第一章緒論1.3自動控制系統(tǒng)的分類1.3.1按信號傳送的特點(diǎn)或1按信號傳送特點(diǎn)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可以將控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和復(fù)合控制系統(tǒng)三大類，前已述及，故不贅述。1.3.1從信號傳送的特點(diǎn)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類第一章緒論按信號傳送特點(diǎn)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可1.3.1從信21.3.2按給定值的特點(diǎn)分類一、恒值系統(tǒng)：1.定義——輸入信號r(t)為常值的系統(tǒng)。2.目的——保證輸出信號c(t)恒定。3.例如：調(diào)速系統(tǒng)（當(dāng)給定電壓ug不變時），水池水位控制系統(tǒng)，空調(diào)、冰箱以及工業(yè)爐溫控制系統(tǒng)等。按給定信號特點(diǎn)可以將控制系統(tǒng)分為恒值系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程控系統(tǒng)三大類。第一章緒論1.3.2按給定值的特點(diǎn)分類一、恒值系統(tǒng)：按3圖1－12電阻爐微機(jī)溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）上圖為電阻爐微機(jī)溫度控制系統(tǒng)，電阻絲通過晶閘管主電路加熱，爐溫期望值用計(jì)算機(jī)鍵盤預(yù)先設(shè)置，實(shí)際爐溫由熱電偶檢測，并轉(zhuǎn)換成電壓（mv），經(jīng)放大濾波后，由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）將模擬信號→數(shù)字信第一章緒論圖1－12電阻爐微機(jī)溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）4圖1－12電阻爐微機(jī)溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）號送入計(jì)算機(jī)。在計(jì)算機(jī)中與所設(shè)置的期望值比較后產(chǎn)生偏差信號。計(jì)算機(jī)便根據(jù)預(yù)定的控制算法（即控制規(guī)律）計(jì)算相應(yīng)的控制量，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換變?yōu)?—10mA的電流，通過第一章緒論圖1－12電阻爐微機(jī)溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）號送入計(jì)算5圖1－12電阻爐微機(jī)溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）觸發(fā)器控制晶閘管的控制角α，從而改變晶閘管的整流電壓，也就改變了電阻絲中電流的大小，達(dá)到控制爐溫的目的。第一章緒論圖1－12電阻爐微機(jī)溫度控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)（續(xù)）觸發(fā)器控制64.優(yōu)點(diǎn):計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)，具有精度高、功能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好、無噪聲、顯示醒目、讀數(shù)直觀、打印存檔方便、操作簡單、靈活性和適應(yīng)性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。恒值系統(tǒng)（續(xù)）圖1－12電阻爐微機(jī)溫度控制系統(tǒng)方框圖第一章緒論4.優(yōu)點(diǎn):計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)，具有精度高、功能恒值系73、例如：跟蹤目標(biāo)的雷達(dá)系統(tǒng)、火炮群控制系統(tǒng)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)、參數(shù)的自動檢驗(yàn)系統(tǒng)、X-Y記錄儀、船舶駕駛舵位跟蹤系統(tǒng)、飛機(jī)自動駕駛儀等等。二、隨動系統(tǒng)1、定義：給定值隨意變化而事先無法知道的系統(tǒng)。2、目的：使c(t)按一定精度跟蹤r(t)的變化。第一章緒論3、例如：跟蹤目標(biāo)的雷達(dá)系統(tǒng)、火炮群控制系統(tǒng)、二、隨動系統(tǒng)8圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）其任務(wù)是使船舵角位置按給定指令變化，即要求θ0跟隨θi:θ0(t)=θi(t)。第一章緒論圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）其任務(wù)是9圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）該系統(tǒng)由船舵（受控對象）、電位計(jì)（測量、比較元件）、電機(jī)、減速器、電壓和功率放大器等組成。第一章緒論圖1－13船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)隨動系統(tǒng)（續(xù)）該系統(tǒng)由10圖1－14

圖1－15船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)方框圖隨動系統(tǒng)（續(xù)）由兩個電位計(jì)組成橋式連接，Δu=ui-ua。若0=θi，則預(yù)先整定ui=u0,則Δu=0，電機(jī)不動，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。第一章緒論圖1－14圖1－15船舶駕駛舵角位置跟蹤系統(tǒng)方框圖隨動11若θi

變了，而θ0

未變，則有θ0≠θi

，ui≠u0，Δu≠0，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)動，帶動船舵角位置θ0向θi要求的位置變化，直至θ0=θi，Δu=0，電機(jī)才停止。系統(tǒng)重又平衡。隨動系統(tǒng)（續(xù)）第一章緒論若θi變了，而θ0未變，則有θ0≠θi，ui≠u0，12隨動系統(tǒng)（續(xù)）4.優(yōu)點(diǎn)：控制對象簡單，指令信號事先無法知道其變化規(guī)律?？捎霉β屎苄〉闹噶钚盘柌倏v功率很大的工作機(jī)械，還可進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制。三、程控系統(tǒng)：1、定義：給定值或指令輸入信號按預(yù)定程序變化的系統(tǒng)。2、目的：c(t)按預(yù)定的程序去運(yùn)行。3、舉例：順序控制器、數(shù)控機(jī)床、仿形機(jī)床等。第一章緒論隨動系統(tǒng)（續(xù)）4.優(yōu)點(diǎn)：控制對象簡單，指令信號事先無法13程控系統(tǒng)（續(xù)）如圖所示為數(shù)控機(jī)床，其中的輸入處理、插補(bǔ)計(jì)算和控制功能可由邏輯電路實(shí)現(xiàn)，也可由計(jì)算機(jī)來完成。一般都將加工軌跡編好程序。并轉(zhuǎn)換成脈沖輸入，再將工作臺移動軌跡也換算成脈沖側(cè)出來與輸入脈沖比較后再換算成模擬信號用以控制伺服電動機(jī)SM。第一章緒論程控系統(tǒng)（續(xù)）如圖所示為數(shù)控機(jī)床，其中的輸入處14

按數(shù)學(xué)描述可以將控制系統(tǒng)分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。1.線性系統(tǒng)：

組成系統(tǒng)的所有元件均為線性元件時，即它們的輸入-輸出特性是線性的，這樣的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的運(yùn)動過程可用線性微分方程（差分方程）來描述，其主要特點(diǎn)是具有齊次性和疊加性，最大的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)學(xué)處理簡便，理論體系完整。1.3.3按數(shù)學(xué)描述分類第一章緒論按數(shù)學(xué)描述可以將控制系統(tǒng)分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)15嚴(yán)格地講，實(shí)際的物理系統(tǒng)中很少存在理想的線性系統(tǒng)，總是或多或少地存在著不同程度的非線性特性。為研究問題方便，當(dāng)非線性特性不顯著或系統(tǒng)在非線性特性區(qū)域的工作范圍不大時，可將它們線性化，然后按線性系統(tǒng)處理。那么，可以線性化的元件稱為非本質(zhì)性非線性元件，而不能線性化的元件稱為本質(zhì)性非線性元件。系統(tǒng)中只要包含一個本質(zhì)性非線性元件，就得用非線性微分方程來描述其運(yùn)動過程。這種用非線性微分方程來描述的系統(tǒng)就稱為非線性系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，不能使用疊加原理。2.非線性系統(tǒng)：第一章緒論嚴(yán)格地講，實(shí)際的物理系統(tǒng)中很少存在理想的線性系統(tǒng)，總161.3.4按時間信號的性質(zhì)分類1.連續(xù)系統(tǒng)：若系統(tǒng)各環(huán)節(jié)間的信號均為時間的連續(xù)函數(shù)，則稱這類系統(tǒng)為連續(xù)系統(tǒng)。0t連續(xù)信號按時間信號的性質(zhì)可分為連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)。連續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律可用微分方程描述。上述的水位控制系統(tǒng)和電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)均屬這類系統(tǒng)。第一章緒論1.3.4按時間信號的性質(zhì)分類1.連續(xù)系統(tǒng)：0t連續(xù)信172.離散控制系統(tǒng)：0t離散信號系統(tǒng)中一處或幾處的信號為脈沖序列或數(shù)字編碼，則稱這類系統(tǒng)為離散系統(tǒng)。離散系統(tǒng)的運(yùn)動規(guī)律可用差分方程描述。上述的電阻爐微機(jī)溫度控制系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)均屬這類系統(tǒng)。第一章緒論2.離散控制系統(tǒng)：0t離散信號系統(tǒng)中一處或幾處的信號為脈沖181.定常系統(tǒng)：系統(tǒng)的參數(shù)不隨時間變化的系統(tǒng)。描述其動態(tài)特性的微分方程或差分方程的系數(shù)為常數(shù)。2.時變系統(tǒng)：系統(tǒng)的參數(shù)隨時間而變化。描述其動態(tài)特性的微分方程或差分方程的系數(shù)不為常數(shù)。按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化可分為定常系統(tǒng)與時變系統(tǒng)。1.3.5按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時間變化分類第一章緒論1.定常系統(tǒng)：