《測試與控制技術(shù)》課件-第1章自動控制概述

自動控制原理

一.控制系統(tǒng)的發(fā)展史自動控制成為一門科學(xué)是從1945發(fā)展起來的。開始多用于工業(yè)：壓力、溫度、流量、位移、濕度、粘度自動控制后來進(jìn)入軍事領(lǐng)域：飛機(jī)自動駕駛、火炮自動跟蹤、導(dǎo)彈、衛(wèi)星、宇宙飛船自動控制目前滲透到更多領(lǐng)域：大系統(tǒng)、交通管理、圖書管理等生物學(xué)系統(tǒng)：生物控制論、波斯頓假肢、人造器官經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)：模擬經(jīng)濟(jì)管理過程、經(jīng)濟(jì)控制論四個階段:

第一章自動控制概述1.胚胎萌芽期（1945年以前）十八世紀(jì)以后，蒸汽機(jī)的使用提出了調(diào)速穩(wěn)定等問題

1765年俄國人波爾祖諾夫發(fā)明了鍋爐水位調(diào)節(jié)器

1784年英國人瓦特發(fā)明了調(diào)速器，蒸汽機(jī)離心式調(diào)速器

1877年產(chǎn)生了古氏判據(jù)和勞斯穩(wěn)定判據(jù)?十九世紀(jì)前半葉，動力使用了發(fā)電機(jī)、電動機(jī)

促進(jìn)了水利、水電站的遙控和程控的發(fā)展以及電壓、電流的自動調(diào)節(jié)技術(shù)的發(fā)展十九世紀(jì)末，二十世紀(jì)初，使用內(nèi)燃機(jī)

促進(jìn)了飛機(jī)、汽車、船舶、機(jī)器制造業(yè)和石油工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了伺服控制和過程控制?二十世紀(jì)初第二次世界大戰(zhàn)，軍事工業(yè)發(fā)展很快飛機(jī)、雷達(dá)、火炮上的伺服機(jī)構(gòu)，總結(jié)了自動調(diào)節(jié)技術(shù)及反饋放大器技術(shù)，搭起了經(jīng)典控制理論的架子，但還沒有形成學(xué)科。

2.經(jīng)典控制理論時期（1940-1960）

1945年美國人Bode“網(wǎng)絡(luò)分析與放大器的設(shè)計”，奠定了控制理論的基礎(chǔ)。50年代趨于成熟主要內(nèi)容對單輸入單輸出系統(tǒng)進(jìn)行分析，采用頻率法、根軌跡法、相平面法、描述函數(shù)法；討論系統(tǒng)穩(wěn)定性的代數(shù)和幾何判據(jù)以及校正網(wǎng)絡(luò)等3.現(xiàn)代控制理論時期（50年代末-60年代初）空間技術(shù)的發(fā)展提出了許多復(fù)雜控制問題，用于導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和宇宙飛船上天

Kalman“控制系統(tǒng)的一般理論”奠定了現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)解決多輸入、多輸出、時變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題4.大系統(tǒng)和智能控制時期（70年代）各學(xué)科相互滲透，要分析的系統(tǒng)越來越大，越來越復(fù)雜。例人工智能、模擬人的人腦功能、機(jī)器人等。二.自動控制要解決的基本問題

自動控制是使一個或一些被控制的物理量按照另一個物理量即控制量的變化而變化或保持恒定，一般地說如何使控制量按照給定量的變化規(guī)律變化，就是一個控制系統(tǒng)要解決的基本問題。三.自動控制技術(shù)的作用1.自動控制技術(shù)的應(yīng)用不僅使生產(chǎn)過程實現(xiàn)了自動化，極大地提高了勞動生產(chǎn)率，而且減輕了人的勞動強(qiáng)度。2.自動控制使工作具有高度的準(zhǔn)確性，大大地提高了武器的命中率和戰(zhàn)斗力，例如火炮自動跟蹤系統(tǒng)必須采用計算機(jī)控制才能打下高速高空飛行的飛機(jī)。3.某些人們不能直接參與工作的場合就更離不開自動控制技術(shù)了，例如原子能的生產(chǎn)、火炮或?qū)椀闹茖?dǎo)等等?！?.1開環(huán)控制和閉環(huán)控制一.開環(huán)控制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。

1.按給定值操縱由給定值直接控制被控量，信號的流動是單向的。其框圖如下：給定值計算執(zhí)行受挫對象被控量干擾2．按干擾補(bǔ)償測量的是破壞系統(tǒng)正常運行的干擾，利用干擾信號產(chǎn)生控制作用，以補(bǔ)償干擾對被控量的影響，故稱按干擾補(bǔ)償。計算執(zhí)行受挫對象被控量干擾測量EK電源開關(guān)進(jìn)料出料液位控制閉環(huán)控制開環(huán)控制爐溫控制閥二.閉環(huán)控制由測量的被控量即輸出量與給定值即輸入量共同對系統(tǒng)進(jìn)行控制，利用產(chǎn)生偏差對系統(tǒng)進(jìn)行控制。

給定值比較執(zhí)行受挫對象被控量干擾測量反饋：輸出量送回至輸入端并與輸入信號比較的過程負(fù)反饋：反饋的信號是與輸入信號相減而使偏差越來越小三.開環(huán)控制與反饋控制的比較開環(huán)優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，工作穩(wěn)定，當(dāng)輸入信號和擾動能預(yù)先知道時，控制效果較好。缺點：不能自動修正被控制量的偏離，系統(tǒng)的元件參數(shù)變化以及外來的未知擾動對控制精度影響較大。閉環(huán)優(yōu)點：具有自動修正被控制量出現(xiàn)偏離的能力，可以修正元件參數(shù)變化以及外界擾動引起的誤差，控制精度高。

缺點：被控量可能出現(xiàn)振蕩，甚至發(fā)散。§3控制系統(tǒng)的類型一.隨動系統(tǒng)與恒動系統(tǒng)二.線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng)三.連續(xù)系統(tǒng)與離散系統(tǒng)四.單輸入輸出系統(tǒng)與多輸入輸出系統(tǒng)五.確定性系統(tǒng)與不確定性系統(tǒng)六.集中參數(shù)系統(tǒng)與分布參數(shù)系統(tǒng)§4控制系統(tǒng)的組成與對控制系統(tǒng)的基本要求一.組成與術(shù)語組成:1.測量元件

2.比較元件

3.控制元件

4.執(zhí)行元件

5.被控對象術(shù)語:

參考輸入主反饋偏差控制量