數(shù)字信號(hào)處理習(xí)題答案第一章.ppt

1、自動(dòng)控制原理,主講：盛沙 Tel: 67409101,考核及評(píng)分要求：,1、本課程是必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，期末 考試。 2、平時(shí)成績(jī)占30%，考試卷面占70%。 3、不得缺勤,三次取消考試資格。 4、將用點(diǎn)名或用數(shù)碼拍照形式考勤。 5、要求按時(shí)完成課后作業(yè)題。,電話：67409101 E-mail: 辦公室:科技樓B401,我的聯(lián)系方式,上課要求,分成小組學(xué)習(xí)，每個(gè)小組56人。 要求小組成員坐在一起，便于討論。 不要遲到，遲到一次算半次曠課。 曠課三次，取消考試資格。 每次課開(kāi)始，會(huì)請(qǐng)同學(xué)上來(lái)回顧上次課內(nèi)容。（計(jì)為平時(shí)成績(jī)） 中間也會(huì)請(qǐng)大家上來(lái)就某個(gè)問(wèn)題發(fā)言。,第一章,控制系統(tǒng)導(dǎo)論,球桿控制系統(tǒng)和

2、倒立擺系統(tǒng),自動(dòng)避障的小車和Big Dog機(jī)器人,本章提綱,1.1自動(dòng)控制的基本原理 1.2自動(dòng)控制系統(tǒng)示例 1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 1.4對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求 本章小結(jié),本章提要,本章提要：本章將討論自動(dòng)控制的基本概念，自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類，對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求等問(wèn)題。,1.1自動(dòng)控制的基本原理,何為自動(dòng)控制？ 沒(méi)有人的參與 有控制對(duì)象和控制目標(biāo)。,1.11 兩個(gè)實(shí)例,（1）蒸汽機(jī)調(diào)速系統(tǒng) （2）直流電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng),蒸汽機(jī)速度控制系統(tǒng),蒸汽,發(fā)動(dòng)機(jī),負(fù)載,飛球調(diào)速器代替人手來(lái)控制,蒸汽機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng),思路2：轉(zhuǎn)速 電壓信號(hào),直流電動(dòng)機(jī)速度手動(dòng)控制的原理結(jié)構(gòu)圖,思路1：飛球調(diào)速器？,思路：

3、轉(zhuǎn)速 電壓信號(hào),機(jī)械能,電壓,直流電動(dòng)機(jī)速度自動(dòng)控制的原理結(jié)構(gòu)圖,直流電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng),當(dāng)電源變化、負(fù)載變化等引起轉(zhuǎn)速變化，稱為擾動(dòng)。 電動(dòng)機(jī)被稱為被控對(duì)象。 轉(zhuǎn)速稱為被控量，當(dāng)電動(dòng)機(jī)受到擾動(dòng)后，轉(zhuǎn)速（被控量）發(fā)生變化，經(jīng)測(cè)量元件（測(cè)速發(fā)電機(jī)）將轉(zhuǎn)速信號(hào)（又稱為反饋信號(hào)）反饋到控制器（功率放大器），使控制器的輸出（稱為控制量）發(fā)生相應(yīng)的變化，從而可以自動(dòng)地保持轉(zhuǎn)速不變或使偏差保持在允許的范圍內(nèi)。,1.1.2 控制系統(tǒng)方框圖,下圖被稱為方框圖，圖中輸入為3，輸出為25。,3 *10 =30 30-5=25,5,輸入 6,輸出 5,反饋,在方框圖中，每一個(gè)方框代表著一個(gè)實(shí)際的物理設(shè)備。,1,例一

4、：當(dāng)我們用來(lái)復(fù)槍進(jìn)行射擊的時(shí)候，眼睛通過(guò)瞄準(zhǔn)器來(lái)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。,偏差,例二：當(dāng)需要在宇宙飛船上對(duì)某個(gè)行星進(jìn)行拍照時(shí)，我們需要調(diào)整飛船的角度來(lái)得到清晰的照片。,偏差,標(biāo)準(zhǔn)方框圖：,偏差,試著畫出兩個(gè)實(shí)例的控制方框圖？,直流電動(dòng)機(jī)速度自動(dòng)控制的原理結(jié)構(gòu)圖,直流電動(dòng)機(jī)速度控制系統(tǒng),1.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)示例,1.函數(shù)記錄儀 2電阻爐微型計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng),1.函數(shù)記錄儀,放大器,ur,u,up,電動(dòng)機(jī),記錄筆,a,b,c,ur=a-b u=a-c up=c-b,u=ur-up,2.電阻爐溫度微機(jī)控制系統(tǒng),1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類,下面介紹幾種常用的自動(dòng)控制系統(tǒng)分類方法。 1 按信號(hào)的傳遞路徑來(lái)分 2 按

5、系統(tǒng)輸入信號(hào)的變化規(guī)律不同來(lái)分 3 按系統(tǒng)傳輸信號(hào)的性質(zhì)來(lái)分 4 按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來(lái)分,1開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng) 指系統(tǒng)的輸出端與輸入端不存在反饋回路，輸出量對(duì)系統(tǒng)的控制作用不發(fā)生影響的系統(tǒng)。如工業(yè)上使用的數(shù)字程序控制機(jī)床，參見(jiàn)圖1-3。,131 按信號(hào)的傳遞路徑來(lái)分,圖1-3 微型計(jì)算機(jī)控制機(jī)床（開(kāi)環(huán)系統(tǒng)）,開(kāi)環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，工作穩(wěn)定。但開(kāi)環(huán)控制不能自動(dòng)修正被控制量的誤差。系統(tǒng)元件參數(shù)的變化，以及外來(lái)未知干擾都會(huì)影響系統(tǒng)精度的。,2閉環(huán)控制系統(tǒng) 系統(tǒng)輸出信號(hào)與輸入端之間存在反饋回路的系統(tǒng)，叫閉環(huán)控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)也叫反饋控制系統(tǒng)?！伴]環(huán)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)的含義，就是應(yīng)用反饋?zhàn)饔脕?lái)減小系統(tǒng)

6、誤差如圖1-4所示。,在圖1-4中，引入了反饋測(cè)量元件，閉環(huán)控制系統(tǒng)由于有“反饋”作用的存在，具有自動(dòng)修正被控制量出現(xiàn)偏差的能力.,3復(fù)合控制系統(tǒng) 復(fù)合控制是閉環(huán)控制和開(kāi)環(huán)控制相結(jié)合的一種方式。它是 在閉環(huán)控制等基礎(chǔ)上增加一個(gè)干擾信號(hào)的補(bǔ)償控制，以提高控制系統(tǒng)的抗干擾能力。,。兩者的結(jié)合既能得到高精度控制，又能提高抗干擾能力。,132 按系統(tǒng)輸入信號(hào)的變化規(guī)律不同來(lái)分,1、恒值控制系統(tǒng)（或稱自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)） 2、過(guò)程控制系統(tǒng)（或稱程序控制系統(tǒng)） 恒值控制系統(tǒng)也認(rèn)為是過(guò)程控制系統(tǒng)的特例。,3、隨動(dòng)控制系統(tǒng)（或稱伺服系統(tǒng)） 這類系統(tǒng)的特點(diǎn)是輸入信號(hào)是一個(gè)未知函數(shù)，要求輸出量跟隨給定量變化。如火炮自動(dòng)

7、跟蹤系統(tǒng)。 工業(yè)自動(dòng)化儀表中的顯示記錄儀，跟蹤衛(wèi)星的雷達(dá)天線控制系統(tǒng)等均屬于隨動(dòng)控制系統(tǒng)。,133 按系統(tǒng)傳輸信號(hào)的性質(zhì)來(lái)分,1、連續(xù)系統(tǒng) 控制信號(hào)是模擬量的控制。 2、離散系統(tǒng) 控制信號(hào)是數(shù)字量的控制。,輸入量 輸出量,134 按描述系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型不同來(lái)分,1、線性系統(tǒng) 用線性微分方程描述的系統(tǒng)。若各項(xiàng)系數(shù)為常數(shù)，則稱為線性定常系統(tǒng)。其一階運(yùn)動(dòng)方程一般形式為: 式中：c(t) 系統(tǒng)的輸出量；r(t) 系統(tǒng)的輸入量。,2、非線性系統(tǒng),用非線性微分方程來(lái)描述的系統(tǒng)是非線性系統(tǒng)。其一階運(yùn)動(dòng)方程一般形式為: 式中：r(t) 系統(tǒng)的輸入量；c(t) 系統(tǒng)的輸出量。 特點(diǎn)是方程的系數(shù)與輸入（輸出）變量有

8、關(guān)。即a0（a1)是c(t)的函數(shù)。,嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，任何物理系統(tǒng)的特性都是非線性的。但為了研究問(wèn)題的方便，許多系統(tǒng)在一定的條件下，一定的范圍內(nèi)，可以近似地看成為線性系統(tǒng)來(lái)加以分析研究，其誤差往往在工業(yè)生產(chǎn)允許的范圍之內(nèi)。,1.4 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求,可以用三個(gè)字來(lái)形容：穩(wěn)、快、準(zhǔn)。,對(duì)控制系統(tǒng)的要求: 1.穩(wěn)定性：是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。 2.快速性：動(dòng)態(tài)性能，有指標(biāo)。 3.準(zhǔn)確性：穩(wěn)態(tài)（過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后的）值應(yīng)盡量與期望值一致。,動(dòng)態(tài)過(guò)程特點(diǎn):下圖中,(a)、(b)非周期振蕩；(c)發(fā)散振蕩；(d)、(e)收斂振蕩；(f)等幅振蕩。,1.基本要求的提法,2.典型外作用,階躍函數(shù) 斜坡函數(shù) 脈沖函數(shù) 正弦函數(shù),本章小結(jié),本章首先介紹了什么是自動(dòng)控制，介紹了自動(dòng)控制理論中常用的術(shù)語(yǔ)：被控對(duì)象，參考輸入信號(hào)（給定值信號(hào)），擾動(dòng)、偏差信號(hào)、被控量、自動(dòng)控制系統(tǒng)等。 本章還介紹了自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成及其方框圖。說(shuō)明什么是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，并指出實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制系統(tǒng)，絕大多數(shù)是閉環(huán)控制系統(tǒng)，也就是負(fù)反饋控制系