人工控制和自動(dòng)控制（教學(xué)課件）

1、自動(dòng)控制技術(shù),第一章自動(dòng)控制的基本概念,主要內(nèi)容： 1.人工控制與自動(dòng)控制 2.開環(huán)控制 3.閉環(huán)控制 4.自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成 5.自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類,2,1.1人工控制與自動(dòng)控制,3,1.1.1 自動(dòng)控制問(wèn)題的提出 一個(gè)簡(jiǎn)單的水箱液面，因生產(chǎn)和生活需要，希望液面高度h 維持恒定。當(dāng)水的流入量與流出量平衡時(shí)，水箱的液面高度維持在預(yù)定的高度上。,當(dāng)水的流出量增大或流入量減小，平衡則被破壞，液面的高度不能自然地維持恒定。,4,這種出水量與進(jìn)水量的不平衡現(xiàn)象必然要經(jīng)常發(fā)生的。這使得這種“水位恒定的要求”變得難以實(shí)現(xiàn)了。 所謂控制就是強(qiáng)制性地改變某些物理量（進(jìn)水量），而使另外某些特定的物理量（如被控量

2、液面高度h）維持在某種特定的標(biāo)準(zhǔn)上。人工控制的例子。,這種人為地強(qiáng)制性地改變進(jìn)水量，而使液面（被控量）高度維持恒定的過(guò)程，即是人工控制過(guò)程。,5,1.2.2 自動(dòng)控制的定義及基本職能元件 1.自動(dòng)控制的定義 自動(dòng)控制就是在沒有人直接參與的情況下，利用控制器使被控對(duì)象（或過(guò)程）的某些物理量（或狀態(tài)）自動(dòng)地按預(yù)先給定的規(guī)律去運(yùn)行。,浮子,當(dāng)出水與進(jìn)水的平衡被破壞時(shí)，水箱水位下降(或上升)，出現(xiàn)偏差。這偏差由浮子檢測(cè)出來(lái)，自動(dòng)控制器在偏差的作用下，控制閥門開大(或關(guān)小)，對(duì)偏差進(jìn)行修正，從而保持液面高度不變。,6,2. 自動(dòng)控制的基本職能元件 自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn),實(shí)際上是由自動(dòng)控制裝置來(lái)代替人的基本功能

3、，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的。畫出以上人工控制與自動(dòng)控制的功能方框圖進(jìn)行對(duì)照。,眼睛 浮子 大腦 自動(dòng)控制器 肌肉、手 執(zhí)行元件,7,比較兩圖可以看出，自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)人工控制的功能，存在必不可少的三種代替人的職能的基本元件：,8,測(cè)量元件與變送器（代替眼睛）； 自動(dòng)控制器（代替大腦）； 執(zhí)行元件（代替肌肉、手）。 這些基本元件與被控對(duì)象相連接，一起構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)。下圖是典型控制系統(tǒng)方框圖。,案例,自動(dòng)調(diào)溫空調(diào),10,小結(jié),人工控制 自動(dòng)控制 控制量和被控對(duì)象 自動(dòng)控制的基本元件,11,作業(yè),電飯煲,1.2開環(huán)控制,13,1.2 開環(huán)控制 開環(huán)控制是最簡(jiǎn)單的一種控制方式，我們可以給出開環(huán)控制的一般定

4、義： 定義：控制量與被控量之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系。 開環(huán)控制系統(tǒng)的典型方框圖如圖所示。,交通指揮紅綠燈，自動(dòng)洗衣機(jī)，自動(dòng)售貨機(jī)，產(chǎn)品自動(dòng)生產(chǎn)線，數(shù)控車床等等。,14,下圖是一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。,當(dāng)調(diào)節(jié)電位器滑臂位置時(shí)，改變功率放大器的輸入電壓，從而改變電動(dòng)機(jī)的電樞電壓，最終改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。以上的控制過(guò)程，用方框圖簡(jiǎn)單直觀地表示出來(lái)。,15,開環(huán)控制的特點(diǎn)： （1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、成本低。 （2）給定一個(gè)輸入，有相應(yīng)的一個(gè)輸出。 （3）在系統(tǒng)方框圖中，作用信號(hào)是單方向傳遞的，形成開環(huán)。 （4）輸出不影響輸入。 （5）若系統(tǒng)有外界擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)輸出量不可能有準(zhǔn)確的數(shù)值，即開環(huán)控

5、制精度不高，或抗干擾能力差。 1.3 閉環(huán)控制 定義：凡是系統(tǒng)輸出信號(hào)對(duì)控制作用有直接影響的系統(tǒng)，都叫做閉環(huán)控制系統(tǒng)。,16,在控制系統(tǒng)中，控制裝置對(duì)被控對(duì)象所施加的控制作用，若能取自被控量的反饋信息，即根據(jù)實(shí)際輸出來(lái)修正控制作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制的任務(wù)，這種控制原理稱為反饋控制原理。正是由于引入了反饋信息，使整個(gè)控制過(guò)程成為閉合的。因此，按反饋原理建立起來(lái)的控制系統(tǒng)，叫做閉環(huán)控制系統(tǒng)。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，其控制作用的基礎(chǔ)是被控量與給定值之間的偏差。 人本身就是一個(gè)具有高度復(fù)雜控制能力的閉環(huán)系統(tǒng)。比如，人可以用手拿到放在桌上的書等物，體現(xiàn)了閉環(huán)控制的原理。 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的例子。,

6、17,18,閉環(huán)控制的特點(diǎn)： 控制作用不是直接來(lái)自給定輸入，而是系統(tǒng)的偏差信號(hào)，由偏差產(chǎn)生對(duì)系統(tǒng)被控量的控制； 系統(tǒng)被控量的反饋信息又反過(guò)來(lái)影響系統(tǒng)的偏差信號(hào)，即影響控制作用的大小。這種自成循環(huán)的控制作用，使信息的傳遞路徑形成了一個(gè)閉合的環(huán)路，稱為閉環(huán)。 提高了控制精度。 閉環(huán)控制系統(tǒng)的典型方框圖如圖所示。,19,三.開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)的比較 閉環(huán)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是采用了反饋，因而使系統(tǒng)的響應(yīng)對(duì)外部干擾和內(nèi)部系統(tǒng)的參數(shù)變化均相當(dāng)不敏感。這樣，對(duì)于給定的控制對(duì)象，有可能采用不太精密且成本較低的元件構(gòu)成精密的控制系統(tǒng)。在開環(huán)情況下，就不可能做到這一點(diǎn)。 從穩(wěn)定性的觀點(diǎn)出發(fā)，開環(huán)控制系統(tǒng)比較容易建造，因?yàn)閷?duì)開環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不存在穩(wěn)定性的問(wèn)題。但是在閉環(huán)系統(tǒng)中，穩(wěn)定性