ch自动控制的一般概念.ppt

1 课程的性质和特点 自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的建立、分析与设计。 《自动控制原理》是本专业的技术基础课， （1）自动控制理论的基础课程 ，课程与其它课程的关系。 （2）自动控制理论已经发展为理论严密、系统完整、逻辑性很强的一门学科。从基本反馈控制原理发展到：自适应控制、优化控制、鲁棒控制、大系统控制、智能控制 讨论的对象：因果系统 、工程系统 系统的广义性：经济、社会、工程、生物、环境、医学 课程特点：研究系统的共性问题 第一章 自动控制的一般概念 第一章 自动控制的一般概念 1 自动控制与自动控制系统 3 反馈控制 例：人工控制与自动控制：水箱水位控制问题 水位控制工作原理 人工控制：眼、脑、手、水箱+阀门 反馈：将输出量通过一定的方式送回到输入端，并与输入信号比较产生偏差信号过程称为反馈 负反馈：输入信号—反馈信号（输出信号） 输出偏差减小 正反馈：输入信号+反馈信号 输出偏差增大 反馈控制——闭环控制 按偏差进行控制 4 反馈控制系统的基本组成 反馈控制系统：被控对象、控制装置 控制装置：由具有一定职能的各种基本元件（部件）组成。 测量元件、给定元件、比较元件 放大元件、执行元件、校正元件 一些基本概念 前向通路：从输入端沿箭头方向到输出端的传输通路 主反馈通路：输出经过测量元件到达输入端的通路 主回路：前向通路+主反馈通路 内回路：局部前向通路+局部反馈通路 单回路系统、多回路系统 参考输入：决定系统被控量的变化规律 扰动：系统外部扰动、系统内部扰动 输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现； 组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高； 系统的稳定性不是主要问题； 按扰动补偿 ，原理是：利用对扰动信号的测量产生控制作用，以补偿扰动对输出量的影响。由于扰动信号经测量装置，控制器至被控对象的输出量是单向传递的，故属于开环控制方式。对于不可测扰动以及被控对象及各功能部件内部参数变化给输出量造成的影响，系统自身无法控制。因此，控制精度有限，常用于工作机械的恒速控制（如稳定刀具转速）以及电源系统的稳压，稳频控制。 1-2自动控制系统示例 函数记录仪 飞机-自动驾驶仪系统 锅炉液位控制系统 函数记录仪方框图 1-4 对自动控制系统的基本要求 1. 对自动控制系统基本要求 稳定性（稳）、快速性（快）、准确性（准） 稳定性 是保证控制系统正常工作的先决条件 “稳”与“快”是说明系统动态（过渡过程）品质。系统的过渡过程产生的原因 ：系统中储能元件的能量不可能突变。 “准”是说明系统的稳态（静态）品质 注意：线性控制系统的稳定性由系统本身的结构与参数所决定的，与外部条件无关。 快速性 是系统在稳定的条件下，衡量系统过渡过程的形式和快慢，通常称为“系统动态性能”。 过渡过程时间、超调量 准确性 是在系统过渡过程结束后，衡量系统输出（被控量）达到的稳态值与系统输出期望值之间的接近程度。 稳态误差 2. 典型外部输入信号 （1）阶跃函数（信号） （2）斜坡函数（信号） （3）脉冲函数（信号） （4）正弦函数（信号） （1）恒值控制系统 参考输入是个常值，要求被控量也等于常值。 外部扰动的存在，被控量偏离参考量而出现偏差，控制系统根据偏差产生控制作用，以克服扰动的影响，使被控量恢复到给定的常值。例如，冶金部门的恒温系统，石油部门的恒压系统等。 （2）随动系统 参考输入是预先未知的随时间任意变化的函数，要求被控量以尽可能小的误差跟随参考输入量变化。例如，火炮系统，卫星控制系统等。 1 线性连续控制系统 （3）程序控制系统 参考输入是按预定规律随时间变化的函数，要求被控量迅速、准确地复现。 2 线性定常离散系统 3 非线性控制系统 非线性系统的线性化 自动控制原理 主讲：高云霞 机电工程系 电话自动控制理论 电路理论 电机与拖动 大学物理 信号与系统 复变函数拉氏变换 模拟电子技术 线性代数 微积分 各 类 专业课 线性系统 现代控 制理论 实际 系统 物理 模型 数学 模型 对系统组成 分析、设计 2.研究对象：单输入、单输出、集中参数、线性、时不变自动控制系统（的数学模型）。 3.研究内容： （1）系统的分析：已知系统的结构和参数，分析和评价系统的稳态和动态性能以及抗干扰能力的优劣。 （2）系统的设计：按照给定的任务（控制任务）设计一个满足稳态和动态性能要求及抗干扰性能要求的控制系统，并确定其结构和参数。 分析是基础、设计是重点、满足要求才是目标。 4.研究的具体目的：