自动控制原理(第一章)50858.ppt

自动控制原理 主讲人 周香珍 Ch1 自动控制的一般概念 1-1 自动控制的基本原理 1-2 自动控制系统的示例 1-3 自动控制系统的分类 1-4 自动控制系统的基本要求 1-1 自动控制的基本原理 自动控制(Automatic Control)是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备和装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数，自动地按照预定的规律运行。 如数控机床、化学反应炉、无人驾驶飞机，人造卫星等等 1） 自动控制技术及其应用 自动控制技术应用广泛，产生了许多种类的自动控制系统，一一研究是不可能的。 如何解决上述问题呢？ 自动控制理论：研究自动控制共同规律的技术科学。 自动控制理论发展的几个阶段: 经典控制理论: 以传递函数为基础，研究单输入单输出的线性定常系统的分析与设计问题； 现代控制理论: 以状态空间法为基础，研究多变量变参数系统的最优控制问题； 现在，正向智能控制、鲁棒控制等方向发展。 自动控制系统：能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。 系统：为完成一定的任务，按照一定的方式连接起来的若干设备、装置的总体。 人工系统→自动控制系统 下面举例说明自动控制系统的工作原理。 例1：人如何用手拿书本？ 人取书的反馈控制系统方块图 被控对象：温箱； 被控量：温箱的温度； 测量元件：温度计 所谓反馈控制系统是指控制装置利用被控量的反馈信息，不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务。 系统输出的送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程称为反馈。 反馈控制是一种最基本的控制方式，其实质是一个按偏差进行的控制过程，即不断发现偏差，利用偏差消除偏差。 注意：反馈信息使系统输出的误差逐渐减小，则称为负反馈；反之称为正反馈。 4）反馈控制系统的基本组成 5）自动控制系统基本控制方式 （1）闭环控制 闭环控制的特点： 系统输出对控制作用有影响； 存在反馈环节，能够利用反馈作用消除系统误差； 抑制干扰能力强； 但控制机理复杂，且存在稳定问题，系统设计需一整套理论与方法； （2）开环控制 定义：控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程。 按给定值控制的开环控制 按干扰补偿的开环控制 （3）复合控制 即按偏差的控制和按扰动的控制相结合的控制方式。 按输入补偿的复合控制 按可测扰动补偿的复合控制 1-2 自动控制系统示例 函数记录仪 飞机-自动驾驶仪系统 电阻炉微型计算机温度控制系统 锅炉液位控制系统 1-3 自动控制系统的分类 按控制方式分：开环控制，反馈控制，复合控制… 按元件类型分：机械系统，电气系统，机电系统，气动系统 … 按系统功用分：温度控制系统，压力控制系统，位置控制系统… 按性能分：线性和非线性系统，连续和离散系统，定常和时变系统，确定和不确定系统… 按给定值类型分：恒值控制系统，随动控制系统，程序控制系统… 常见的几种自动控制系统 1）线性连续控制系统 线性指满足线性叠加原理； 连续指系统的输入量和输出量都是时间连续函数； 线性连续系统可用线性微分方程描述： 按输入量的变化规律，线性连续系统可分为： ① 恒值控制系统 系统的输入量是一个常值，要求被控量也等于一个常值。 基本任务：当出现扰动时，使得系统的输出量保持为恒定的希望值。 ② 随动系统 系统的输入量随时间变化，且变化规律可能不可预知。 基本任务是使系统的输出量以要求的精度跟随输入量变化；系统分析、设计的重点是研究被控量跟随的快速性和准确性。 ③ 程序控制系统 系统的输入量按预定规律随时间变化。 基本任务是使得被控量迅速、准确地加以复现。 2）线性定常离散控制系统 1-4 对自动控制系统的基本要求 基本要求：稳定性、快速性、准确性 1）稳定性 稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件。 稳定的控制系统，其被控量偏离期望值的初始偏差应随时间的增长逐渐减小并趋于零。 线性自动控制系统的稳定性是由系统结构所决定的，与外界因素无关。 2）快速性 对控制系统过渡过程的时间的要求。 3）准确性 稳态误差是在系统过渡过程结束后，期望的稳态输出量与实际的稳态输出量之差。 理想情况下，稳态误差应该是0。 稳态误差是衡量控制系统控制精度的重要指标。 Automatic Control Theory——Basic Concept of Automatic Control * ★ ★ 1） 自动控制技术及其应用 传感器、控制器和执行 机构及其组合 被控对象 被控量 具体 问题 数学 描述 抽象 理论 研究 归纳 具体化 2）自动控制理论 3）反馈控制原理 例1：人如何用手拿书本？ 用眼睛观察书的位置； 用眼睛观察手的位置； 大脑估算两者之间的差距；