经典自动控制的发展及简介.pptVIP

第一章 绪论 1 自动控制理论的发展 储水槽的液位控制 液位人工控制的信息转换和传递过程 液位自动控制系统的组成 3 自动控制系统的方框图 在研究自动控制系统时，为了便于分析并直观的表示系统各个组成部分（环节）间的相互影响和信号传递关系，一般采用方框图表示。 液位自动控制系统的方框图 4 自动控制系统的分类 4.1 按系统的结构形式分类（1）开环控制系统 直流电动机转速系统 开环控制系统的优点： 按扰动补偿 这种控制方式的原理是：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。 (2) 闭环控制系统 带速度反馈的直流电动机转速系统 闭环控制系统的优点： 温控系统——人工控制 控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值上。 控制过程： 控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值 上。 控制过程： (3) 复合控制系统 受控对象： （1）定值控制系统 （2）随动控制系统 （3）程序控制系统 （1）线性控制系统 4.3 按系统的特性（数学模型）分类 如果描述线性系统运动状态的微分方程（或差分）方程的系数是常数且不随时间变化，则这种线性系统称为线性定常（或时不变）系统。 如果描述线性系统运动状态的微分方程（或差分）方程的系数是时间的函数，则这种线性系统称为线性时变系统。 (2) 非线性控制系统 （1） 连续控制系统 （2）离散控制系统 （1） 单变量系统 分类小结 5 自动控制系统性能指标 动态过程平稳（稳定性）； 响应动作要快（快速性）； 跟踪值要准确（准确性）； （1）控制系统的“稳态”和“动态” 稳定性(稳)、快速性(快)、准确性(准) (1)“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。 (2)“准”是说明系统的稳态（静态）品质。 (3)稳定性 是保证控制系统正常工作的先决条件。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，与外部条件和初始状态无关。 （2）自动控制系统性能指标 当系统从一个稳态过渡到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出现偏差，这种偏差称为稳态误差。 系统稳态误差的大小反映了系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度和抗扰动的能力。稳态误差越小，则系统的稳态精度越高。 有差系统（图a） 若稳态误差不为零，则系统称为有差系统。 无差系统（图b） 若稳态误差为零，则系统称为无差系统。 小 结 1. 开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产生的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开环控制是有利的。当扰动量无法预计或控制系统的精度达不到预期要求时，则应采用闭环控制。 2. 闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠反馈环节进行自动调节，以克服扰动对系统的影响。闭环控制极大地提高了系统的精度。但是闭环使系统的稳定性变差，需要重视并加以解决。 3.自动控制系统通常由给定环节、检测环节、比较环节、放大元件、被控对象、和反馈环节等部件组成。系统的作用量和被控量有：给定量、反馈量、扰动量、输出量和各中间变量。 4.结构图（又简称框图）可直观地表达系统各环节（或各部件）间因果关系，可以表达各种作用量和中间变量的作用点和信号传递情况以及它们对输出量的影响。 5.在不同输入量作用下，对系统的输出量的要求，揭示出反馈控制系统的本质特征：输出跟随输入。 6.对自动控制系统的性能指标要求有： 稳定性——系统能工作的首要条件； 快速性——用系统在暂态过程中的 响应速度和被控量的波动程度描述； 准确性——用稳态误差来衡量。 t c dt dx b( = + dt2 d2x a + )2 0 x dt dx = + dt2 d2x a + (x2-1) 0 x3 dt dx = + dt2 d2x a + x + t x dt dx b = + dt2 d2x a + t x dt dx b = + dt2 d2x a(t) + 当系统中存在非线性特性的组成环节或元件，系统的特性就由非线性方程描述，这种系统即为非线性系统。非线性系统不具备叠加性。 系统中个部分的信号都是时间变量的连续函数。连续系统的