第一章自动控制原理绪论.版.ppt

1.3 反馈控制系统的组成 1.3.3 若干常用术语 控制系统 由被控对象和控制器等内部基本功能环节按一定的结构方式联接，为完成某种控制任务而组成的一个有机整体 输入信号：系统外部输入的信号，也称输入量，如参考输入，外部干扰输入，其中参考输入也称为给定量（值），它是控制系统被控变量的反馈信号需保持或跟随的指令输入。 输出信号：系统向外部输出的信号，也称输出量，在单输出系统中，系统的输出信号就是被控对象的被控变量。 1.3 反馈控制系统的组成 扰动信号：扰动可以是小的波动，也可以是大的波动，扰动信号也称为干扰信号。扰动在系统的方块图中属于外部输入。 反馈信号：指对被控变量测量取出的、经过必要的量纲转换后反向回送到输入端的信号。 偏差信号：指参考输入信号与反馈信号之差。 误差信号：指系统输出量的期望值与实际值之差。由于偏差信号与误差信号之间存在确定对应关系，故两者经过量纲换算是等价的。本书中误差信号采用在输入端的定义，因此，若不加说明误差信号即指偏差信号。 1.3 反馈控制系统的组成 控制信号：指控制器或者校正元件的输出信号，它是控制器或者校正元件按一定控制规律产生的控制指令 控制变量：简称控制量，指被控对象（被控过程）的控制输入变量。 被控变量：简称被控量，指被控对象输出需按控制要求变化的物理量，在单输出系统中，也就是系统得输出量。 控制通道：控制变量通过被控对象（被控过程）到控制系统输出的通道。 干扰通道：干扰信号通过被控对象到系统输出的通道。 1.3 反馈控制系统的组成 分析：把研究对象分成较简单的组成部分，找出这些部分的本质属性和彼此之间的关系。 控制系统的分析是一种动态分析，即视研究对象为演化的系统。一般是先建立描述系统动态特性的数学模型，这样系统的结构已确定，而结构参数或参数范围已确定，然后采用数学工具作为主要手段对系统的动态性能进行分析。 综合：综合是分析的反义词。一般地说，综合就是将已有的关于研究对象各个部分的认识联结起来，形成对研究对象的统一整体认识。 控制系统的综合是指根据一定任务，利用系统分析的真知灼见，找出能够满足性能指标的控制系统整体结构和参数配置。 反馈控制系统中，当被控对象，执行机构和传感器确定后，控制系统的综合主要是建立控制器数学模型，解决控制器参数配置或者参数优化问题，以满足整个控制系统的定量性能指标。 1.3 反馈控制系统的组成 校正：在形成基本的控制系统或者确定了广义控制对象和相应的传感器数学模型之后，基于经典控制理论所进行的校正装置设计工作。 校正的另一个含义类似控制一词，如：校正器。 设计：指控制系统的设计而非工程设计。控制系统的设计就是针对一个给定的控制任务，利用控制系统的分析与综合方法，通过一系列反复的选择、评判和优化，完成构造一个控制系统的逐步试探过程。 1.4 自动控制系统的分类 1.4.1 按参考输入信号特征分类 1．恒值控制系统 参考输入信号为恒定值，控制系统的任务就是保持某个被控量为一个给定的期望恒值上。如：温度、水位控制等。 2．随动控制系统 随动控制系统一般习惯称为随动系统或伺服系统。此类系统的参考输入信号是预先未知的随时间变化的任意函数。随动系统的任务就是使系统的被控量以一定精度跟随参考输入信号的变化。 如：高射炮随动系统。 1.4 自动控制系统的分类 3．程序控制系统 程序控制系统的参考输入信号是预先设定的函数曲线。 如：热处理炉温度的升温、保温和降温过程的控制，生产过程中的化学反应器开停车过程中的升温、保温和降温曲线控制 。 温度上升预定曲线 1.4 自动控制系统的分类 1.4.2 按系统环节间信号传递形式分类 1．连续系统 ：信号传递均为时间的连续函数 2．离散系统 ：至少一个信号传递为脉冲序列或数字编码形式 3．网络化控制系统：典型的网络化控制系统是指控制器到执行器以及传感器到控制器之间的信号传递是通过数据包计算机网络来实现。 采样过程 1.4 自动控制系统的分类 1.4.3 按描述系统的动态方程分类 1．线性系统 ：可以采用线性微分方程来描述的系统 2．非线性系统：非线性系统中一般均包含非线性元件 3．定常系统：系统中不含参数随时间变化的元件 4．时变系统：系统中含参数随时间变化的元件 1.5 控制系统应用实例三则 1.蒸汽机转速调节系统 工作原理： ?蒸汽机带动负载转动 ?圆锥齿轮减速带动一对飞锤作水平旋转 ?飞锤通过铰链带动套筒上、下滑动拨动杠杆的一端 ?杠杆另一端通过连杆调节供汽阀门的开度 蒸汽机：蒸汽机的转速保持在期望值附近 平衡：飞锤旋转，套筒保持某高度，阀门处于一个平衡位置 当出现不平衡时： 负载?, 转速?， 圆锥齿轮转动? ,飞锤速度? , 套筒位置? ,杠杆右端?