必威体育精装版山东大学自控原理课件.ppt

《自动控制原理》 主讲教师：杨西侠 第一章　绪论 主要内容： 　　1.自动控制、自动控制系统的概念 2.自动控制的两种基本方式 3.自动控制系统的类型 4.自动控制系统的要求和分析设计 5.自动控制理论的发展概况 第一章　绪论 §1-1 引言 §1-2 自动控制的基本知识 §1-3 自动控制系统的基本控制方式 §1-4 自动控制系统的分类及基本组成 §1-5 对控制系统的要求和分析设计 §1-6 自动控制理论的发展概况 1-1 引言 1.控制理论的基础观念 控制理论是建立在有可能发展一种一般方法来研究各式各样系统中控制过程这一基础上的理论。 2.控制理论的研究对象 控制理论研究的对象可狭义地定义为这样一种信息系统，即根据期望的输出来改变输入，使系统的输出能有某种预期的效果。 3.控制论与数学及自动化技术的关系 1.2 自动控制的基本知识 1.2 自动控制系统的基本控制方式 1-4 自动控制系统的分类基本组成 1.5 对控制系统的要求和分析设计 1-6 自动控制理论的发展概况 （3）大系统理论和智能控制理论（本世纪60年代末~） 多样化发展的时期 理论方法：自动控制理论，人工智能，模糊数学，神经网络，运筹学等 美-扎德(L.A.Zadel) 美籍华人傅京生(J.S.Fu)和桑托斯(E.S.Saridis) 输出 输 入 放大 元件 + - 测量变送 元件 给定 元件 执行 元件 串联校正元件 + - 对 象 反馈校正 元件 给定元件：其职能是给出与期望的输出相对应的系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置。 测量元件：其职能是检测被控量，如果测出的物理量属于非电量，大多情况下要把它转换成电量，以便利用电的手段加以处理。 比较元件：其职能是把测量元件检测到的实际输出值与给定元件给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。 放大元件：其职能是将过于微弱的偏差信号加以放大，以足够的功率来推动执行机构或被控对象。 执行元件：其职能是直接推动被控对象，使其被控量发生变化。 校正元件：为改善或提高系统的性能，在系统基本结构基础上附加参数可灵活调整的元件。工程上称为调节器。常用串联或反馈的方式连接在系统中。 1.5.1 对系统的要求 各类控制系统为达到理想的控制目的，必须具备以下两个方面的性能 (基本要求) ： （a）使系统的输出快速准确地按输入信号要求的期望输出值变化。 （b）使系统的输出尽量不受任何扰动的影响。 对自控系统性能的要求一般可归纳为三大性能指标： （1）稳定性：要求系统绝对稳定且有一定的稳定裕量。 （2）瞬态质量：要求系统瞬态响应过程具有一定的快速性和变化的平稳性。 在实际系统中，由于总是存在着不同性质的储能元件。并且也由于能源功率的限制，使得系统放大能力必然有限。因而使相应的运动加速度不会太大，速度和位移不会瞬间变化，而要经历一段时间，即系统运动必然有一个渐变的过程。 r(t) t 0 c(t) t 0 （3）稳态误差：要求系统最终的响应准确度，限制在工程允许的范围之内，是系统控制精度的恒量。 1.5.2 控制系统的分析和设计 1.系统分析 系统给定，在规定的工作条件下，对它进行分析研究，其中包括稳态性能和动态性能分析，看是否满足要求，以及分析某个参数变化时对上述性能指标的影响，决定如何合理地选取等。 2.系统的设计 系统设计的目的，是要寻找一个能够实现所要求性能的自动控制系统。因此，在系统应完成的任务和应具备的性能已知的条件下，根据被控对象的特点，构造出适合的控制器是设计的主要任务。应进行的步骤如下： （1）熟悉对系统性能的要求。 （2）根据要求的性能指标综合确定系统的数学模型。 （3）若控制对象是已知的，根据确定的系统数学模型和已知部分的数学模型，求得控制器的数模和控制规律。 （4）按综合确定的数模进行系统分析，验证它在各种信号作用下是否满足要求。若不满足，及时修正。 （5）样机设计制造和试验，验证设计结果。 具有“自动”功能的装置的历史可追逆到公元前14~11世纪在中国、埃及和巴比伦出现的自动计时漏壶。 公元4世纪，希腊柏拉图(Platon)首先使用了“控制论”一词。 运用反馈原理设计出来并成功应用的是英-瓦特(J.wate)于1788年发明的蒸汽机用的离心式飞锤调速器。 后来，英-麦克斯韦(J.C.Maxwell)于1868年发表了“论调速器”一文，对它的稳定性