自控—李忠国01.ppt

* 自 动 控 制 基 础 李忠国 机械学院 * 课程性质 自动控制基础是机制以及机电专业的一门专业基础课，是后面众多专业课程的基础。 课程介绍 * 课程目的 学会运用经典控制理论的基本理论和思想方法，掌握机电气液控制中信号的传递、反馈及控制、动态特性与综合的分析与研究方法，初步培养从事机电气液控制系统分析和设计的能力。 课程介绍 * 课程内容 控制系统的基本概念 数学模型 时域分析法 频域分析法 课程介绍 * 参考书 1.邹伯敏，自动控制理论，机械工业出版社。 2.王划一等，自动控制原理，国防工业出版社。 3.Narciso F. Macia等，动态系统建模与控制，清华大学出版社。 课程介绍 * 考核方式 实验、课堂表现（考勤、提问）以及课后作业占30％ 课程考试占70％ 有事请假！杜绝随意迟到、早退。 * 1.1 引言 1.2 基本控制方式 1.3 控制系统的类型 1.4 对控制系统的基本要求 End 第一章 控制系统的基本概念 * 1.1引言 1.1.1 自动控制技术及应用 所谓自动控制，就是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备（称为控制器）操作被控对象（如机器、设备或生产过程）的某个状态或参数（称为被控量）使其按预先设定的规律自动运行。自动控制作为一种技术手段已广泛的应用于工业、农业、国防以及日常生活。如化工生产中合成氨反应塔内的温度和压力能够自动维持恒定不变，农业温室内气候自动调节，雷达跟踪和指挥仪所组成的防空系统能使火炮自动地瞄准目标，无人驾驶飞机能按预定轨道自动飞行，人造地球卫星能够发射到预定轨道并能准确回收，空调自动保持恒定温度等等，都是应用自动控制技术的结果。 * 1.2 控制系统基本控制方式 闭环控制 复合控制 开环控制 前馈控制 控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反(反馈)向联系。包括基于设定值的控制（电灯控制）和前馈控制。 是根据扰动或设定值的变化按补偿原理而工作的控制系统。属于开环控制。（刀具转速的恒速控制） 其特点是：当扰动作用产生，被控变量还未变化以前，根据扰动作用的大小进行控制。以补偿扰动对被控变量的影响。 通过输出量的适当检测,又送回输入端与输入量比较参与控制的，又称为反馈控制。 闭环特点:(优点) 环内的干扰都能有效抑制. 有反馈有前馈. * 开环控制 扰动 输出量 输入量 控制装置 受控对象 开环控制系统的方框图 温度计 加热电阻丝 调压器 u (a) 原理图 ~220V 输出量 (手柄位置) 调压器 加热 电阻丝 电炉 恒温箱 输入量 受控对象 (温度) 扰动量 (b) 方块图 控制装置 * ug Ti Δu (-) uf Q To 给定 装置 放大器 电动机、传动 装置和阀门 热处理炉 放大器 热电偶 M ? ua Δu uf ug 给定电位计 + - 电动机 煤气 空气 阀门 热处理炉 工件 热电偶 放大器 混合 器 放大器 闭环控制 外部信号 * 闭环控制系统的方框图 被控量 偏差 信号 (-) 参考 输入信号 r(t) 调节器(或控制器) u(t) 受控系统 e(t) c(t) 反馈信号 控制量 扰动 给定 装置 校正 装置 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元件) 用“○”号代表比较元件，“—”号代表两者符号相反，“+”号代表两者符号相同。 信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路称前向通路； 前向通路与主反馈通路共同构成主回路。 此外，还有局部反馈通路以及由它构成的内回路。 输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称主反馈通路； * 被控量 ：指被控对象中要求保持给定值、要按给定规律变化的物理量。被控量又称输出量、输出信号 。 给定值 ：是作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量。给定值又称输入信号、输入指令、参考输入。 干扰量 ：除给定值之外，凡能引起被控量变化的因素，都是干扰。干扰又称扰动。 偏差： 设定值与测量值之差 控制系统的变量 * 控制系统的结构组成 给定环节:产生给定值。（如前面的可变电阻） 测量元件(反馈)：测量被控量或输出量（如：液位、流量、压力、压差或温度等） ，产生反馈信号。反馈元件通常用电量来测量非电量。 比较环节:产生偏差信号，常用有差动放大器、电桥电路等。 放大环节: 放大偏差信号 执行环节：根据调节器的控制信息，控制被控对象。如阀门、伺服电机等。 校正环节：为了保证控制质量，使系统获得良好的动、静态性能而加入的元件。 被调节对象 * 线性/非线性系统 连续/离散性系统 定常/时变性系统 确定/不确定系统 1.3控制系统的基本类型 按控制