彭珍瑞 控制工程基础 第一章绪论.ppt

当电源变化、负载变化等引起转速变化，称为扰动。电动机被称为被控对象，转速称为被控量，当电动机受到扰动后，转速(被控量)发生变化，经测速发电机(测量元件)将转速信号(反馈信号)反馈到功率放大器(控制器)，使控制器的输出(控制量)发生相应的变化，从而可以自动地保持转速不变或使偏差保持在允许的范围内。 图1-5-1 控制系统被控量变化的动态特性 (a)单调过程: 被控量y(t)单调变化(没有“正，”， “负”的变化)，缓慢地到达新的平衡状态(新的稳态 值)。如图1-5-1(a)所示，一般这种动态过程具有较 长的动态过程时间(即到达新的平衡状态所需的时 间)。 (d)渐扩振荡过程(发散过程): 被控量y(t)的动态过程不但是一个振荡过程，而且振荡的幅值越来越大，以致会大大超过被控量允许的误差范围，如图1-5-1(d)所示，这是一种典型的不稳定过程，设计自动控制系统要绝对避免产生这种情况。 三、按描述系统的数学模型不同来分 1、线性系统 由线性元件构成的系统叫线性系统。其运动方程为线性微分方程。若各项系数为常数，则称为线性定常系统。线性系统的主要特点是具有叠加性和齐次性，即当系统的输入分别为r1(t)和r2(t)时，对应的输出分别为c1(t)和c2(t)，则当输入为r(t)=a1r1(t)+a2r2(t)时，输出量为c(t)=a1c1(t)+a2c2(t), 其中为a1、a2为常系数。 经典控制理论以连续线性定常控制系统为研究对象。 2. 严格来说，任何物理系统的 特性都是非线性的。 2、非线性系统 1.非线性的理论研究一般只能近似的定性描述和数值计算。 注意： 在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节时，该系统为非线性系统。非线性系统不满足叠加性或齐次性。 四、其它分类方法 自动控制系统还有其他的分类方法: (1)按系统的输入/输出信号的数量来分:有单输入/单输出系统和多输入/多输出系统。 (2)按控制系统的功能来分：有温度控制系统、速度控制系统、位置控制系统等。 (3)按系统元件组成来分：有机电系统、液压系统、生物系统。 (4)按不同的控制理论分支设计的新型控制系统来分，有最优控制系统，自适应控制系统，预测控制系统，模糊控制系统，神经网络控制系统等等。 第五节 控制系统的性能要求 当控制系统受到干扰或者人为要求给定值改变，被控量就会发生变化，偏离给定值。通过系统的自动控制作用，经过一定的过渡过程，被控量又恢复到原来的稳定值或者稳定到一个新的给定值。被控量在变化过程中的过渡过程称为动态过程（即随时间而变的过程），被控量处于平衡状态称为稳态或静态。 典型试验信号 阶跃信号 斜坡信号 抛物线信号 脉冲信号 正弦信号 系统性能分析 动态特性分析 y(t)-- 输出 x(t) -- 输入 动态特性:系统输出在典型测试信号下随时间变化的特性 稳态特性分析 y(?)稳态输出 x-- 输入 稳态特性:平衡状态下系统输出与输入的关系 稳定性就是指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复 平衡状态的能力。自动控制系统的最基本的要求是 系统必须是稳定的，不稳定的控制系统是不能正常 工作的。 前提是系统稳定。快速性是指当系统输出量与给定 的输入量之间产生偏差时，消除这种偏差的快速程 度即过渡过程。一般希望这种过渡过程进行得越快 越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态 误差(偏差)过大。合理的设计应该兼顾这两方面的 要求。 1.稳定性 2.快速性 在调整过程结束后输出量与给定的输入量之间的偏差，这也是衡量系统工作性能的重要指标。即要求 动态误差和稳态误差都越小越好。 常见的控制系统被控量变化的动态特性有以下几种: 3.准确性 (a)(b) (c)(d) (b)衰减振荡过程: 被控量y(t)的动态过程是一个振 荡过程，振荡的幅度不断地衰减，到过渡过程结束时， 被控量会达到新的稳态值。如图1-5-1(b)所示。 (c)等幅振荡过程: 被控量y(t)的动态过程是一个持续等幅振荡过程，始终不能到达新的稳态值，如图1-5-1(c)所示。这种过程如果振荡的幅度较大，生产过程不允许，则认为是一种不稳定的系统，如果振荡的幅度较小，生产过程可以允许，则认为是一种稳定的系统。 * page 控制工程基础 第一章 绪论 兰交大能动学院 主要内容 第一节 概论 第二节 控制的基本原理 第三节 控制的基本方式 第四节 控制系统的分类 第五节 控制系统的性能要求 随着科学技术的进步，控制的概念也在扩大， 政治、经济、社会等各个领域也越来越多地被认 为与自动控制有关。现在已发展成为一门独立的 学科——控制论。工程控制论、生物控制论、 经济控制论和社会控制论。 控制论与工程技术的结合 第一节