自动控制系统的概念.ppt.ppt

课程的性质和特点 自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的建立、分析与设计。 《自动控制原理》是本学科的专业基础课，是自动控制理论的基础课程，该课程与其它课程的关系如下。 课程的性质和特点 讨论的对象：因果系统 、工程系统 系统的广义性：经济、社会、工程、生物、环境等 课程特点：研究系统的共性问题 一、自动控制的基本原理与方式 1、自动控制技术及其应用 所谓自动控制，是指没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器），使机器、设备或生产过程（统称被控量）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。 飞机导航 无人驾驶飞机按预定轨迹飞行 自动控制技术应用于其他领域 由于计算机等技术的诞生和飞速发展，使得控制技术水平不断提高，已扩大到经济与社会生活的各个领域，如通信、交通、医学、环境保护、经济管理等领域，控制技术已成为现代社会不可缺少的重要组成部分。 近年来，我国在自动化仪表、工业调节器、数字控制技术、航天工程、核动力工程等方面的研究和应用取得了长足进展。 反馈控制是这样的一种控制过程，它能构在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入量（也称参据量）之间的偏差，而其工作正是基于这一偏差基础之上的，这就是反馈控制的原理。 如人取桌上书的过程（见下图）： 龙门刨床速度控制系统原理图 在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反 馈控制原理进行工作的。当负载波动时，必然会引起速 度变化，由于龙门刨床不允许速度变化过大，因此必须 对速度进行控制。 4、反馈控制系统的基本组成 反馈控制系统是由各种不同的元部件组成的。 a) 测量元件：检测被控制的物理量。 b) 给定元件：给出与期望的被控制量相对应的系统输入量（即参据量）。 c) 比较元件：把测量元件检测的被控量的实际值与给定元件给出的参据量进行比较，求出它们之间的偏差。 典型的反馈控制系统基本组成框图： 5、自动控制系统基本控制方式 (1)、反馈控制方式 按偏差进行控制，具有抑制扰动对被控量产生影响的能力和较高的控制精度。 二、自动控制系统示例 1、家用电冰箱温控系统 控制器设定温度与冰箱比较，产生偏差值，当偏差电压达到使继电器接通时，压缩机工作，将蒸发器中高温低压气态制冷液送制冷却器散热，降温后的低温低压制冷液压缩成高压液态进入蒸发器，急速降压扩散成气体，吸收箱体内热量，使冰箱温度下降，如此循环操作，使箱体温度达到希望温度，此时继电器断开，压缩机停止工作。 2、锅炉液位控制系统 当蒸汽的耗汽量与锅炉进水量相等时，液位保持在正常标准值。当过锅炉给水量不变，而蒸汽负荷发生变化时，液位也相应发生变化；或者当蒸汽负荷不变，而给水管道水压发生变化时，引起锅炉液位发生变化。但 下图为锅炉液位控制系统的方框图 3、龙门刨床速度控制系统 下图示为龙门刨床速度控制系统。当负载发生变化时，如何控制速度。 例如： 下图为龙门刨床速度控制系统的方框图 4、电炉温度控制系统 电阻丝通过晶闸管主电路加热，炉温期望值预先设定，炉温实际值由热电偶检测，并转换成电压，经放大、滤波后，由A/D转换后送入计算机，并与所设置的期望温度进行比较，产生偏差信号，计算机根据控制算法计算相应控制量，再经D/A转换成电流，通过触发器控制晶闸管导通角，从而改变电阻丝中电流大小，达到控制炉温的目的。 下图为电炉温度控制系统的方框图 三、自动控制系统的分类 自动控制系统有多种分类方法，一般，为了全面反映自动控制系统的特点，常常将各种分类方法组合应用。 1、线形连续控制系统 这类系统可以用线形微分方程式描述，其一般形式为： (1)、恒值控制系统 这类控制系统的参据量是一个常值，要求被控量亦等于一个常 值，故又称为调节器。 在恒值控制系统中，参据量可以随生产条件的变化而改变，但 是，一经调整后，被控量就应与调整好的参据量保持一致。在工业控 制中，如果被控量是生产过程参量时，这种控制系统则称为过程控制 系统，它们大多数属于恒值控制系统。 (3)、程序控制系统 系统的参据量时按预定规律随时间变化的函数，要求被控量迅速、准确地加以复现。程序控制系统和随动系统的参据量都是时间函数，不过前者是已知的时间函数，后者是未知的任意时间函数，而恒值控制系统也可视为程序控制系统的特例。 3、非线性控制系统 系统中只要有一个元部件的输入－输出特性是非线性的，这类系统就称为非线性控制系统， 实际物理系