自动控制原理196865.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。 课程的性质和特点自动控制理论已经发展为理论严密、系统完整、逻辑性很强的一门学科。从基本反馈控制原理发展到：自适应控制、优化控制、鲁棒控制、大系统控制、智能控制。 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、医学课程特点：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。如：飞机导航 无人驾驶飞机按预定轨迹飞行 雷达技术 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。A.M.Lyapunov（李雅普诺夫）提出了李雅普诺夫第一法与第二法H.Nyquist（奈魁斯特）提出奈氏判据，Bode(波德）提出了对数频率特性的方法。二战期间，军事科学的需要大大促进了反馈控制理论的发展。美国麻省理工学院雷达实验室的科学家们将反馈放大器理论、 PID（比例-积分-微分）控制以及N.Wiener（维纳）的随机过程理论等结合在一起，形成了一整套被称为随动控制系统的设计方法。 一、自动控制的基本原理与方式(3)、根轨迹方法W.R.Evans（伊万斯）提出的方法和规则是当系统参数变化时特征方程式根变化的几何轨迹。(4)、经典自动控制理论以反馈控制原理为基础的自动控制理论已形成比较完整的体系。其特点相对言，生产技术水平较低，控制对象结构较简单，被控参数较单一，要求达到的预期效果（性能指标）也不高。主要研究对象为单输入，单输出的单变量系统（属于线性定常时不变系统）。 (5)、现代控制理论的发展从50年代末期开始，控制系统设计问题的重点从设计许多可行系统中的一种系统，转变到设计在某种意义上的一种最佳系统。大约从1960年开始，数字计算机的出现为复杂系统的时域分析提供了可能性，利用状态变量、基于时域分析的现代控制理论应运而生。从1960年到1980年，确定性系统的最佳控制，随机系统的最佳控制，乃至复杂系统的自适应和学习控制，都得到了充分的研究。从1980年到现在，现代控制理论的进展集中于鲁棒控制、H∞控制及其相关的课题。 3、反馈控制原理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。 注意：龙门刨床速度控制系统是一个有精差系统。速度最终达到的稳态值与原始给定速度之间始终有一个差值存在，这个差值是用来产生一个附加的电动机电枢电压，以补偿因增加负载而引起的速度 下降。这个差值的存在是保证系统正常工作所必 需的，一般称为稳态误差。如果从结构上加以改 进，可以消除这个稳态误差。 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：信号从输入端到达输出端的传输通路称为前向通路；系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路称为主反馈通路。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。只包含一个主反馈通路的系统称为单回路系统，有两个或两个以上反馈通路的 系统称为多回路系统。 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，