自动控制原理第1章讲述.ppt

按描述系统的数学模型不同来分类 线性系统 特点：系统由线性元件构成，描述运动规律的数学模型为线性微分方程。 运动方程一般形式 非线性系统 在构成系统的环节中有一个或一个以上的非线性环节。 理论研究不如线性系统完整，目前尚无通用方法。 1.4 自动控制系统的基本要求 对控制系统性能的要求概括为三方面： 稳定性（稳） 控制系统运行的必要条件，不稳定的系统是不能工作的. 快速性（快） 系统动态响应的快速性，系统的过渡过程越短越好. 准确性（准） 过渡过程结束，到达稳态后系统的控制精度的度量. 1.4.1性能要求 稳定性 系统在受到扰动作用后自动返回原来的平衡状态的能力。如果系统受到扰动作用（系统内或系统外）后，能自动返回到原来的平衡状态，则该系统是稳定的。稳定系统的数学特征是其输出量具有非发散性；反之，系统是不稳定系统。 快速性 在时域中，常用单位阶跃信号作用下，系统输出的超调量?p ,上升时间Tr ，峰值时间Tp ,过渡过程时间（或调整时间）Ts和振荡次数N等特征量表示。 单位阶跃信号作用下，稳定系统的典型输出响应曲线 在控制系统稳定的前提下，总是希望响应速度越快越好，而且超调量越小越好。 自动控制原理 * 稳态误差 指稳定系统在完成过渡过程后的稳态输出偏离希望值的程度。稳态误差越小，系统的精度越高，它由系统的稳态响应反映出来。 自动控制系统的性能指标分别描述了系统在稳定性、动态性能、稳态性能三个方面的要求，根据这些性能指标，就可以判别系统性能的优劣。 为什么研究典型外作用？ 系统的响应与信号形式有关，输入信号不同，系 统的响应不同。 典型外作用信号 脉冲信号（Pulse Function） 阶跃信号（Step Function） 斜坡信号（Ramp Function） 抛物线信号（Parabolic Function） 正弦信号（Sine Function） 1.4.2 典型外作用 （1）脉冲信号（Pulse Function） 无限脉冲信号 有限脉冲信号 时间 t r（t） A h （2）阶跃信号（Step Function） 时间t r（t） R 0 （3）斜坡信号（Ramp Function） 时间 t r（t） R t t g（?）=R ? 0 （4）抛物线信号（Parabolic Function） 时间 t r（t） 0.5 R t 2 0 （5）正弦信号（Sine Function） 本章的基本要求 掌握自控系统的基本概念、系统组成和各组成环节的作用, 正确画出系统的原理方框图; 了解自控系统的分类和特点; 掌握负反馈在自控系统中的作用; 明确开环 控制与闭环控制的区别； 明确对控制系统的基本要求。 本章作业 P19：1,4，7,8 火炮、雷达、跟踪系统 航空 航天 现代化工厂 工业生产过程 化工过程 轧钢过程 汽车加工 装箱加工过程 自动控制是现代才有的吗？？ 古代就有自动化方面的成就 公元前14世纪至前11世纪，自动计时漏壶 公元130年，张衡地动仪 公元235年，马钧指南车 ？？ 1.1.2自动控制理论及其发展 1769年瓦特发明 蒸汽机 1788年瓦特发明飞球调节器，进一步推动蒸汽机的应用，促进了工业的发展。 推动了社会进步是飞球调节器公认为第一个自动控制系统的最主要原因！ 飞球调节器 世界上公认的第一个自动控制系统 * 飞球调节器有时使蒸汽机速度出现大幅度振荡。其它自动控制系统也有类似现象。 由于当时还没有自控理论，所以不能从理论上解释这一现象。为了解决这个问题，盲目探索了大约一个世纪之久。 没有理论指导使控制技术停滞了一个世纪！ 自动控制理论的开端 1868年英国麦克斯韦尔的“论调速器”论文指出： 不应单独研究飞球调节器，必须从整个系统分析控制的稳定性。 建立系统微分方程，分析微分方程解的稳定性，从而分析实际系统是否会出现不稳定现象。这样，控制系统稳定性的分析，变成了判别微分方程的特征根的实部的正、负号问题。 麦克斯韦尔的这篇著名论文被公认为自动控制理论的开端。 经典控制理论 20世纪40年代“经典控制理论”正式诞生，代表作是维纳（Wiener）1948年发表的《控制论》（Cybernetics or Control and Communication in the Animal and Machine）。 维纳成为控制论的创始人！ 控制论所讨论的主要问题是一个系统的各个不同部分之间的相互作用的定性性质，以及整个系统的总体运动状态。 “经典控