自动控制原理第1节课件剖析.ppt

自动控制原理 第1章 自动控制的基本概念 第1章 自动控制的基本概念 机械工业出版社 第1章 自动控制的基本概念 1.1 概述 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）。 “经典控制理论”以传递函数为数学工具，研究对象主要是单输入单输出线性的一类自动控制系统。 60年代初，第一颗人造卫星上天，太空飞船成功登月，催生了“现代控制理论”。 “现代控制理论”以状态空间法为基础，主要研究多输入多输出、时变、非线性控制系统的分析和设计问题。 1.2 自动控制的基本原理 1.2.1 自动控制系统举例 (1) 温度控制系统  1.2 自动控制的基本原理 被控对象： 它接受控制量并输出被控量 测量装置： 它把被控对象的被控量检测出来 比较装置： 它把测量信号与给定信号比较，得到偏差 计算装置： 可以进行复杂运算，决定系统性能的好坏 放大装置： 经过计算处理的信号通常是弱信号，不能驱动被控制对象，由它进行放大 执行装置： 它推动被控对象的被控量发生变化 1.3 控制系统的分类 1.3.1 按信号传递路径分类 (1)按给定值操作的开环控制系统 (2)按干扰补偿的开环控制系统 (3)按偏差调节的闭环控制系统 1.3 控制系统的分类（续） (4)复合控制系统 1.3.2 按输入信号特征分类 (1)恒值控制系统 (2)程序控制系统 (3)随动控制系统（又称伺服系统） 1.3 控制系统的分类（续） (1)线性系统 线性系统中各元件的静特性为直线。 线性系统有两个重要特性——叠加性和齐次性 1)叠加性：如果用c1(t)表示由r1(t)产生的输出，用c2(t)表示由r2(t)产生的输出，则当r1(t)和r2(t)同时作用时，输出量为c1(t) + c2(t) 。 2)齐次性：如果用c(t)表示由r(t)产生的输出量，则在Kr(t)作用下的输出量为Kc(t)。 1.3 控制系统的分类（续） (2)非线性系统 系统中只要某一部件具有非线性特性就是非线性系统。 非线性系统的特点是不满足叠加原理。图中分别为继电 器、死区、饱和、间隙特性，还有大量的其它非线性特性。 (a) (b) (c) (d ) 1.3 控制系统的分类（续） (1)连续时间系统：控制系统中各环节的输入量和输出量均为 时间t的连续函数 (2)离散时间系统：系统中只要一处信号是脉冲序列或数字编码 1.3.5 按系统参数特性分类 (1)定常系统 系统参数在系统运行过程中相对于时间是不变的 (2)时变系统 系统参数是时间t的函数 1.4 对控制系统的性能要求 1.4.1 稳定性 当系统受到干扰后，系统的输出c( t )可能出现增幅振 荡或单调增长现象，这种现象称为不稳定现象，这样的系 统称为不稳定系统。 (a) (b) 1.4 对控制系统的性能要求 1.4.2 动态性能指标 当系统输入信号r(t)为阶跃函数时，其输出信号c(t)称为 阶跃响应。图为某自动控制系统在阶跃输入r(t)作用下的输出 响应曲线c(t)。 在控制系统稳定的前提下，总是希望响应越快越好，而 且超调量越小越好。 1.4 对控制系统的性能要求 * * 自动控制原理 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 本章介绍自动控制的基本概念、自动控制系统的构成和特点、自动控制系统的几种类型等。 1.1 概述 1.2 自动控制的基本原理 1.3 控制系统的分类 1.4 对控制系统的性能要求 习 题 (2)位置随动系统 1.2 自动控制的基本原理 1.3.3 按系统数学模型分类 1.3.4 按时间变量特性分类 1.4.3 稳态误差 控制系统在稳定的情况下，希望的输出与实际的输出之差称为误差，误差的稳态分量称为稳态误差（或称为静态误差），一般用ess表示。