第1章自动控制系统概述讲解.ppt

第1章 自动控制系统概述 1.1 自动控制理论的发展史及内容 1.2 开环控制和闭环控制 1.3 自动控制系统的组成 1.4 自动控制系统的分类 1.5 对自动控制系统的基本要求 1.6 自动控制系统实例 习题 1.1自动控制理论的发展史内容 自动控制是指在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(统称被控对象)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。系统是指按照某些规律结合在一起的物体(元部件)的组合, 它们相互作用、相互依存, 并能完成一定的任务。 自动控制技术的应用可以追溯到18 世纪(1788年)瓦特(Watt)利用小球离心 调速器使蒸汽机转速保持恒定的开创性的突破， 以及19世纪(1868年)麦克斯韦（Maxwell）对轮船摆动（稳定性）的研究。但在初期，自动控制技术的应用进展很缓慢。自动控制技术的真正发展是在20世纪。 自动控制理论通常可分为经典控制理论、 现代控制理论和智能控制理论。  1) 经典控制理论 经典控制理论产生并发展于20世纪40～60年代。 2) 现代控制理论 现代控制理论于20世纪60年代中期发展成熟。 3) 智能控制理论 智能控制理论是20世纪70年代后， 控制理论向广度和深度发展的结果。 智能控制系统是指具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统， 其中最典型的就是智能机器人。对自动控制理论的具体描述可表示为图1-1。  1.2 开环控制和闭环控制 1. 开环控制系统(Openloop Control System) 若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响，则这样的系统称为开环控制系统。图1-2就是一个由步进电机驱动的数控加工机床,也是一个没有反馈环节的开环控制系统。 图1-3为数控加工机床开环控制方框图。此系统的输入量为加工程序指令， 输出量为机床工作台的位移，系统的控制对象为工作台，执行机构为步进电动机和传动机构。由图可见，系统无反馈环节，输出量并不返回来影响控制部分，因此是开环控制。  2. 闭环控制系统(Closedloop Control System) 若系统输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分，形成闭合环路，则这样的系统称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统(Feedback Control System)。图1-4为电炉箱恒温自动控制系统。 1.3 自动控制系统的组成 现以图 1 - 4 和图 1 - 5 所示的恒温控制系统来说明自动控制系统的组成和有关术语。  为了表明自动控制系统的组成以及信号的传递情况，通常把系统各个环节用框图表示，并用箭头标明各作用量的传递情况，图 1 - 7 便是图 1 - 4 所示系统的方框图。方框图可以把系统的组成简单明了地表达出来，而不必画出具体线路。 由图1-7可看出，一般自动控制系统包括：  (1)给定元件（Command Element）：由它调节给定信号（UsT），以调节输出量的大小。 (2)检测元件（Detecting Element）：由它检测输出量（如炉温T）的大小，并反馈到输入端。 (3)比较环节（Comparing Element）：在此处，反馈信号与给定信号进行叠加，信号的极性以“+”或“-”表示。 (4)放大元件（AmplifyingElement）： 由于偏差信号一般很小， 因此要经过电 压放大及功率放大， 以驱动执行元件。 (5)执行元件（Executive Element）： 驱动被控制对象的环节。 (6)控制对象（Controlled Plant）： 亦称被调对象。 (7)反馈环节（Feedback Element）： 由它将输出量引出， 再回送到控制部分。 由图 1 - 7 可见， 系统中的各种作用量和被控制量包括: (1)输入量（Input Variable）：又称控制量或参考输入量（Reference Input Variable），所以输入量的角标常用i(或 r)表示。 (2)输出量（Output Variable）：又称被控制量（Controlled Variable）,所以输出量角标常用o(或 c)表示。 (3)反馈量