第一讲自动化电气工程及其自动化专业.ppt

第1章 引 论 自动控制原理 谢 启 主讲 常熟理工学院电气与自动化工程学院 总学时： 第1章 引 论 1、自动控制、系统、自动控制系统 自动控制：是指在没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的某一物理量或数个物理量自动地按照预定的规律（给定值）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。 自动控制系统 ：能够实现自动控制的系统就可称为自动控制系统，一般由控制装置和被控对象组成。 机械转速、位置的控制 工业过程中温度、压力、流量的控制 远洋巨轮航行控制 深水潜艇的控制 飞机自动驾驶 神舟飞船的返回控制 “勇气”号、“机遇”号的火星登陆控制 等等 总之，自动控制技术的应用几乎无所不在 。 降低成本。 目 录 § 1.1 开环控制和闭环控制 § 1.2 自动控制系统的组成及术语 § 1.3 自动控制系统的类型 § 1.4 自动控制系统性能的基本要求 § 1.5 自动控制课程的主要任务 § 1.6 自动控制系统实例 小 结 §1.1 开环控制和闭环控制 1.1.1 开环控制 1.1.2 闭环控制(反馈控制) §1.3 自动控制系统的类型 1.3.1 按信号流向划分 1.3.2 按系统输入信号划分 1.3.3 线性系统和非线性系统 1.3.4 定常系统和时变系统 1.3.5 连续系统和离散系统 1.3.6 单输入单输出系统与多输入多输出系统 §1.4 自动控制系统性能的基本要求 1.4.1 稳定性(稳) 1.4.2 稳态精度(准) 1.4.3 动态过程(好) 1.5.1 阶跃函数 1.5.2 斜坡函数（等速度函数） 1.5.3 抛物线函数（等加速度函数） 1.5.4 脉冲函数 1.5.5 正弦函数 §1.6 自动控制系统实例 1.6.1 造纸机分部传动控制系统 1.6.2 谷物湿度控制系统 1.6.3 烘烤炉温度控制系统 1.单输入单输出系统(单变量系统) 系统的输入量和输出量各为一个,称为单输入单输出系统。 2.多输入多输出系统(多变量系统) 若系统的输入量和输出量多于一个,称为多输入多输出系统。对于线性多输入多输出系统,系统的任何一个输出等于数个输入单独作用下输出的叠加。 返回 自动控制系统是否能很好地工作,是否能精确地保持被控量按照预定的要求规律变化这取决于被控对象和控制器及各功能元器件的特性参数是否设计得当。 在理想情况下,控制系统的输出量和输入量,在任何时候均相等,系统完全无误差,且不受干扰的影响。实际系统中,由于各种各样原因,系统在受到输入信号(也包括扰动信号)的激励时,被控量将偏离输入信号作用前的初始值,经历一段动态过程(过渡过程),则系统控制性能的优劣,可以从动态过程中较充分地表现出来。 控制精度是衡量系统技术性能的重要尺度。一个高品质的系统,在整个运行过程中,被控量对给定值的偏差应该是最小的。考虑动态过程在不同阶段中的特点,工程上通常从稳、准、好三个方面来衡量自动控制系统。 稳定工作是所有自动控制系统的最基本要求,是系统能否工作的前题。不稳定的系统根本无法完成控制任务。考虑到实际系统工作环境或参数的变动,可能导致系统不稳定,因此,我们除要求系统稳定外,还要求其具有一定的稳定裕量。 稳态精度是指系统过渡到新的平衡工作状态以后,或系统对抗干扰重新恢复平衡后,最终保持的精度。稳态精度与控制系统的结构及参数,输入信号形式有关。 动态过程是指控制系统的被控量在输入信号作用下随时间变化的全过程,衡量动态过程的品质好坏常采用单位阶跃信号作用下过渡过程中的超调量,过渡过程时间等性能指标。 返回 §1.5 自动控制课程的主要任务 本课程的主要内容是阐述构成、分析和设计自动控制系统的基本理论。对实际系统,建立研究问题的数学模型,进而利用所建立的数学模型来讨论构成、分析、综合自动控制系统的基本理论和方法。 作为研究自动控制系统的分析与综合的方法来说,对单输入单输出系统常采用的是时域法,频域法,根轨迹法以及目前广泛应用的计算机辅助设计。 对于一个实际系统其输入信号往往是比较复杂的,而系统的输出响应又与输入信号类型有关。因此,在研究自动控制系统的响应时,往往选择一些典型输入信号,并且以最不利的信号作为系统的输入信号,分析系统在此输入信号下所得到的输出响应是否满足要求。估计系统在比较复杂信号作用下的性能指标。 常采用的典型输入信号有： 它的数学表达式为： 它表示一个在时出现的，幅值为的阶跃变化函数，如图所示。在实际系统中，如负荷突然增大或减小