第1章自动控制理论的一般概念课件.ppt

红河学院自动化系 红河学院自动化系 红河学院自动化系 红河学院自动化系 自动控制原理 教学课件 红河学院 徐绍坤 gjxusk5712@163.c0m 第一章 自动控制理论的一般概念 1-1 自动控制发展简史 1-2 自动控制的基本方式 1-3 典型控制系统 1-4 对于自动控制系统的要求 1765年，瓦特发明蒸汽机，用离心式调速器控制蒸气机 1948年，维纳《控制论－或关于在动物和机器中控制和通 信的科学》产生 40－60年代 经典控制理论（频域法为主） 60－70年代 现代控制理论（时域法为主) 70年代以后 大系统控制理论 自动控制： 在没有人直接参与的情况下，采用控制装置或机械使被控制对象达到预期的目标 。 1-1 自动控制发展简史 发展简史： 自动控制研究的内容： 经典控制理论 现代控制理论 经典控制理论 主要研究对象:对单输入单输出线性定常系统的分析和设计问题。 现代控制理论 主要研究对象:多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的分析和设计问题。 比较繁琐 （但由于计 算机技术的 迅速发展，已克服) 状态 空间法 线性代数、矩阵理论 多输入-多输出变系数，非线性等系统 现代控制理论 对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力 时域法 频域法 根轨迹法 微分方程，传递函数 单I/O 线性定常系统 经典控制理论 局限性 分析方法 数学工具 研究对象 闭环控制 复合控制 开环控制 1-2 自动控制的基本方式 一、开环控制 控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制。 温度计 加热电阻丝 u ~220V k 炉温开环控制系统 开关闭合后，不同的输入电压u对应于不同的温度t。 给定值 输出量 典型开环控制的方框图 控制器 被控制 对象 扰动 输出量 受控对象 控制装置 (电源 ) 输入量 (温度) 扰动量 开关 电炉恒 温箱 加热电 阻丝 炉温开环控制系统方框图 控制方式： 按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。一定的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精度。对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。结构简单，成本低廉，多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合. 开环控制系统特点： 信号从输入到输出无反馈,单向传递. 结构简单. 控制精度不高,无法抑制扰动. 例: 直流电动机转速开环控制系统。 　输出量对输入量没有影响的系统称为开环系统 控制任务：保持工作机械恒速运行. 控制过程： 二、闭环控制 反 馈： 输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程 负反馈： 反馈的信号与输入信号相减而使偏差越来越小 典型闭环系统方框图 闭环控制: 是指控制器与控制对象之间既有顺向 作用有反向联系的控制过程。 特点: 输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；低精度元件可组成高精度系统；因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要 开环 优点：结构简单，成本低廉，工作稳定，当输入信号和 扰动能预先知道时，控制效果较好。 缺点：不能自动修正被控制量的偏离，系统的元件参 数变化以及外来的未知扰动对控制精度影响较大。 闭环 优点：具有自动修正被控制量出现偏离的能力，可以修 正元件参数变化及外界扰动引起的误差，控制精度高。 缺点：被控量可能出现振荡，甚至发散。 三、开环控制与反馈控制的比较 主 反 馈 — 与输出成正比或某种函数关系，但量纲与给定信号相同； 偏 差 — 给定信号与主反馈信号之差的信号； 控制单元 — 接受偏差信号，通过转换与运算，产生期望的控制量； 扰 动 — 对系统输出产生不利影响的信号； 反馈环节 — 检测输出信号并转换与给定输入信号相同量纲的信号。 四、闭环控制系统的术语和定义 输出量 环节名称（或特性） 输入量 (a) (-) (b) r e=r-b b (c) c 引出点 c c 闭环控制系统的方框图 方框图的组成： 扰动 被控量 偏差 信号 (-) 参考 输入信号 r(t) 调节器(或控制器) u(t) 受控系统 e(t) c(t) 反馈信号 控制量 给定 控制 环节 放大 元件 执行 机构 受控 对象 反馈装置 (测量元件) 扰动 (b) 方框图 (-) ut ug 给定 装置 放大器 电动机 转速反 馈装置 触发