上海交大 机械工程控制基础课件--第1章.pptVIP

第1章 绪论 1.3 自动控制系统的类型 自动控制系统的分类方法很多，按不同的方式分类，其类型各有不同。 1.3.1 按输入信号的运动规律进行分类 恒值控制系统(又称自动调节系统) 特点：是输入信号(参考输入量)是一个恒值，控制任务是尽量消除干扰的影响，使输出信号以一定的准确度保持在期望值上。在生产过程中，用来控制温度、湿度、压力、流量、电压、电流、频率、速度等的自动控制系统多为恒值控制系统。 第1章 绪论 1.3 自动控制系统的类型 3. 随动控制系统(又称自动跟踪系统) 随动控制系统的输入信号是预先未知的随时间任意变化的函数，系统的任务是使输出信号以尽可能小的误差跟随输入信号的变化。如，雷达自动跟踪系统、火炮自动瞄准系统、各种电信号记录仪等都是随动控制系统。 2. 程序控制系统 特点：是输入信号按预先设定的规律(或程序)变化，即输入信号是随时间变化的已知函数。数控机床就是一个典型的程序控制系统。 第1章 绪论 1.3 自动控制系统的类型 1.3.2 按系统元件的信号特性或描述系统动态特性的数学模型 进行分类 1. 线性系统和非线性系统 如果组成系统的所有元件的输入/输出信号特性具有线性关系，则这种系统称为线性系统；反之，只要系统中有一个元件的输入/输出特性呈非线性关系，那它就是非线性系统。线性系统的运动规律可用线性微分方程或差分方程来描述。 在实际工程中，严格来说一切系统都是非线性系统。但许多系统的非线性特性并不很强，把它们当作线性系统来处理时，结果与实际差别不大，因此为了便于研究，一般视为线性系统。 第1章 绪论 1.3 自动控制系统的类型 2. 连续系统和离散系统 若系统中所有信号均为时间 t 的连续函数，则称这类系统为连续系统；反之，只要系统中有一个信号是脉冲序列或数字编码，则这样的系统称为离散系统。连续系统运动规律可用微分方程来描述，离散系统运动规律可用差分方程来描述。 3. 定常系统和时变系统 如果组成系统的所有元件的参数不随时间的进程而变化，描述系统运动规律的微分方程或差分方程中的各个系数也不会随时间的进程而变化，这样的系统称为定常系统。 第1章 绪论 1.3 自动控制系统的类型 实际工程中的系统，绝大多数是定常系统。但也有少数这样的系统，其组成元件的参数是随时间的延续而变化的，从而导致描述系统动态特性的微分方程或差分方程中的一个(或几个)系数是时间t 的函数，这种系统称为时变系统。运载火箭就是时变系统的例子，它的质量随时间的延续而变化。 4. 单输入/单输出系统和多输入/多输出系统 所谓单输入/单输出系统(又称单变量系统)，是指只有一个输入信号和一个输出信号的系统；而多输入/多输出系统(又称多变量系统)指的是具有多个输入信号和多个输出信号的系统，包括有一个输入信号多个输出信号的系统和有多个输入信号一个输出信号的系统。 第1章 绪论 1.3 自动控制系统的类型 以上这 4 种分类方法表面上看起来各有各的含义，各自孤立存在，其实不然，它们反映的是同一事物的不同侧面。一个系统，不论它是恒值控制系统还是随动控制系统、亦或程序控制系统，它都可以既是线性的、又是连续的、还同时是定常的和单变量的，这样的系统可称为单变量线性定常连续系统。 第1章 绪论 例题： 如下图所示为液面控制系统。要求在运行中容器的液面高度保持不变。试简述其工作原理，并画出系统原理结构图。 杠杆 Hr 阀门2 浮子 Q1 Q2 阀门1 液面控制系统 第1章 绪论 例题： 解：被控对象是容器（水箱），其液面高度H应为输出量。浮子跟随液面上下浮动，可以反映出液面的实际高度H，也可以表明实际高度对输入高度的偏差Hr—H，相当于测量元件。 浮子带动杠杆，杠杆联动阀门1以调节进入容器的流量，进而控制液面高度，故杠杆相当于放大元件，阀门1执行元件。 浮子 杠杆 阀门1 水箱 由以上分析可画出系统的原理结构图如图所示。 Hr Q1 Q2 H 因为该系统的主反馈信号直接取自系统的输出端而不经过任何变换，即b(t) = y(t)，故此系统为单位反馈系统。 第