机械工程控制基础第1章解读.ppt

(2)随动系统 随动系统(伺服系统) 输入量的变化规律不能预先确知，其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并能排除各种干扰因素的影响，准确地复现输入信号的变化规律。． 在现代工业中，广泛地采用着随动系统。例如仿形加工系统、火炮自动瞄准系统 。 典型的位置随动系统的组成 (3)程序控制系统 程序控制系统 输入量的变化规律预先确知，输入装置根据输入的变化规律，发出控制指令，使被控对象按照指令程序的要求而运动。如数控对象按照指令程序的要求而运动。如数控加工系统。 3、按系统中传递信号的性质分类 连续控制系统 系统中各部分传递的信号为随时间连续变化的信号。连续控制系统通常采用微分方程描述。 离散（数字）控制系统 系统中某一处或多处的信号为脉冲序列或数字量传递的系统。离散控制系统通常采用差分方程描述。 4、其它分类方法 线性系统、线性定常系统（或称线性时不变系统）和非线性系统 定常系统和时变系统 机械、电气、机电、液压、气动、热力等控 制系统 温度、压力、位置等控制系统 当系统的数学模型能用线性微分方程描述时，该系统称为线性系统。如果微分方程的系数为常数，则称该系统为线性定常系统。线性系统可以运用叠加原理，当有几个输入量同时作用于系统时，可以逐个输入求出对应的输出，然后把各个输出进行叠加，即为系统的总输出。 线性系统是一数学模型，是指用线性运算子组成的系统。相较于非线性系统，线性系统的特性比较简单。线性系统需满足线性的特性，若线性系统还满足非时变性（即系统的输入信号若延迟τ秒，那么得到的输出除了这τ秒延时以外是完全相同的），则称为线性时不变系统。 (1)线性系统的运算子满足叠加原理及齐次性; (2)对于线性时不变系统，叠加原理也是脉冲响应或频率响应等分析方式的基础。若是连续、线性时不变系统的微分方程，可以利用拉普拉斯转换来求解；而离散系统中，可以利用Z转换来求解。 线性定常系统（ Linear Time-invariant Systems ）又称之为线性时不变系统，是指特性不随时间改变的线性系统。它是定常系统的特例，但只要在所考察的范围内定常系统的非线性对系统运动的变化过程影响不大，那么这个定常系统就可看作是线性定常系统。对于线性定常系统，不管输入在哪一时刻加入，只要输入的波形是一样的，则系统输出响应的波形也总是同样的。 线性定常系统时间响应的性质: 系统对输入信号导数的响应，可以通过系统对该输入信号的导数来求得；而系统对输入信号积分的响应，可以通过系统对该输入信号响应的积分来求取，其积分常数有初始条件确定。如：单位脉冲、单位阶跃和单位速度输入信号存在微分和积分的关系，其一阶惯性环节的单位脉冲响应、单位阶跃响应和单位速度响应之间也存在着同样的微分和积分关系。 线性定常系统频率响应的性质： 系统稳态输出和输入的频率相同，但输出和输入的振幅比（幅频特性 ）、相位差（相频特性 ）都是频率 的函数。换言之，在波形图上输出与输入和横轴交点间距一致，但波形高度不同且波形有平移。 稳定性 被控制信号能跟踪已变化的输入信号，从一种状态到另一种状态，如果能做到，我们就认为该系统是稳定的，这是对反馈控制系统提出的最基本要求。 快速性 　　对过渡过程的形式和快慢提出要求，一般称为动态性能。 　　稳定高射炮射角随动系统，虽然炮身最终能跟踪目标，但如果目标变动迅速，而炮身行动迟缓，仍然抓不住目标。 准确性 　　用稳态误差来表示。 　　在参考输入信号作用下，当系统达到稳态后，其稳态输出与参考输入所要求的期望输出之差叫做给定稳态误差。显然，这种误差越小，表示系统的输出跟随参考输入的精度越高。 对自动控制系统系统的要求 .稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。 .快速性：动态性能，有指标。 .准确性：稳态（过度结束后的）值应尽量与期望值一致。 t n n1 (a) 0 (b) n t 0 n0 n1 t 0 n (c) n 0 t (e) n1 n 0 t (d) n0 n1 n 0 t (f) (a)、(b)非周期振荡；(c)发散振荡；(d)、(e)收敛振荡；(f)等幅振荡。 加热电阻丝 ~220V 调压器 温度计 补充：系统方框图的绘制 被控对象：恒温箱 控制器： 除恒温箱以外的所有装置，统称为控制器。 被控制量：恒温箱的实际温度为被控制量（系统的输出量） 希望值： 希望的恒温箱的温度。 控制量： 加热电阻丝的输出功率。 扰动量（干扰）：恒温箱散热量 人工控制的恒温箱 手动控制 人工控制恒温箱调节过程： 观测恒温箱内的温度（被控制量） 与要求的温度（给定值）进行比