自动控制原理义.docVIP

自动控制原理：以自动控制系统为对象，学习研究从各类控制系统所抽象出来的，具有共性的规律（组成原理，数学模型，各种分析方法及基本设计方法）。抽象性、综合性较强，用较多的数学工具解决应用问题。 第一章 1.1 引言 1.1.1 基本概念 （1）自动控制：不需要人直接参与，而使被控量自动的按预定规律变化的过程，叫自动控制。 ①不需要人直接参与；②被控量按预定规律变化。 （2）自动控制系统：为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体 ①实体；②有机组合 1.1.2 自动控制技术及应用 自动控制应用极为广泛，在工业、国防、航空航天、交通、农业、经济管理、以及人们的日常生活，处处可见。 1.1.3 自动控制理论的发展 一般可分为三个阶段： （1）第一阶段。时间为本世纪40～60年代，称为“经典控制理论”时期。 三大分析方法:时域分析法、根轨迹分析法、频域分析法. （2）第二阶段。时间为本世纪60～70年代，称为“现代控制理论”时期。 （3）第三阶段。时间为本世纪70年代末至今。70年代末，控制理论向着“智能控制”方向发展。 1.1.4 术语 （1）被控对象（2）被控量（被调参数，输出量）（3）给定量（参考输入量，给定信号）（4）扰动量（扰动输入量，扰动信号，干扰量）（5）测量信号（6）偏差信号（详见课本） 1.2 自动控制技术中的基本控制方式 系统的基本控制方式按有无反馈，即按结构分为三大类：开环控制、闭环控制、复合控制。 1.2.1 开环控制系统 (1)定义 开环控制是一种最简单的控制方式，在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对控制量没有影响。示意图： 优点：结构简单、调整方便、成本低 缺点：控制精度低、对扰动没有控制能力。 用于输出精度要求低的场合。若出现扰动，只能靠人工操作，使输出达到期望值 1.2.2 闭环控制系统——重点 控制装置与被控对象之间既有正向作用，又有反向联系的控制过程，也称为反馈控制系统，如图。 (1)特点： ①系统的输出参与控制，系统结构图构成回路 ②依靠偏差进行控制的系统，只要偏差存在，就有控制作用，其结果试图使偏差减小 ③控制精度高 ④对系统内部除反馈通道和给定通道外的一切扰动都有抑制作用 ⑤引起振荡 1.2.3 复合控制系统 将开环控制和闭环控制系统结合在一起，构成复合控制系统。（按偏差控制和按扰动控制的结合） 1-3闭环系统的组成和基本环节 1.3.1 系统组成 (1)环节：构成系统的基本组成部分，用一个方块表示 (2)结构图：将构成系统的所有环节用有向线段连接起来，构成结构图 1.3.2 基本环节 （1）给定环节（2）比较环节（3）校正环节（4）放大环节（5）执行机构（6）被控对象（7）检测装置（8）控制器（详见课本） 主反馈：系统输出量的反馈 局部反馈：在前向通道里，如果实际环节中存在输出对输入的影响，那么这一影响可以用反馈的形式表示出来，这种反馈叫局部反馈。 前向通路+主反馈通路=主回路 局部反馈回路+前向通路的一部分=内回路 1-4自动控制系统的类型 1.4.1 按输出输入特性分 (1)线性系统 定义： 若控制系统的所有环节或元件的状态（特性）都可以用线性微分方程（或线性差分方程）描述，则该系统为线性系统。分为以下两种： 线性定常（时不变）系统：描述系统运动规律的微（差）分方程的系数不随时间变化 线性时变系统：描述系统运动规律的微（差）分方程的系数随时间变化。 性质 ①满足叠加定理 ②系统的输出随输入按比例变化 判断方法 给出一般方程 其中：为输入量；为输出量 若方程中，输出、输入量及各阶导数均为一次幂，且各系数均与输入量无关 线性定常系统：各项系数为常数 线性时变系统：系数是时间t的函数 (2)非线性系统 定义： 组成系统的环节或元件中至少一个具有非线性特性。 性质 本质非线性：输出输入曲线上存在间断点、折断点或非单值。否则为非本质非线性。本质非线性只能作近似的定性描述、数值计算。 非本质非线性：可在一定信号范围内线性化。 特点 暂态过程与初始条件有关，直接影响系统稳定性。 1.4.2 按传输信号与时间的关系分 (1)连续系统 若系统各环节的输入、输出信号都是时间的连续函数，则系统为连续系统。可用微分方程描述 (2)离散系统 定义： 各环节中至少有一个是离散信号为输入或输出的。分为两种： 脉冲控制系统：离散信号为脉冲形式 数字控制系统：离散信号为数字形式 1.4.3 按传输信号与时间的关系分 恒值系统：给定输入量为常值 随动系统：给定量随时间任意变化 程序控制系统：给定量按照事先给定的时间函数变化 1-5 自动控制系统的性能指标 稳态：被控量（输出）处于相对稳定状态。静态 暂态过程：被控