1章节 自动控制基本概念.pptVIP

第1章 自动控制的基本概念 ; 例1.1 热力系统 如图1.2所示为一个热力系统。通 过调节蒸汽阀门，使流出的热水 保持一定的温度。如果由手工控 制，就要求控制者观测温度计的 指示值，调节阀门开关的开度。 调节方法为：如果温度 计的指 示值高于期望值，则关小阀门， 降低热水温度；否则，开大阀门， 升高热水温度，从而使流出的热 水保持设定的温度。 ;例1.2 直流电动机速度控制系统 如图1.3所示直流电动机速度控制系统。控制目标是使电动机稳定在要求的转速上运行。从图中可见，对应滑动电阻器的触点的某一位置，有一给定电压，经过放大器放大为，即为电动机电枢电压。在没有任何扰动的情况下，对应滑动电阻器的触点的某一位置，则有一电机转速与之对应。 ; 上述两个系统都是由人工控制的，可以看出，人在控制过程中起三个作用： （1）观测：用眼睛去观测温度计和转速表的指示值； （2）比较与决策：人脑把观测得到的数据与要求的数据相比较，并进行判断，根据给定的控制规律给出控制量； （3）执行：根据控制量用手具体调节，如调节阀门开度、改变触点位置。 ; 在自动控制中，用控制装置代替人来完成上述功能。例如，自动控制热力系统如图1.4所示。 ;直流电动机自动调速系统如图1.5所示。 因此所谓自动控制是在没有人参与的情况下，系统的控制器自动地按照人预定的要求控制设备或过程，使之具有一定的状态和性能。具有自动控制功能的系统称为自动控制系统。 ;1.2 自动控制系统的类型 1.2.1开环、闭环与复合控制系统 1.开环控制系统 如果控制系统的被控量对系统没有控制作用，这种控 制系统称为开环控制系统。开环控制系统的控制原理 如图1.6所示。 ; 2. 闭环控制系统或反馈控制系统 定义 如果系统的被控量直接或间接地参与控制，这种系统称为闭环控制系统或更直接地称为反馈控制系统。 反馈控制系统的控制原理如图1.7所示。 ;3. 复合控制系统 人们在系统中同时引进开环控制和闭环控制，这种系统称为复合控制系统。复合控制系统的原理如图1.8所示。 ;1.2.2 线性系统与非线性系统 这是根据分析和设计系统的方法来分类的。 定义：如果一个系统具有下列性质： （1）输入x1(t) 产生输出 y1(t) ； （2）输入 x2(t) 产生输出 y2(t) ； （3）输入c1x1(t)+c2x2(t)产生输出c1y1(t)+c2y2(t) ； 其中，x1(t) 、x2(t) 是任意的输入信号，c1、c2是任意的常数，则该系统是线性系统，否则是非线性系统。 从上面的叙述可以看出，“线性”性和叠加原理是等价的。 ;叠加原理 在线性系统中，由 n个输入xi(t) (i=1、2……n）共同产生的输出y(t)，等于各个输入xi(t)单独产生的输出之yi (t)和，即： （1.1） 因此，线性系统满足叠加原理。反之，满足叠加原理的系统是线性系统。 ;1.2.3连续系统与离散系统 控制系统中存在各种形式的信号。按照时间变量取值的连续性与离散性，可将信号分为连续时间信号与离散时间信号，简称为连续信号与离散信号。 离散时间信号的幅值可以是连续的，也可以是离散的。若离散信号的幅值是连续的，则又可称为抽样信号。如果离散信号的幅值也被限定为某些离散值，即信号取值时间和幅值都是离散的，则又称为数字信号。 若系统中所有信号都是连续信号，则称为连续时间系统，简称为连续系统。如果系统中有一处或几处的信号是离散信号，则称为离散时间系统，简称为离散系统。 具有采样过程的离散控制系统通常又称为采样控制系统。若离散信号是以数码（数字）形式传递的，则又特别称为数字控制系统。 ; 在离散系统中存在采样、保持、数字处理等过程，具有一些独特的性能。随着计算机的发展，离散系统得到越来越广泛的应用。 ;1.2.4 定常系统与时变系统 如果控制系统的结构、参数在系统运行过程中不随时间变化，则称为定常系统或者时不变系统，否则，称为时变系统。 1.2.5 SISO系统和MIMO系统 按照输入信号和输出信号的数目，可分为单输入单输出（SISO）系统和多输入多输出（MIMO）系统。 ;1.2.6 集中参数系统与分布参数系统 如果在系统分析与设计中，可以把一个系统看作有限多个理想的分立部件的总体，这类系统称为集中参数系统，例如：电阻