1章节 自动控制系统概述.pptVIP

第1章 自动控制系统概述 ;1.1引言 1.2 开环控制和闭环控制 1.3 自动控制系统的组成 1.4 自动控制系统的分类 1.5 自动控制系统的性能指标 1.6 研究自动控制系统的方法 ; 1.1 自动控制理论的发展史及内容 ; 自动控制技术的应用可以追溯到18世纪(1788年)瓦特(Watt)利用小球离心调速器使蒸汽机转速保持恒定的开创性的突破， 以及19世纪(1868年)麦克斯威尔（Maxwell）对轮船摆动（稳定性）的研究。 但在初期， 自动控制技术的应用进展很缓慢。 自动控制技术的真正发展是在20世纪。 ; 自动控制理论通常可分为经典控制理论、 现代控制理论和智能控制理论。  1、经典控制理论 经典控制理论产生并发展于20世纪40～60年代。 2、现代控制理论 现代控制理论于20世纪60年代中期发展成熟。 3、智能控制理论 智能控制理论是20世纪70年代后， 控制理论向广度和深度发展的结果。 ; 智能控制系统是指具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统， 其中最典型的就是智能机器人。  对自动控制理论的具体描述可表示为下图。  ; 对自动控制理论的具体描述 ;1.2 开环控制和闭环控制 ;图 1 - 1 数控加工机床示意图 ; 图 1 - 2 为数控加工机床开环控制框图。 此系统的输入量为加工程序指令， 输出量为机床工作台的位移， 系统的控制对象为工作台， 执行机构为步进电动机和传动机构。 此系统无反馈环节， 输出量并不返回来影响控制部分， 因此是开环控制。  ;图 1 – 2 数控加工机床开环控制框图 ; 2、闭环控制系统(ClosedLoop Control System) 若系统输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分， 形成闭合环路， 则这样的系统称为闭环控制系统， 又称为反馈控制系统(Feedback Control System)。 ;图 1 - 3 电炉箱恒温自动控制系统 ;图 1 - 4 电炉箱自动控制系统的组成框图 ;图 1 – 5 炉温自动调节过程 ; 1.3 自动控制系统的组成 ;图 1 - 6 自动控制系统的组成框图 ; 由图 1 - 6 可以看出， 一般自动控制系统包括： (1) 给定元件（Command Element）： 由它调节给定信号（UsT）， 以调节输出量的大小。 (2) 检测元件（Detecting Element）： 由它检测输出量（如炉温T）的大小， 并反馈到输入端。 (3) 比较环节（Comparing Element）： 在此处， 反馈信号与给定信号进行叠加， 信号的极性以“+”或“-”表示。 (4) 放大元件（Amplifying Element）： 由于偏差信号一般很小， 因此要经过电压放大及功率放大， 以驱动执行元件。 ; (5) 执行元件（Executive Element）： 驱动被控制对象的环节。 (6) 控制对象（Controlled Plant）： 亦称被调对象。 (7) 反馈环节（Feedback Element）： 由它将输出量引出， 再回送到控制部分。 ; 由图 1 - 6 可见， 系统中的各种作用量和被控制量包括： (1) 输入量（Input Variable）： 又称控制量或调节量（Reference Input Variable）， 所以输入量的角标常用i(或 r)表示。它通常由给定信号电压构成,或通过检测元件将非电输入量转换成信号电压。 (2) 输出量（Output Variable）： 又称被控制量（Controlled Variable）, 所以输出量角标常用o(或 c)表示。它是被控制对象的输出，是自动控制的目标。 ; (3) 反馈量（Feedback Variable）： 通过检测元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数量级相同信号电压。 (4)