自动控制课件第一章自动控制的一般概念.ppt

自动控制原理（Principles of Automatic Control）胡寿松第4版学时：51学时 课程主要内容： 主要内容：自动控制的一般概念、控制系统的数学模型、线性系统的时域分析法、线性系统的根轨迹分析法、线性系统的频域分析法、线性系统的校正方法等。 重点掌握：控制系统的数学建模；线性系统的时域分析及稳定性分析；劳斯判据；根轨迹画法；系统的频域特性，奈奎斯特判据，对数幅频、幅相曲线；线性系统的校正等。 课程的性质和特点 自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的建立、分析与设计。 《自动控制原理》是本学科的技术基础课， （1）自动控制理论是基础课程 ，该课程与其它课程的关系。 （2）自动控制理论已经发展为理论严密、系统完整、逻辑性很强的一门学科。从基本反馈控制原理发展到：自适应控制、优化控制、鲁棒控制、大系统控制、智能控制 讨论的对象：因果系统 、工程系统 系统的广义性：经济、社会、工程、生物、环境、医学 课程特点：研究系统的共性问题 推荐教材和参考用书： 《自动控制原理》，科技出版社，胡寿松主编，2003年 《自动控制原理》，国防工业出版社，王划一主编，2001年 《自动控制原理》，清华大学出版社，吴麒主编，1990年 1-1自动控制系统的基本原理与方式 自动控制的概念 所谓自动控制，是指在无人直接参与的情况下 ，利用外加的设备或装置（称控制器），使机器、设备和生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动的按照预定的规律运行。 自动控制的发展历史 初期：以反馈理论为基础的反馈控制系统。主要用 于工业控制。 二战前后：以传递函数为基础的经典控制理论，研 究单入-单出、线性定常系统的分析和设计问题。 主要研究方法有时域分析法、根轨迹法、频率特性 法。主要用于新型武器研制方面，如火炮定位系统、专用自动驾驶仪。 20世纪5、60年代：以矩阵理论等近现代数学方法 为基础的现代控制理论，不但研究多输入-多输出复 杂系统的特性，还研究系统的内部特性，这些系统 可以是线性、非线性、定常或时变的。即研究具有高性能、高精度的多变量、多参数系统的最优控制问题。 主要研究方法是以状态为基础的状态空间法。主要 用于宇航技术方面，如各种高速、高性能的飞行器 研制。 本课程只介绍经典控制理论的有关内容。 自动控制和人工控制的基本原理是相同的，它们都是建立在“测量偏差，修正偏差”的基础上，并且为了测量偏差，必须把系统的实际输出反馈到输入端。 自动控制和人工控制的区别在于自动控制用控制器代替人完成控制。 自动控制的基本原理 人工控制与自动控制：水箱水位保持恒定的供水系统 水位控制工作原理 人工控制：眼、脑、手、水箱+阀门 水位控制工作原理 反馈：将输出量通过一定的方式送回到输入端，并与输入信号比较产生偏差信号的过程，称为反馈。 负反馈：输入信号-反馈信号（输出信号） 使输出偏差减小 正反馈：输入信号+反馈信号 反馈控制（闭环控制）：采用负反馈并利用偏差进行控制的过程，而且由于引入了被控量的反馈信息，整个控制过程成为闭合过程，故反馈控制也被称为闭环控制。 工程实践中，系统需要测量元件、比较元件和执行元件对被控量连续的测量、反馈和比较，并按偏差进行控制。 龙门刨床速度控制系统原理：（详见P3图1-2） 系统基本部件及功能： 主（拖动）电动机SM 输入：电枢端电压 ua 输出：电动机速度 n 测速发电机 TG+电位器 输入：电动机速度n 输出：与速度成正比的电压ut 触发器CF+晶闸管整流器 KZ 输入：控制电压uk 输出：电枢端电压 ua 给定电位器 输出： uo 放大器 FD 输入： 工作原理： 设 直流电动机SM的励磁恒定、外部负载 M t。调整过程如下： 二、反馈控制系统的基本组成 反馈控制系统：被控对象、控制装置 控制装置是由具有一定职能的各种基本元部件组成。 元部件按职能分类： 测量元件：检测被控物理量，若是非电量，需转换成电量。如测速发电机、热电偶 给定元件：给出与期望的被控量相对应的输入量（参据量）。如电位器 比较元件：将测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的