第一章：自动控制的一般概念.ppt

于是强度为A的脉冲函数可表示为 。 表示在时刻 出现的单位脉冲函数，即: 单位脉冲函数是单位阶跃函数的导数 5.正弦函数 它的数学表达式为: 式中A为振幅，ω为角频率，正弦函数为周期函数。 当正弦信号作用于线性系统时，系统的稳态分量是和输入信号同频率的正弦信号，仅仅是幅值和初相位不同。根据系统对不同频率正弦输入信号的稳态响应，可以得到系统性能的全部信息。 自动控制课程的主要任务 本课程的主要内容是阐述构成、分析和设计自动控制系统的基本理论。对实际系统,建立研究问题的数学模型,进而利用所建立的数学模型来讨论构成、分析、综合自动控制系统的基本理论和方法。 作为研究自动控制系统的分析与综合的方法来说,对单输入单输出系统常采用的是时域法,频域法,根轨迹法以及目前广泛应用的计算机辅助设计。 教学过程方框图 自动控制系统分析与设计工具 造纸机分部传动控制系统 谷物湿度控制系统 * * * * * * 关键点： 工作原理 输入输出 被控对象 中间环节 信号传递 控制系统 给定值 输出量 典型开环控制的方框图 控制器 被控制 对象 扰动 1.开环控制 指无被控量反馈的控制系统，控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制。 1.2 控制原理与方式 （1）按给定值操纵的开环控制 温度计 加热电阻丝 u ~220V k 炉温开环控制系统 开关闭合后，不同的输入电压u对应于不同的温度t。 输出量 受控对象 控制装置 (电源 ) 输入量 (温度) 扰动量 开关 电炉恒 温箱 加热电 阻丝 炉温开环控制系统方框图 按给定值操纵的开环控制 特点：控制装置只按给定值来控制受控对象 优点：控制系统结构简单，相对来说成本低。 缺点：对可能出现的被控量偏离给定值的偏差没有任何修正能力，抗干扰能力差，控制精度不高。 （2）按干扰补偿的开环控制 利用干扰信号产生控制作用，以及时补偿干扰对被控量的直接影响。 控制器 测量 被控对象 执行 干扰 被控量 特点：只能对可测干扰进行补偿，对不可测干扰以及受控对象、各功能部件内部参数变化对被控量的影响，系统自身无法控制。 适用于：存在强干扰且变化比较剧烈的场合。 开环控制系统特点： 信号从输入到输出无反馈,单向传递。 结构简单。 控制精度不高,无法抑制扰动。 2.闭环控制 ——反馈控制（核心） 即有被控制量反馈的控制,其原理框如图所示。从系统中信号流向看,系统的输出信号沿反馈通道又回到系统的输入端,构成闭合通道,故称闭环控制系统,或反馈控制系统。 前/正向通道 反/负向通道 这种控制方式,无论是由于干扰造成,还是由于结构参数的变化引起被控量出现偏差,系统就利用偏差去纠正偏差,使系统达到较高的控制精度。故这种控制方式为按偏差调节。 特点: 输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰；低精度元件可组成高精度系统；因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要 开环控制和闭环控制方式各有优缺点,在实际工程中应根据工程要求及具体情况来决定。如果事先预知输入量的变化规律,又不存在外部和内部参数的变化,则采用开环控制较好。如果对系统外部干扰无法预测,系统内部参数又经常变化,为保证控制精度,采用闭环控制则更为合适。如果对系统的性能要求比较高,为了解决闭环控制精度与稳定性之间的矛盾,可以采用开环控制与闭环控制相结合的复合控制系统。 3.复合控制 它是把按偏差控制与按扰动控制结合起来，对于主要扰动采用适当的补偿装置实现按扰动控制，同时再组成反馈控制系统实现按偏差控制，以消除其余扰动产生的偏差。 按扰动 补偿 输入信号 (-) 电压放大器 功率放大器 电动机 测速发电机 电压放大器 电阻R 电动机速度复合控制系统方框图 4.反馈控制系统的基本组成 测量元件：其职能是检测被控制的物理量。温度控制系统中：温度传感器；压力控制系统中：压力传感器；速度控制系统中：速度传感器等。 给定元件：给出与期望被控量相对应的系统输入量，如：电位器。 执行元件：直接推动被控对象。如液位控制系统中的阀门；速度控制系统中的功率放大器；温度控制系统中的发热材料。 校正元件或称为补偿元件，用以改善系统的性能。 比较元件：求出给定值与反馈值之间的偏差。 放大元件：由放大器组成的放大电路，可用晶体管、集成电路、晶闸管等组成。 1.4 自动控制系统的类型 1.按信号流向划分 （1）开环控制系统 信号流动由输入端到输出端单向流动。 （2）闭环控制系统 若控制系统中信号除从输入端到输出端外,还有输出到输入的反馈信号,则构成闭环控制系统,也称反馈控制系统,如