自动控制理论课件1-1.ppt

自动控制理论 主讲教师：方敏 教学参考书 自动化（Automation) 自动化涉及的理论基础：控制论、信息论、系统论。 自动化的基础是信息，核心是控制，立足在系统。 自动控制理论： 自动控制的应用领域 军事与国防 航空航天 工业生产过程 （石油、化工、冶金、热动 ….） 电力系统自动化 先进制造技术 车辆工程 第1章 绪论 1.1 自动控制的任务 液位控制系统 液位控制系统的工作原理框图 1.2 自动控制系统的组成 控制装置的三种基本功能： 1.3 自动控制方式 按偏差调节： 复合控制方式 1.4 自动控制系统分析举例 炉温控制系统 水位自动控制系统 谷物湿度控制系统 位置随动控制系统 电动机调速系统 1.5 对控制系统的性能要求 不同控制系统的时间响应过程比较 对控制系统要求：稳、快、准 按照描述系统的数学模型： 线性系统 ： 时变系统、定常系统 非线性系统 按照系统传递的信号的性质： 连续控制系统 离散控制系统 按照系统输入信号的变化规律： 随动控制系统（伺服系统） 恒值控制系统（镇定系统、调节系统） 程序控制系统 1.7 本课程的内容 复习：拉普拉斯变换 几种典型函数的拉氏变换： 脉冲函数、阶跃函数、斜坡函数、指数函数、正弦函数等 拉氏变换的性质： 线性定理、微分定理、积分定理、终值定理、位移定理 拉氏反变换方法：主要是部分分式法 用拉氏变换求解微分方程 * * 参考书： 《自动控制理论》（第五版），胡寿松主编.科学出版社 《现代控制系统》（第八版），Richard C.Dorf等著， 谢红卫等译.高等教育出版社 《现代控制系统》（第十一版），Richard C.Dorf等著. 电子工业出版社(英文原版教材) 《自动控制原理》孙虎章主编，中央广播电视大学 教材：《自动控制理论》王孝武，方敏，葛锁良编. 机械工业出版社 2009.10 控制论：利用信息进行调节和控制的科学 工程控制论 钱学森《工程控制论》1954年 生物控制论 经济控制论 ……. 自动化是利用机器、设备或装置代替人或帮助人自动地完成某个任务或实现某个过程。 是工程控制论的一个分支。是研究控制系统的分析与设计的一般理论。 经典控制理论 核心是反馈控制的思想 20世纪40 - 50年代发展起来形成体系 现代控制理论 20世纪60年代以后 大系统、复杂系统、智能控制系统 20世纪80年代以后 被普遍认为是最早应用于工业过程的反馈控制器。 交通工程 机器人 建筑与楼宇自动化 办公自动化 家庭自动化 商业自动化 管理自动化 社会与经济系统控制 在没有人的直接参与下，利用自动控制装置对被控对象的某些物理量进行控制，使其达到希望的值或保持希望的运动规律。 几个名词： 被控对象：需要进行控制的机器、设备或生产过程。 被控量（输出）：需要控制的、表征被控对象工作状态的 物理量。 给定值（参考输入）：生产过程中，对被控量的希望值。 干扰：使被控量偏离希望值的因素。 外部作用 { 自动调节阀 控制器 浮子 控制任务：让液位H保持在H0不变 H0 Q2 阀门 水箱 Q1 H 头脑 手和阀门 水箱 眼睛 H0 H Q2的变化 Q1 操作工 控制器 气动阀门 水箱 浮子 H0 H Q2的变化 Q1 控制装置 自动控制系统：被控对象和控制装置的总体。 比较、计算 执行 被控对象 测量 输出 干扰 控制装置 输入 测量 控制量 1. 对被控量和干扰量进行测量； 传感器、测量元件 2. 根据给定输入、被控量和干扰量进行进行比较计算，给出控制量或控制策略； 比较元件、放大元件、模拟或数字电路、计算机等 3. 执行控制策略。 执行元件 根据控制信号的来源不同，可以分为以下三种控制结构： 输出 计算 执行 被控对象 干扰 控制装置 输入 控制量 按给定值控制： 按干扰补偿： 输出 计算 执行 被控对象 干扰 控制装置 测量 控制量 输出 比较、计算 执行 被控对象 测量 干扰 控制装置 输入 控制量 自动控制方式： 1.开环控制方式：按给定值控制、按干扰补偿 2.闭环控制方式（反馈控制）：按偏差调节 基本控制方式 3.复合控制方式：按输入补偿、按干扰补偿 干扰 控制装置 补偿装置 被控对象 输出 干扰 输入 控制装置 补偿装置