第一章_自动控制的一般概念.ppt

课堂学习：听课与思维（综合前修课程知识、生活体验） 资料阅读与资料查阅（教材与参考书、其它资料） 实习与实验（计划内外实验，工矿企业、校内实验室参观） 完成作业 讨论交流 教学参考资料 第一章 控制系统导论（Introduction to control systems） 1.1 自动控制的一般概念 自动控制系统的功能（The function of control systems） 通过控制装置使被控对象的被控量按照预定的规律变化。 自动控制理论学科以及本课程具有下列两个特点： 自动控制理论研究的是自动控制系统运动的一般规律和分析、设计的基本方法； 自动控制理论讨论的中心问题是控制系统的性能 经典控制理论（Classical control theory） 一个函数：传递函数 两种方法：频率响应法，根轨迹法 二、 自动控制系统的组成和工作原理 恒温箱自动控制系统 综上所述 控制系统的框图表示 三、 闭环控制系统的组成 一些基本术语 1．反馈控制（闭环控制、按偏差控制）： 2．开环控制： 3. 复合控制方式 1.2 自动控制的发展简史 1.7 工程设计 1.8 设计实例 确立控制目标：定位读取头，以便读取存储在磁盘某一磁道上的数据； 确定控制变量：读取头的位置； 拟定对变量的设计要求：定位精度为1微米，读取头移动时间为50毫秒； 选择执行机构：采用的传感器、执行机构、控制处理器和反馈控制，建立初步系统结构。 工作原理：闭环控制 当合上开门开关时，电位器桥式测量电路产生偏差电压，经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，使大门向上提起，与此同时，与大门连在一起的电位器电刷上移，直到桥式电路达到平衡，电动机停止转动，开门开关自动断开；反之，当合上关门开关时，伺服电机反向转动，带动绞盘使大门关闭，从而实现了远距离自动控制大门开闭的要求。 是工业现场控制的缩影 对象： 液位控制：线性（单容水箱、双容水箱，非线性（圆形水箱）； 温度控制：（锅炉） 检测元件：流量计、压力传感器 执行器：电磁阀、变频器 控制器：仪表、DDC、 PLC、现场总线 实验室介绍--机器人创新实验室 线性系统/非线性系统 连续系统/离散系统 定常系统/时变系统 确定性系统/不确定性系统 4．按系统性能分 恒值控制系统 随动系统 程序控制系统 按给定量变化规律分 1.3 控制工程实践 1.4 现代控制系统举例 1.5 自动装配和机器人 1.6 控制系统的未来发展 自行阅读教材P3—P14 思考： 将人驾驶汽车的过程与闭环控制系统相对应，人实现了自动控制系统的哪些环节？人的哪些器官分别对应自动控制系统的哪个环节？ 如果设计一个全自动汽车驾驶系统，需要加设哪些装备？ 1、稳定性：基本要求 要求系统要稳定 一、 基本要求：“稳、准、快、壮、省” 输入信号 响 应 补： 对控制系统的基本要求与研究内容 2、准确性：稳态要求 不稳定系统，没有必要讨论准确性 偏差：0 偏差：0.5 系统响应达到稳态时，输出跟踪精度要高 不稳定系统，没有必要讨论快速性 缓慢收敛，稳定 快速收敛，稳定 3、快速性：动态要求 系统阶跃响应的过渡过程平稳，快速 注意： “稳、准、快”相互制约，不同性质的系统，对稳、准和快的要求各有侧重，如：恒值系统对“稳、准”要求严格，随动系统对“快”要求严格，具体设计时要折中考虑。 综上所述，对自动控制系统的要求，在时域中一般可归纳为： 要求系统绝对稳定且有一定的稳定裕量；瞬态响应过程具有一定的快速和平稳性；系统最终响应的准确度在工程允许的范围内。 二、研究内容： 单变量时不变连续系统 分析与设计 一、工程与工程设计 1. 工程与控制工程的关系 工程是人们了解自然，利用自然和改造自然，以便造福人类的过程。 工程师是这一过程的领航者。 控制工程是工程的重要组成部分，控制工程师通过理解和控制他们周边环境中的某些部分，常称为系统（system），以便为社会提供经济实用的产品。 控制工程 工程 2. 控制工程涉及的学科和领域 控制工程涉及多学科的理论知识：反馈理论、线性系统分析、网络理论、通信理论等。 涉及的领域包括宇航、化工、机械、土木环境、电气工程等基础工程和社会经济各领域。 3. 工程设计 工程设计就是为达到特定的目的，构思或创建系统的结构、组成和技术细节的过程。创新和分析在其中占据着重要的地位。 设计是一项创新活动：工程师创造性地运用所拥有的知识和材料，确定系统的结构、功能和物理构成。 设计的主要步骤： 明确用户