第五章自动控制原理.ppt

对于一个实际系统其输入信号往往是比较复杂的,而系统的输出响应又与输入信号类型有关。因此,在研究自动控制系统的响应时,往往选择一些典型输入信号,并且以最不利的信号作为系统的输入信号,分析系统在此输入信号下所得到的输出响应是否满足要求，估计系统在比较复杂信号作用下的性能指标。 1.阶跃函数 它的数学表达式为： 常采用的典型输入信号有： 它表示一个在t=0时刻出现的，幅值为A的阶跃变化函数，如图所示。在实际系统中，如负荷突然增大或减小，流量阀突然开大或关小均可以近似看成阶跃函数的形式。 A=1的函数称为单位阶跃函数，记作1(t)。因此，幅值为A的阶跃函数也可表示为： 出现在 时刻的阶跃函数，表示为： 2.斜坡函数（等速度函数） 它的数学表达式为: 斜坡函数从t =0时刻开始，随时间以恒定速度增加。如图所示。A=1时斜坡函数称作单位斜坡函数。 斜坡函数等于阶跃函数对时间的积分，反之，阶跃函数等于斜坡函数对时间的导数。 它的数学表达式为: 曲线如图所示。当A=1时，称为单位抛物线函数。抛物线函数是斜坡函数对时间的积分。 3.抛物线函数（等加速度函数） 4.脉冲函数 它的曲线如图所示，数学表达式为: 其面积为A。即: 面积A表示脉冲函数的强度。 的脉冲函数称为单 位脉冲函数，记作 ，即: 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。 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 教学过程方框图 谢 谢 * * 炉温控制系统方框图 (-) ut ug 扰动 给定 装置 放大器 电动机 转速反 馈装置 触发器 晶阐管可 控整流器 控 制 装 置 受控对象 n 方框图 ue udo RP1 ug R0 R0 R1 -ut RP2 - + - + + ? TG M udo uc 直流电机调速系统 + 关键点： 工作原理 输入输出 被控对象 中间环节 信号传递 (自动控制系统方块图的绘制) 控制系统 1.2 控制原理与方式 1.开环控制 开环控制系统是指无被控量反馈的控制系统,即需要控制的是被控对象的某一量(被控量),而测量的只是给定信号,被控量对于控制作用没有任何影响的系统。结构如图所示。 控制器 控制对象 扰动 给定值 输出量 控制器 控制对象 扰动 输出量 测量装置 按给定值操纵的开环控制原理方框图 按扰动补偿的开环 控制原理方框图 信号由给定值至被控量单向传递。这种控制较简单,但有较大的缺陷,即对象或控制装置受到干扰,或工作中特性参数发生变化,会直接影响被控量,而无法自动补偿。因此,系统的控制精度难以保证。从另一种意义理解,意味着对受控对象和其它控制元件的技术要求较高。如数控线切割机进给系统、包装机等多为开环控制。 2.反馈控制 —— 闭环控制（核心） 闭环控制的定义是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,故这种控制方式为按偏差调节。 闭环控制系统的突出优点是利用偏差来纠正偏差,使系统达到较高的控制精度。但与开环控制系统比较,闭环系统的结构比较复杂,构造比较困难。需要指出的是,由于闭环控制存在反馈信号,利用偏差进行控制,如果设计得不好,将会使系统无法正常和稳定地工作。另外,控制系统的精度与系统的稳定性之间也常常存在矛盾。 开环控制和闭环控制方式各有优缺点,在实际