自动控制原理胡寿松第三版第1章.ppt

课程简介： 性质：学科基础课 教材：胡寿松. 自动控制原理. 科学出版社. 方式：课堂讲授+实验 第一章 自动控制的一般概念 第二章 控制系统的数学模型 第三章 线性系统的时域分析法 第四章 线性系统的根轨迹法 第五章 线性系统的频域分析法 第六章 线性系统的校正方法 第七章 线性离散系统的分析与校正 第八章 非线性系统分析 第九章 线性系统的状态空间分析与综合 人工控制与自动控制 水池水位系统的人工控制 控制目的：水池中的水源源不断地经出水管流出，以供用户使用。为了使水位上升或下降都有足够的余地，避免过满或抽空，应使水池水位与要求值相等。 控制手段：改变进水阀门的开度 人工控制过程 1.测量过程 用眼睛作测量工具，测量水位实际高度 2.决策过程 通过大脑，将观测到的实际液位与期望液位高度进行比较，得出偏差。根据偏差情况（正、负、大、小）进行分析运算，发出一控制命令； 3.执行过程 手执行大脑的命令，改变进水阀的开度，调节进水量，使水位偏差减小； 反复执行上述过程，使水位实际值与要求值相等。 由于有人直接参与控制，故称为人工控制。 水池是被控对象，水池水位是被控变量。 自动控制系统的方块图 方块图可直观的表达控制系统的组成及信号间的传递关系 方块图由方块、信号（带箭头的直线）和信号相加点、分支点组成。 方块图中，每一个方块代表了自动控制系统的一个环节。箭头指向方块表示为该环节输入，反之输出。 例子 反馈控制系统的基本组成 ? ?组成装置 1) 测量元件：检测被控制的物理量。非电量转化为电量。例如：测速 发电机检测电动机轴的转速并转化为电压。 ???2) 给定元件：给出与期望的被控制量相对应的系统输入量（如给出电压 的电位器）。 ???3) 比较元件：把测量元件检测的被控量的实际值与给定元件给出的输入 量进行比较，求出它们之间的偏差。 ????4) 放大元件：偏差信号的放大，用以推动执行元件。 ????5) 执行元件：直接推动被控对象，使被控量发生变化。 ????6) 校正元件：也叫补偿元件，结构或参数便于调整，串联或反馈方式 连接在系统中，以改善系统性能。  5.基本控制方式 开环控制方式 按给定量控制 按扰动控制 反馈控制方式 复合控制方式 典型外作用： 可选为典型外作用的函数应具备以下条件： ⑴ 这种函数在现场或实验室中容易得到； ⑵ 控制系统在这种函数作用下的性能代表在 实际工作条件下的性能； ⑶ 这种函数的数学表达式简单、便于理论计算。 1、阶跃函数 数学表达式： 或 在t=0时刻突然加到系统上一个幅值不变的外作用。幅值R=1的阶跃函数称为单位阶跃函数。电源电压突然跳动，负载突然增大或减小；飞机飞行中遇到的常值阵风扰动。 在控制系统的分析设计工作中，一般将阶跃函数作用下系统的响应特性作为评价系统动态性能指标的依据。 2、斜坡函数（速度信号） 3、脉冲函数 定义： 或 宽度为0、幅值为无穷大、面积为A的极限脉冲。 A=1为单位脉冲函数，?函数。 4、正弦函数 数学表达式： 自动控制原理课程的任务与体系结构 线性连续控制系统 这类系统可以用线性微分方程描述，一般形式为： 系数a0， ‥， an，b0, ‥bn是常数时，称为定常系统；系数a0，‥，an，b0, ‥bn随时间变化时，称为时变系统。（按系统参数是否随时间变化） 3.按照传递信号类型分类 连续系统 各个环节间的信号均为时间t的连续函数，可用微分方程描述 例：水箱系统 离散系统 只要有一处信号是脉冲信号或者数字信号，定义在离散时刻上，用差分方程描述 例：计算机控制系统 4.按照参数是否随时间变化分类 定常系统 时变系统 5.其他分类 单输入输出系统与多输入输出系统（按输入输出变量的多少） 确定性系统与不确定性系统 可用线性微分方程或差分方程描述的系统，成为线性系统。如果微分方程或差分方程的系数全为常数，则为线性定常系统；否则称为线性时变系统。用非线性方程描述的系统，称为非线性系统。 §1-4 对控制系统性能的基本要求 时间tr 上 升 峰值时间tp A B 超调量σ% = A B 100% 调节时间ts “稳，快，准” 1.稳定性（最基本要求） 系统在扰动消失后，由初始偏差状态恢复