自动控制第一章绪论.ppt

第一章 绪论 电子信息工程学院 本课程学习方法 自动控制原理 课程内容 第一章 绪论 1.1 引言 1.2 自动控制的基本原理 1.3 反馈控制系统的组成 1.4 控制系统的分类 1.5 控制系统应用实例三则 1.6 控制系统的设计概述 1.7 本书内容安排 1.8 小结 1.1 引言 1.1 引言 1.1 引言 1.1 引言 1.1 引言 1.1 引言 1.1 引言 1.1 引言 1.1.2 控制工程实践 自动化的核心是控制与系统，控制工程实践是实现自动化的手段。自动化最早出现在汽车工业，其初始概念是指在工业生产（加工、制造等）过程中采用自动控制代替人工控制。 1947年美国福特公司正式使用自动化一词，其含义是指加工采用连续方式，生产过程流水式的自动进行。 从20世纪70年代开始，我国通过陆续引进国外成套自动化生产线，我国工业生产逐步从局部自动化，发展成今天的全方位、全流程的综合自动化。 我国的自动化学术组织：中国自动化学会，1961年成立，第一届理事长钱学森院士。 1.2.1 人工控制与自动控制 人工控制：人工控制是人工操作实现：测量、求误差、控制、再测量、再求误差、再控制的循环过程。 自动控制：没有人直接参与，利用自动控制装置，使工作机械或生产过程自动地按照预定规律运行或使某些物理量按预定要求变化。 1.2 自动控制的基本原理 可消除误差的液位自动控制系统 1.2 自动控制的基本原理 1.2 自动控制的基本原理 1.2 自动控制的基本原理 开环：单向控制，输入和输出间没有联系，系统输入与输出间没有反馈回路。但受外界干扰小时，仍被大量使用。 闭环：将输出量返回到输入端，形成偏差，基于偏差产生控制以减少或消除偏差。相对来看，结构复杂、成本增加、存在稳定性问题，但具有开环控制无法替代的自动纠偏功能和较高控制精度。 1.2 自动控制的基本原理 1.2.3 对反馈控制系统的基本要求 1．稳定性 稳定性是指系统受扰动后重新恢复平衡的能力。不稳定的系统一旦失去平衡就无法重新恢复，由于实际应用中扰动是不可避免的，因此不稳定的系统无法正常运行。 1.2 自动控制的基本原理 2．快速性 快速性主要是用时间衡量一个稳定的系统对平衡状态的恢复或跟随的速度。 影响系统平衡状态的因素： 扰动使系统偏离平衡， 因控制任务的需要而改变系统的平衡状态。 过渡过程越短，说明系统恢复平衡或跟随新的平衡状态的能力越强，快速性就越好。 1.2 自动控制的基本原理 3．准确性 过渡过程结束后系统就进入稳态，此时系统输出量的期望值与实际值之差称为稳态误差。 稳态误差越小，控制系统的稳态精度越高。 无差系统、有差系统。 1.3 反馈控制系统的组成 1.3.1 按构成系统的基本元件划分 1.3 反馈控制系统的组成 1.3 反馈控制系统的组成 1.3.2 按系统内部基本功能环节划分 1.3 反馈控制系统的组成 1.3.3 若干常用术语 控制系统 由被控对象和控制器等内部基本功能环节按一定的结构方式联接，为完成某种控制任务而组成的一个有机整体 1.3 反馈控制系统的组成 扰动信号：扰动可以是小的波动，也可以是大的波动，扰动信号也称为干扰信号。扰动在系统的方块图中属于外部输入。 反馈信号：指对被控变量测量取出的、经过必要的量纲转换后反向回送到输入端的信号。 偏差信号：指参考输入信号与反馈信号之差。 误差信号：指系统输出量的期望值与实际值之差。由于偏差信号与误差信号之间存在确定对应关系，故两者经过量纲换算是等价的。本书中误差信号采用在输入端的定义，因此，若不加说明误差信号即指偏差信号。 1.3 反馈控制系统的组成 控制信号：指控制器或者校正元件的输出信号，它是控制器或者校正元件按一定控制规律产生的控制指令 控制变量：简称控制量，指被控对象（被控过程）的控制输入变量。 被控变量：简称被控量，指被控对象输出需按控制要求变化的物理量，在单输出系统中，也就是系统得输出量。 控制通道：控制变量通过被控对象（被控过程）到控制系统输出的通道。 干扰通道：干扰信号通过被控对象到系统输出的通道。 1.3 反馈控制系统的组成 分析：把研究对象分成较简单的组成部分，找出这些部分的本质属性和彼此之间的关系。 控制系统的分析是一种动态分析，即视研究对象为演化的系统。一般是先建立描述系统动态特性的数学模型，这样系统的结构已确定，而结构参数或参数范围已确定，然后采用数学工具作为主要手段对系统的动态性能进行分析。 综合：综合是分析的反义词。一般地说，综合就是将已有的关于研究对象各个部分的认识联结起来，形成对研究对象的统一整体认识。 控制系统的综合是指根据一定任务，利用系统分析的真知灼见，找出能够满足性能指标的控制系统整体结构和参数配置。 反馈控制系