自动控制理论邹伯敏第三版第一章.ppt

水箱水位的人工调节 水箱水位的人工调节 液位控制系统 液位控制框图系统 什么叫自动控制 自动控制就是要人不直接参与的条件下， 自动化系统举例 空调——自动调节房间温度： 以取暖为例，空调通过温度传感器检测房间的温度高低，空调控制器将检测的温度与设定值进行比较，若温度低于设定值的下限，则使压缩机运行，温度上升，温度上升到设定值的上限时则停止运行。 全自动洗衣机： 数控机床和数控加工中心：自动完成零部件的加工和处理 战机对目标的自动化攻击： 函数记录仪原理示意图 电动机速度开环控制系统 电动机速度控制系统 按扰动控制的速度控制系统 电动机速度复合控制系统 发电机自动调压系统 控制系统的一般概念 控制系统： 开环控制与闭环控制 开环控制 最简单的控制——开环控制 自动控制的精髓——反馈控制 反馈系统的相关术语： 反馈控制系统的基本结构： 反馈控制系统举例：水箱的水位控制 反馈控制举例：电冰箱的温度控制 反馈控制举例：楼房恒压供水 任何闭环控制系统，从组成系统元部件的职能角度看，均可用下面的结构框图表示。 复合控制 开环控制+闭环控制 两种结构：按输入信号补偿 按扰动信号补偿 自动控制系统的分类 三种常用的分类方法 连续控制系统和离散控制系统 自动控制系统分类小结 控制理论的发展历史 1945年开始形成的 1765年俄国机械师波尔祖诺夫发明了蒸汽机锅炉水位调节器 1784年英国人瓦特(Watt)发明了蒸汽机离心式调速器 1877年劳斯(Routh)和赫尔维茨(Hurwitz)提出判定系统稳定的代数判据 19世纪前半叶，生产中开始使用发电机和电动机 19世纪末到20世纪前半叶，内燃机的使用 二次世界大战中，搭起了经典控制理论的框架，战后这些理论被公开，并应用于一般的工业生产过程中 怎样评价自动控制系统的好坏 本课程要研究两大课题 对于一个具体的控制系统，如何从理论上对它的动态性能和稳定精度进行定性的分析和定量的计算——系统分析 本课程涉及到的基础理论知识 + - 水位 y 出水 阀门 误差 进水 水箱 放大器 M 电机 给定电位计 方块图？ 反馈控制举例：全自动燃气热水器 手动调节 全自动反馈调节： 自动根据水温调节火力 进水 出水 进气 燃气热水器原理图 继电 控制器 温度检测 水泵 调速控制器 进水 至用水户 水压检测 流量检测 开环控制系统的方框图 开环控制系统不具备自动修正的能力。 当系统精度要求不高或干扰对系统的影响不大时，可以采用开环控制方式，如交通指挥的红绿灯转换，自动控制生产线等。 开环控制系统的精度主要取决于构成系统元器件的精度以及调整的精度。 开环控制与闭环控制的比较 开环控制系统中信号由输入到输出是单方向传递的，不必对输出信号进行测量，因此结构简单，调整方便，成本较低。 开环控制可分为按给定量进行控制与按扰动量进行控制，按扰动量进行控制又称为前馈控制，适用于扰动可测量的场合。 由于开环控制只有正向作用，没有反向的联系，因此没有修正偏差的能力，抗扰动性较差。 在精度要求不高或扰动影响较小的情况下，这种控制方式有一定的实用价值。 一般来说，当系统的控制规律能预先确知，并对系统可能出现的干扰可以做到有效抑制时，应采用开环控制系统。 开环控制 闭环控制系统由于引入了反馈机制，可以抑制内部参数变化和外部扰动对系统输出产生的影响。 采用成本较低、精度不太高的元器件构成高精度的控制系统。 应用比较广泛，但稳定性是设计中要考虑的主要问题。 只有在系统的控制量和扰动量均无法预知的情况下，闭环控制系统才有其明确的优越性。 闭环控制 线性控制系统和非线性控制系统 　若组成控制的元件都具有线性特性则称这种系统为线性控制系统 　若在控制系统中有一个以上的元件具有非线性则称这种系统为非线性控制系统 特点： 　不具有比例性，也不适用叠加原理 　系统的输出响应稳定性与其初始状态有关 特点： 　系统用微分方程、传递函数或状态方程来描述 　具有比例性并适用叠加原理 恒值控制系统和随动控制系统 按系统内部传输信号的性质分恒值控制和随动控制系统 第一章 绪论 　恒值控制系统的参与输入量为常量，要求它的被控制量在任何扰动的作用下能尽快地恢复（或接近）原有的稳态值 　随动控制系统的输入是一个变化量，要求系统的被控制量能快速准确地跟随友考输入信号的变化而变化 按系统内部传输信号的性质分为连续控制和离散控制系统 　控制系统中各部传输信号都是时间Ｔ的连续函数，则称这类系统为连续控制系统 　若在控制系统内部有一个或一个以上的信号是时间Ｔ的离散信号，则称这类系统为离散控制系统。计算机控制系统是一种常见离散控制系统 计