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自动控制原理自控第一章
《自动控制原理》学习要求 本课程性质 重要的专业基础课,阐述有关自动控制技术的基础理论——经典控制论,研究“控制论”在工程中的应用。 特点及要求: ① 自动化发展的需要 ② 与信息科学、系统科学关系紧密 ③ 掌握控制系统分析与设计的基本方法 课时安排与课堂要求 每周2次课,共72课时;实验12课时。4学分. 成绩组成: 期末考试占 70% ,平时成绩占 30% 先修基础: 拉普拉斯变换、高等数学、大学物理、积分变换、电路、数字电子技术、模拟电子技术 请按时到课! 1-1 自动控制的任务 通常,在自动控制技术中,把工作的机器设备称为被控对象,把表征这些机器设备工作状态的物理参量称为被控量,而对这些物理参量的要求值称为给定值或希望值(或参考输入)。则控制的任务可概括为:使被控对象的被控量等于给定值。即 1-2自动控制的基本方式 开环控制 ——按给定值操纵的开环控制 ——按干扰补偿的开环控制 按偏差调节的闭环控制 复合控制 一、按给定值操纵的开环控制 二、按干扰补偿的开环控制 定义:利用干扰信号产生控制作用,以及时补偿干扰对被控量的直接影响。 测量反馈元件——用以测量被控量并将其转换成与输入量同一物理量后,再反馈到输入端以作比较。 比较元件——用来比较输入信号与反馈信号。 放大元件——将微弱的信号作线性放大。 执行元件——根据偏差信号的性质执行相应的控制作用,以便使被控量按期望值变化。 校正元件——按某种函数规律变换控制信号,并产生反映两者差值的偏差信号。以利于改善系统的动态品质或静态性能。 被控对象:被控制的机器、设备或生产过程 。 给定量(输入量):系统输出量的要求值。 被控量(输出量):被控系统所控制的物理量。 反馈量:与输出成正比或成某种函数关系,与给定量有相同量纲和数量级的信号。 偏差量:给定量与主反馈量之差。 控制量:作用于被控对象的信号。 扰动量:对系统输出量有不利影响的输入量。 1-3对控制系统的性能要求 定义:通常把系统受到外作用后,被控量随时间变化的全过程,称为动态过程或过渡过程。 按系统的数学模型分 (1)线性系统:用线性方程描述的系统。运动方程一般形式: 性质: 1)组成系统的所有元件都是线性元件; 2)具有齐次性和叠加性。 特点:系统由线性元件构成,描述运动规律的数学模型为线性微分方程。 (2)非线性系统:用非线性方程描述的系统 性质: 1)系统中只要有一个非线性元件就是非线 性系统。 2)不满足叠加原理。 按信号传递的连续性划分 (1).连续系统 这类系统中的所有元件的输入输出信号均为时间的连续函数,所以又常称为模拟系统。 (2).离散系统 系统中只要有一处的信号是脉冲序列或数字信号时,该系统就是离散系统。这类系统常用差分方程来表示。 按系统的输入/输出信号的数量分类 (1)单变量系统(SISO) 所谓单变量系统是指系统只有一个输入和一个输出,它只注重系统的外部输入和输出,而不关心系统内部的状态变化,所以单输入单输出系统可以把系统看成为一个黑匣子。 经典控制理论研究的对象主要是单输入单输出的线性定常系统。 (2)多变量系统(MIMO) 所谓多变量系统是指系统有多个输入或单个输出或多个输出,它不仅仅注重系统的输入和输出变量,还更多地关心系统结构内部各状态变量的变化和个状态变量之间的耦合关系。 多变量系统是现代控制理论研究的主要对象,在数学上以状态空间变量法和矩阵理论为主要研究工具。 1.5 典型外作用 1. 阶跃信号(Step Function) 阶跃信号含宽频带谐波分量,产生容易。 实际中,电源的突然接通、负载的突变等均可近似看作阶跃信号。 在时域分析中, 阶跃信号用得最为广泛。 时间 r(t) R 单位阶跃信号 1 2. 斜坡信号(Ramp Function) 斜坡信号为匀速信号,适于测试匀速系统。 当R=1时为单位斜坡信号:r(t)=t t tan(?)=R ? r(t) 3. 抛物线信号(Parabolic Function) 抛物线信号为匀加速信号,适于测试匀加速系统。 当R=1时为单位抛物线信号: t r(t) 0.5 R t 2 自动控制原理 第一章 自动控制的一般概念 自动控制原理 自动控制的一般概念 1-1 自动控制的任务 1-2自动控制的基本方式 1-3对控制系统的性能要求 返回子目录 下面通过具体例子来说明自动控制和自动控制系统的概念 控制器 气动阀门 流入 Q1 浮子 水箱 流出 Q2 H 水位自动控制系统 控制任务: 维持水箱内水位恒定 控制装置: 气动阀门、控制器 受控对象: 水箱
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