第1章引论 - 数学分析精品课程网.ppt

第1章 引 论 第1章 引 论 内 容 提 要 知 识 要 点 目 录 § 1.1 开环控制和闭环控制 § 1.2 自动控制系统的组成及术语 § 1.3 自动控制系统的类型 § 1.4 自动控制系统性能的基本要求 § 1.5 自动控制课程的主要任务 § 1.6 自动控制系统实例 小 结 §1.1 开环控制和闭环控制 1.1.1 开环控制 1.1.2 闭环控制(反馈控制) §1.3 自动控制系统的类型 1.3.1 按信号流向划分 1.3.2 按系统输入信号划分 1.3.3 线性系统和非线性系统 1.3.4 定常系统和时变系统 1.3.5 连续系统和离散系统 1.3.6 单输入单输出系统与多输入多输出系统 §1.4 自动控制系统性能的基本要求 1.4.1 稳定性(稳) 1.4.2 稳态精度(准) 1.4.3 动态过程(好) 1.5.1 阶跃函数 1.5.2 斜坡函数（等速度函数） 1.5.3 抛物线函数（等加速度函数） 1.5.4 脉冲函数 1.5.5 正弦函数 §1.6 自动控制系统实例 1.6.1 造纸机分部传动控制系统 1.6.2 谷物湿度控制系统 1.6.3 烘烤炉温度控制系统 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。 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 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。 返回 如图所示。含有大量水分的纸张经过第一压榨棍后，去掉了一部分含水量，然后再进入第二压榨棍，再榨去一部分水分。第一和第二压榨棍分别由各自的电动机拖动，显然两个压榨棍的转速必须协调，否则将会拉断纸页或出现叠堆。 自动控制系统中压榨棍拖动电动机M的转速由测速发电机TG检测出来，并转换为速度反馈电压Uf。参考电压Ur，与反馈电压Uf相比较得偏差电压Ur-Uf，经过放大去控制拖动电机的转速，达到两个压榨棍的转速协调。 * * 自动控制理论是自动化学科的重要理论基础，专门研究有关自动控制系统中基本概念、基本原理和基本方法。本章介绍了开环控制和闭环控制，控制系统的基本原理和组成，控制系统的类型，以及对控制系统的基本要求。 开环控制，闭环控制，控制装置，被控对象 ，稳定性，稳态误差，动态特性，MATLAB的基础知识。 自动控制和人工控制的基本原理是相同的,它们都是建立在“测量偏差,修正偏差”的基础上,并且为了测量偏差,必须把系统的实际输出反馈到输入端。自动控制和人工控制的区别在于自动控制用控制器代替人完成控制。总之,所谓自动控制就是在没有人直接参与的情况下,利用控制装置使被控对象中某一物理量或数个物理量准确地按照预定的要求规律变化。 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。 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。 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。 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