自动控制理论PPT.ppt

自动控制理论 教学参考书： 1.《自动控制理论》（第五版），胡寿松主编. 科学出版社 2.《现代控制系统》（第八版），Richard C.Dorf等著， 谢红卫等译.高等教育出版社 3.《现代控制系统》（第十一版），Richard C.Dorf等著. 电子工业出版社(英文原版教材) 4.《自动控制原理》孙虎章主编，中央广播电视大学 孔慧芳 konghuifang@163.com 逸夫楼806 自动化（Automation) 自动化是利用机器、设备或装置代替人或帮助人自动地完成某个任务或实现某个过程。 涉及的理论基础：控制论、信息论、系统论。 自动化的基础是信息，核心是控制，立足在系统。 自动控制理论： 1.1 自动控制与自动控制系统 例： 一个军士每天早上9点钟路过珠宝店时，都与橱窗里的精密时钟对表。一天，这个军士走进店内，向店主恭维那只精密时钟的准确性。 “它是不是按照安林顿的时间信号精确对时 的?”军士问。 “不,”店主说,“我每天下午5点按照城 堡的鸣炮来调钟。告诉我,军士,为什么你每天都要停下对表呢?“ 军士答道:“我是城堡中的炮手！ 在这个故事中,是正反馈还是负正反馈占优势?若这 个钟表店的精密时钟每24小时慢30秒,军士的表每24 慢2分钟,那么,6天后城堡中鸣炮的时间误差是多少? 例 几乎所有人都有因生病而发烧的经历。发烧与你体内的温度调节器的输入变化有关。在你脑内的温度调节器常会将你的体温保持在华氏98°左右，而不管外界温度的变化范围可能是在华氏0°到华氏100°甚至更大。发烧表明温度调节器的输入或预期的温度已经增高。许多科学家都吃惊的发现，发烧并不能说明某人的体温控制出了问题，而是表明在预期输入温度升高时，温度调节器正在努力正在进行调节。 华氏温度-摄氏温度换算公式：T ℉ = 1.8t℃ + 32 液位控制系统（人工控制） 液位控制系统（自动控制） 水位自动控制系统 谷物湿度控制系统 位置随动控制系统 电动机调速系统 1.2 自动控制系统的组成 分析实际控制系统的步骤 明确控制系统的任务； 被控对象是什么？被控量（系统输出量）？有哪些干扰？ 参考输入？有谁提供？ 什么是测量元件？测量哪些物理量？ 信号的计较、计算、放大是如何实现的？ 执行机构是什么？ 画出控制系统的原理方框图，分析系统采用何种控制方式。 输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现； 组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高； 系统的稳定性不是主要问题； 按扰动补偿 。这种控制方式的原理是：利用对扰动信号的测量产生控制作用，以补偿扰动对输出量的影响。由于扰动信号经测量装置，控制器至被控对象的输出量是单向传递的，故属于开环控制方式。对于不可测扰动以及被控对象及各功能部件内部参数变化给输出量造成的影响，系统自身无法控制。因此，控制精度有限，常用于工作机械的恒速控制（如稳定刀具转速）以及电源系统的稳压，稳频控制。 自动控制系统有多种分类方法。 例如，按控制方式可分为开环控制、闭环控制、复合控制等； 按元件类型可分为机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统生物系统等； 按系统功用可分为温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统； 按系统性能可分为线性系统和非线性系统、连续系统和离散系统、定常系统和时变系统、集总参数系统和分布参数系统、确定系统和不确定系统等； 按输入量变化规律可分为定值控制系统（镇定系统）、随动系统和程序控制系统等。 按系统性能分类，主要可分为以下三类： 对控制系统的一般要求 1.6 自动控制系统与控制理论 1.7 自动控制理论发展概况 复习：拉普拉斯变换 几种典型函数的拉氏变换： 脉冲函数、阶跃函数、斜坡函数、指数函数、正弦函数等 拉氏变换的性质： 线性定理、微分定理、积分定理、终值定理、位移定理 拉氏反变换方法：主要是部分分式法 用拉氏变换求解微分方程 1.4 自动控制系统的分类 退出 恒值系统：也称镇定系统。输出量以一定的精度 等于给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢，扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产过程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的恒温系统，石油部门的恒压系统等。 随动系统：输出量能以一定精度跟随给定值变化的系统称随动系统，又称为跟踪系统。这类系统的特点是系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定的时间函数。例如，火炮系统，卫星控制系统等。 程序控制系统：自动控制系统的被控制量如果是根据预先编好的程序进行控制的系统称程序控制系。例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道导弹的程序控制系统等。 退出 定常系统和时变系统：控制系统的参数如果在工作过程中不随时间而变化