哈工大 史小平 自动控制原理_第1章.ppt

自动控制原理（上册） 哈尔滨工业大学 控制与仿真中心 史小平 2008年3月 由于在系统的输入端将参考输入信号和反馈信号相减，所以又称为闭环负反馈控制系统。 闭环负反馈控制系统不仅可以使被控制量按照参考输入给定的规律变化，而且可以纠正由于干扰或元件参数变化所引起的误差。 闭环负反馈控制系统具有精度高、抗干扰能力强等优点。 但是，闭环负反馈控制系统可能出现不稳定现象，或者在某些方面不能满足设计者和使用者的要求。于是往往在闭环负反馈控制系统中增加串联校正环节和（或）局部反馈，以改善闭环负反馈系统的性能。 放大器 执行 元件 被控 对象 干扰 被控 制量 测量元件 - 反馈校正环节 串联校正 - 输入信号 带有校正环节的闭环控制系统 开环控制系统与闭环控制系统的比较 结构复杂 成本高 调试复杂 准确性差 反应慢 不抗干扰 元件变化影响大 缺点 准确，精度高 反应灵敏 元件变化影响小，抗干扰 稳定性好 结构简单 价格便宜 调试简单 优点 闭环控制系统 开环控制系统 1.2.3 闭环控制系统的组成 被控制对象 被控制量所在的实际物体。 执行元件 对被控制对象施加作用，使被控制量产生变化的元件，又称为执行机构。 放大元件 即放大器，对较小的信号进行放大，使其有足够的大小和能量。 测量元件 对被控制量进行测量，并形成反馈信号。 比较元件 对输入信号和反馈信号作相减运算的元件。 校正元件 改善系统性能的元件，如串联校正元件、反馈校正元件。 针对不同的被控制量和被控制对象，如何选择执行元件、测量元件、放大元件和校正环节的问题，正是自动控制原理课程所要解决的问题。 1.2.4 闭环控制系统中的信号 在闭环控制系统中，各个元部件之间的相互作用关系可以看作是信号的传递。 闭环控制系统中的 各个信号是随时间变化的，所以信号又称为变量。 闭环控制系统中的信号主要有： 输出信号 控制系统的被控制量，一般记作 。 输入信号 控制系统的参考输入，被控制量应该按照输入信号的变化规律变化，一般记作 。 反馈信号 对被控制量的测量结果。由反馈信号形成反馈系统。 偏差信号 输入信号与反馈信号的差。偏差信号可以反映出被控制量是否存在误差。一般记作 。 误差信号 期望输出信号与输出信号的差。误差信号反映了控制系统的质量。一般记作 。 干扰信号 使被控制量产生不应有变化的信号，干扰信号会导致被控制量出现误差。一般记作 。 其他信号 系统中其他元部件之间作用的信号（变量）。 * * 第一章 绪论 1.1 自动控制原理的概念 1.1.1 控制 控制 使某个（某些）量按一定的规律变化。 被控制量 控制问题涉及到社会、人文、经济、生态、科学和工程等各个方面，范围十分广泛。 本课程主要研究各种物理量的控制。这些物理量包括运动学、电学、热学、声学等方面的量。例如：物体的位置、转角、线速度、角速度、线加速度、角加速度、力、力矩、电压、电流、温度、流量、湿度等。 把上述其中一些量作为被控制量，使它（们）按照一定规律变化，这就是工程科学中所涉及的控制问题。 控制问题举例 瓦特蒸汽轮机的调速控制问题 瓦特蒸汽机 自动控制思想的萌芽！ 机械手的控制问题 机械手有6个被控制量按照预定的规律变化。 目标 导弹 导弹与目标的相对距离 是被控制量，最终必须趋向于零。 导弹的控制问题 高射炮的控制问题 神弓Ⅱ防空系统 高射炮的俯仰角 和方位角 是两个被控制量。 雷达天线随动系统 太阳能帆板角度控制系统 纸张厚度的控制问题 退火炉的温度控制 为了防止在退火过程中工件产生内应力，退火炉内的温度应该按照图示曲线的规律变化。 时间 温度 0 退火炉的温度变化曲线 在这个例子中，炉内温度就是被控制量。当外界环境温度的改变对炉内温度产生干扰时，炉内温度仍然应该按照预定的规律变化，而不受干扰的影响。这就是自动控制的目的。 从上述例子可见，“控制”就是使“被控制量”按照一定的规律变化。 规律包括3种情况 事先预定的规律 例子：生产线上的机械手 特点：重复性运动 又称：程序控制 随机的变化规律 例子：高射炮控制系统 特点：事先无法知道飞机做怎样的机动飞行，即事先不知道俯仰角及方位角的变化规律。在控制过程中，使被控制量按照实时给出的规律变化。 又称：随机控制 保持恒定 特点：使被控制量保持某一定值。 例子：潜水艇水下深度控制；恒温箱温度控制。 又称：“恒值控制”或“调节”。 1.1.2 自动控制 自动控制 无人直接参与的情况下，由一套设备来完成