自动控制理论第3版夏德钤翁贻方第1章节引论.ppt

自动控制理论 第3版 夏德钤，翁贻方 编著 机械工业出版社 第一章 引论 本章知识点 自动控制的基本概念 开环控制与闭环控制 自动控制系统需要分析的方面 自动控制系统的类型 自动控制系统中的术语和定义 本课程在人才培养中的重要地位 自动化专业主干课程 知识结构中起到承上启下作用 构建和设计自动控制系统的理论与方法 后续课程——计算机控制系统、运动控制系统、过程控制系统等 本课程所需基础知识 高等数学中的微分方程 拉普拉斯变换 电路理论中相关知识 模拟电子技术中的运算放大器 物理学相关知识 本课程的任务 掌握闭环控制系统的结构、原理 掌握自动控制系统的传递函数数学模型 掌握自动控制系统的分析方法 掌握自动控制系统的校正方法 什么是自动控制？ 自动控制是在人不直接参与的情况下，利用自动控制装置使机器、设备、生产过程等自动地按照预定的规律运行，使机器的动作、设备的运转、生产过程的状态能够自动地在一定的精度范围内，按照给定的规律变化。 手动控制与自动控制的比较 自动控制系统无处不在 军事、航天领域 火炮跟踪系统、雷达跟踪系统； 人造卫星的姿态控制等；宇宙飞船的各种自动控制。 工业领域 产品加工和物流调配的自动控制；石油化工生产过程、造纸、工业窑炉、轧钢过程的自动控制等。 自动控制系统无处不在 农业生产领域 自动灌溉系统；植物温室温度和湿度自动控制系统等。 商业领域 商业设备、仓储自动化设备与系统、物流监控管理 日常生活 空调器、电冰箱等。 生产过程自动控制系统控制柜 第一节 开环控制与闭环控制 系统——为完成特定的任务，由相互制约的各个部分按一定规律组成的、具有一定功能的整体。 自动控制系统——由控制装置和被控制对象组成，能够对被控制对象的工作状态进行自动控制的系统。 开环控制 在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对输入量没有影响。输入量直接送入控制器，产生控制量作用于被控对象，从而改变被控制量。 特点：系统简单，成本低，一般用于要求不高场合。 闭环控制（反馈控制） 引入测量元件，将检测到的输出量送回到输入端，并与输入信号比较构成负反馈，控制器根据偏差按照某种规律产生控制量，实现对被控对象的控制。 控制器与被控对象之间既有信号的正向作用，又有信号的反馈作用。 闭环控制的优点 抗干扰能力强，稳态精度高、动态性能好等。 例1 恒温箱闭环控制系统 第二节 自动控制系统的类型 随动系统与自动调整系统 随动系统又称为伺服系统。特点：给定值是预先未知的、随时间任意变化，要求系统被控量以尽可能小的误差跟随给定值变化。（比如高射炮跟踪敌机随动系统）。 自动调整系统又称为恒值控制系统。特点：系统输入量（即给定值）不变，但由于扰动使被控量偏离要求值，该系统能根据偏差产生控制作用，使被控量恢复到要求值，并以一定的准确度保持在要求值附近。（如恒温控制系统） 线性系统和非线性系统 线性系统是指组成系统的元器件的静态特性为直线，能用线性常微分方程描述其输出与输入关系的系统。线性系统的主要特点是具有叠加性和齐次性。（本课程研究重点） 非线性系统是指组成系统的元器件中有一个以上不能用线性方程描述。非线性系统还可分为非线性时变系统与非线性定常系统。 严格地说，实际上不存在理想的线性系统。 连续系统与离散系统 连续系统，各部分的输入和输出信号都是连续变化的模拟量，可用微分方程来描述各部分输入-输出关系的系统。 离散系统，某一处或多处的信号以脉冲序列或数码形式传递的系统。 离散系统也有线性离散系统和非线性离散系统、定常离散系统和时变离散系统之分。 单输入-单输出系统与多输入-多输出系统 单输入－单输出系统（SISO, Single Input Single Output)：只有一个输入量和一个输出量的控制系统，也称为单变量系统。如直流电机调速系统。 多输入－多输出系统（MIMO, Multiple Inputs Multiple Outputs): 有多个输入量和多个输出量的控制系统，也称为多变量系统。 确定系统与不确定系统 确定系统：若系统的结构和参数是确定的、预先可知的，系统的输入信号（包括给定输入和扰动）也是确定的，则可用解析式或图表确切地表示，这种系统称为确定系统。 不确定系统：系统本身的结构和参数不确定或作用于系统的