自动控制原理_第一章.ppt

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。 5.3 抛物线函数（等加速度函数） 5.4 脉冲函数 它的数学表达式为： 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 5.5 正弦函数 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，可以得到关于系统性能的信息。 自动控制基础 动力与能源学院 2013年9月 课时：88学时 教材：《自动控制原理》（第五版） 胡寿松 主编 科学出版社 参考教材：《动态系统的反馈控制》（第四版） Franklin，Powell 电子工业出版社 《现代控制工程》（第四版） Katsuhiko Ogata著 卢伯英 等译 电子工业出版社 答疑时间：双周周三晚7:00 — 8:30 答疑地点：动力与能源学院楼229室 E-mail: goulinfeng @ nwpu.edu.cn 第一章 概 论 主要问题： （1） 自动控制系统的基本概念 （2） 自动控制系统的分类 （3） 自动控制系统的性能指标 （4） 拉普拉斯变换简介 （5） 典型输入信号 一、自动控制系统的基本概念 图1-1 瓦特蒸汽机离心调速器结构图 ?瓦特(James Watt) 1736年～1819年 （1）系统：为达到某一目的，由相互联系、相互制约的各个部件按照一定规律组成的具有独立功能的整体。 （2）控制：在外界输入的作用下，使系统输出按照给定的规律变化。 控制过程包含四个要素： 被控对象 控制量（外界输入） 被控量（系统输出） 控制规律。 （3）自动控制：在无人直接参与的情况下，利用控制装置（控制器）使被控对象按照给定的规律变化。 （4）自动控制系统：为完成某一控制目标，由被控对象和自动控制装置按照一定的方式组成的整体。 （5）反馈（feedback）：将系统的输出返回到输入端进行比较的过程。根据反馈的方式和特性不同，可分为负反馈和正反馈。 输入量与反馈量相减是负反馈，反之相加是正反馈。 图1-3 开环控制系统结构图 图1-4 闭环控制系统结构图 自动控制技术的核心思想就是反馈，通过反馈建立起输入（原因）和输出（结果）的联系。使控制器可以根据输入与输出的实际情况来决定控制策略，以便达到预定的系统功能。 （6）闭环和开环控制系统：存在反馈的控制系统称为闭环控制系统，反之称为开环控制系统。 典型的自动控制系统一般为闭环负反馈控制系统。除被控对象外，还包括测量元件、比较元件、放大元件、执行机构、校正元件以及给定元件等部件。 （1）按给定信号的形式： 恒值 / 随动系统 （2）按系统是否满足叠加性： 线性 / 非线性系统 （3）按系统参数的时间特性： 定常 / 时变系统 （4）按信号传递的形式： 连续 / 离散系统 （5）按输入输出变量的数目： 单变量 / 多变量系统 二、自动控制系统的分类 三、自动控制系统的性能指标 实际物理系的输出量和反馈量总是滞后于输入量的变化。因此，当输入量发生变化时，输出量从原平衡状态变化到新的平衡状态总是要经历一定时间。 在输入量的作用下，系统的输出变量由初始状态达到最终稳态的中间变化过程称过渡过程，又称瞬态过程。过渡过程结束后的输出响应称为稳态过程。 控制系统的输出响应由过渡过程和稳态过程组成。 （1）稳定性（基本要求）：系统重新恢复平衡状态的能力。任何一个能够正常工作的控制系统，首先必须是稳定的。 图1-7 稳定系统和不稳定系统 （2）准确性（稳态要求）：系统响应达到稳态后，系统输出量的实际值与期望值之差要小，输出跟踪精度要高。 图1-8 有稳态误差系统和无稳态误差系统 （3）快速性（动态要求）：系统运动到新的平衡状态所需要的时间要少，同时超调和振荡要小。具体指标主要包括上升时间Tr、超调量σ%、峰值时间Tp和调节时间Ts等。 图1-9 控制系统动态响应过程 由于被控对象的具体情况不同，各系统对三项性能指标的要