孔祥东、王益群_控制工程基础课件第一章.ppt

第一章 绪 论 §1.1 概 述 §1.1 概 述 一、基本概念 §1.1 概 述 §1.1 概 述 二、控制论的发展历史 §1.2 自动控制系统的基本概念 一、自动控制系统工作原理 §1.2 自动控制系统的基本概念 §1.2 自动控制系统的基本概念 §1.2 自动控制系统的基本概念 §1.2 自动控制系统的基本概念 §1.2 自动控制系统的基本概念 二、开环控制与闭环控制 §1.2 自动控制系统的基本概念 §1.2 自动控制系统的基本概念 §1.2 自动控制系统的基本概念 §1.2 自动控制系统的基本概念 §1.2 自动控制系统的基本概念 §1.2 自动控制系统的基本概念 §1.3 控制工程基础的主要任务与研究内容 一、主要任务 §1.3 控制工程基础的主要任务与研究内容 二、研究内容 小 结 本章介绍了控制工程基础的基本概念及控制理论发展历程；论述了自动控制系统的工作原理、开环控制与闭环控制的概念、闭环控制系统的基本组成、自动控制系统的基本类型及对控制系统的基本性能要求；最后阐述了控制工程基础的主要任务和研究内容。 第一章 绪论 Company LOGO §1.2自动控制系统的基本概念 §1.3控制工程基础的主要任务与研究内容 § 1.1 概 述 通讯 自然 航空航天 工业 军事 太空探索 社会 自动控制应用领域广泛 将控制论同工程实践结合在一起形成了工程控制论，因此，控制工程是一门研究控制论在工程中应用的科学。控制工程基础主要阐述自动控制技术的基础理论。 控制工程基础：也称控制理论基础，主要阐述的是自动控制技术的基础理论。 控制论(Cybernetics)是研究生物体、机器及各种不同系统控制和调节规律的科学。它不仅是一门极为重要的科学，而且也是一门卓越的方法论，具有适用于各门科学的思想和方法。 控制论 生物控制论 工程控制论 经济控制论 社会控制论 控制论被广泛的应用到现实生活中的各个领域，是一门重要的方法论。 第一阶段：20世纪40~50年代为“古典控制理论”发展时期。单输入单输出(SISO)控制系统，线性定常系统。 控制论的发展起源于18世纪英国第一次技术革命。 第二阶段：二十世纪六、七十年代为“现代控制理论”发展时期。多输入多输出(MIMO)、非线性及时变系统 。 第三阶段：二十世纪七十年代末至今，控制论向着“大系统理论”和“智能控制论”发展。模糊控制、神经网络控制和专家控制等 。 古典控制理论是基础，现代控制理论、智能控制理论是古典控制理论的延伸和拓展。 人工控制的恒温箱系统： 1、观测由检测元件(温度计)测出的恒温箱的温度(被控制量)； 2、与要求的温度值(给定值)进行比较，得出偏差的大小和方向； 3、根据偏差的大小和方向再进行控制：当恒温箱温度高于所要求的给定温度值时，就移动调压器使电流减小，温度降低；若温度低于给定的值，则移动调压器，使电流增加，温度升高。 图1-1 人工控制的恒温箱 “检测偏差用以纠正偏差” 温度的偏差信号： 图1-2 恒温箱自动控制系统 当温度偏高时，动触头向着减小电流的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止。即只有在偏差信号 时 电动机才停转。 图1-3 板厚控制简图 板带出口厚度信息h由检测元件测出并反馈到电液伺服系统中，伺服系统发出控制信号以驱动液压缸，从而调节轧制辊缝，使得板带出口厚度h保持在要求的误差范围内。 控制 输出 输入 反馈 检测 自动控制：自动控制的过程与人工控制过程原理相同，即“检测偏差用以纠正偏差”。 人工控制：人工控制的过程就是测量、求偏差、再控制以纠正偏差的过程，即“检测偏差用以纠正偏差”。 反馈(Feedback)就是指输出量通过适当的检测装置将信号全部或一部分返回输入端，使之与输入量进行比较。 反馈控制原理：基于反馈基础上的“检测偏差用以纠正偏差”的原理 负反馈(Negative Feedback)是指反馈信号与系统的输入信号的方向相反的反馈形式。 若系统的输出量对系统的控制作用没有影响，即无反馈作用，则系统称为开环系统。 控制器 被控对象 输入量 r 输出量 y 控制量 u 扰动量 n 特 点： 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。对于每一个参考输入量就有一个与之对应的工作状态和输出量。系统精度取决于元器件的精度和特性。 适用范围： 系统内部扰动和外部扰动的影响不大、输出与输入关系确定，且控制精度要求不高的场合。 优 点： 结构简单，容易