自动控制原理课件(河北科技大学)1.ppt

自动控制原理 授课教师：樊劲辉 序 自动控制 —— 在没有人直接参与的情况下，利用附加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动的按照预定的规律运行。 自动控制技术广泛应用于国民经济的各个部门。 例如： 数控车床按照规定程序自动地切削工件； 化学反应炉自动地维持温度或压力的恒定； 导弹发射和制导系统自动地把导弹引向敌方目标； 人造地球卫星准确地进入预定轨道并回收 … … 不仅如此，自动控制技术的应用范围已扩展到生物、医学、经济管理和其它许多社会领域。已成为现代生活领域中不可缺少的重要组成部分。 自动控制原理 ——研究自动控制共同规律的一门技术科学。 自动控制原理是对自动控制系统进行分析和设计的基础， 也是自动化及相关专业共同的技术基础课，其重要性是显而易见的。 自动控制原理发展概况： 阶段 形成时期 理论基础 分析方法 研究对象 研究重点 数学工具 Ⅰ 30-50年代 经典 控制论 时域、复域(1948)、频域(1932) SISO (Single-input, Single-output) 反馈控制 系统 微分方程、拉氏变换、复变函数等 Ⅱ 60-70年代 现代 控制论 状态空间 时域 MIMO (Multiple-input Multiple-output) 最优控制 自适应控制等 矩阵理论 (线性代数) Ⅲ 70年代至今 大系统理论 智能控制 时域\复域\频域法，模糊集法 多因素 多层次 复杂对象 大系统 复杂系统 智能控制 (1)李友善，自动控制原理，国防工业出版社 (2)自动控制原理学习指导与题解指南，张苏英等，国防工业出版社 (3)自动控制原理习题集，胡寿松等，国防工业出版社 (4)自动控制原理考研试题分析与解答技巧，张苏英等，北京航空航天大学出版社 (5) Matlab应用基础 主要参考书 建议与说明： 数学基础：高数、复变函数、拉氏变换 学习方法：听课为主，讨论与自学为辅 要求：①掌握控制系统分析的基本方法和设计思想（稳定性分析、系统分析及系统校正的方法） ②按学校要求听课；遵守课堂纪律； ③按时交作业。 §1.1 自动控制的基本原理与方式 1. 常用术语 电动机——电机，是自动控制系统中的常用部件。 电动机D 电压U 转速n,ω 负载ML 定性的讲， 当负载ML一定时， 电压U增大 转速n提高； 当电压U一定时， 负载ML增大 转速n减小。 想一想： 当负载变化时，要想保持转速恒定，应该怎么办？ 下面看一龙门刨自动调速系统。 该系统的控制目的是：当负载变化时，维持转速n不变。 第一章 自动控制的一般概念 2. 反馈控制系统的一般构成（P5） 被控对象 输出量 扰动量 执行元件 放大元件 输入量 _ 反馈量 偏差 测量元件 串联校正 _ 反馈校正 3. 基本控制方式 有三种 闭环控制系统（反馈控制系统） 开环控制系统 复合控制系统 （1）闭环控制系统（反馈控制系统） 1）结构特征：信息循环往复传递，按偏差进行控制； 2）系统特点：①按偏差控制，（因此必须有输出量的测量装置）； ②抗干扰性好，控制精度高； ③系统较复杂，有稳定性问题。 （2）开环控制系统 1）结构特征：信息单向传递，没有形成闭合回路 2）系统特点： ①控制系统结构简单，成本低廉； ②控制精度差，抗干扰能力差； 3）使用场合：多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合。 如：自动售货机、自动报警器、自动化流水线、全自动洗衣机等。 （3）复合控制系统 ——是前馈（顺馈）和反馈相结合的控制方式 前馈 ——从本质上讲，属于开环控制。 因此，复合控制系统中既有闭环控制，又有开环控制。 在自动控制系统中， 前馈通常有两种方式： 按扰动补偿与按给定补偿。 例如， P8上的电动机转速复合控制系统（按扰动补偿）。 电动机 输出量 扰动量 输入量 _ 反馈量 偏差 测速发电机 电压放大 功率放大 电阻R 电压放大 按扰动补偿的前馈控制方式仅适用于干扰可测量的场合。 显然，复合控制系统具有前馈和反馈控制的优点。 §1.2 控制系统的分类 按控制方式： 开环控制、闭环控制、复合控制 按元件类型： 机械、电气、机电、液压、气动、生物… … 按系统功用： 速度控制系统、压力控制系统、温度控制系统、位置控制系统… 按参据量的变化规律： 恒值控制系统、随动控制系统、程序控制系统。 按系统性能： 线性系统 非线性系统 ——系统中所有元件的特性都是线性的。 定常（时不变）系统 时变系统 ——系统的结构和参数不随时间变化。 连续系统 离散系统 ——系统中各部分信号随着时间连续变化。 确