自动控制理论：第一章节绪论幻灯片.ppt

《自动控制原理》Theories of Automatic Control 任课教师：夏超英 电 话：022 教学方式：讲授为主结合自学 课程性质、地位和任务 《自动控制原理》是与所有工程技术相关的技术基础课—工程中的数学。 技 术 基 础 课 未 来 工 作 基 础 课 知识学习 能力培养 工作能力 第一章 绪 论 什么是自动控制? 在无人直接参与的情况下，使被控对象按预定的规律运行。 数控机床能够按照设定的程序自动切削工件；化学反应炉的温度和压力能够自动地维持恒定；制导系统能够引导导弹准确地射向敌方目标；无人驾驶飞机能够按照预定的轨迹升降和飞行；人造卫星可以准确地进入轨道并回收等等，这一切都离不开自动控制技术。 在过去的几十年中，自动控制技术在国民经济各部门中的广泛应用，极大地促进了化工、造纸、电力、冶金、汽车、家电等工业行业的技术进步，改善了劳动条件，提高了产品质量和劳动生产率。特别是近二十年来，随着微电子技术和计算机技术的进步，自动控制技术在航空航天、军事工业、核能发电等现代科学技术领域，在生物、医学、环保、智能交通、新能源利用、经济管理等新兴领域，都起着非常重要的作用。 自动控制理论是自动控制技术的基础理论，是当今大多数工程技术人员和科学工作者必须具备的基本知识之一，它的理论性较强，同时又有着很强的工程性和实践性。 数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。 与普通机床相比，数控机床有如下特点： 1、加工精度高，具有稳定的加工质量； 2、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 3、加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间； 4、生产率高； 5、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度。 数控加工中心 数控车床 五轴联动加工 制导武器通过某种制导手段随时测定它与目标之间的相对位置和相对运动，根据偏差的大小形成控制信号，控制制导武器的运动轨道，使之最终命中目标。制导武器系统的制导技术有自主式、寻的式、遥控式和复合式等四种。 制导技术是按照一定规律控制武器的飞行方向、姿态、高度和速度，引导其准确攻击敌方目标的军用技术。 机器人技术是20世纪人类伟大发明之一。在制造业中，工业机器人甚至已成为不可少的核心装备，世界上有近百万台工业机器人正与工人朋友并肩战斗在各条战线上。 装配机器人 焊接机器人 串联式 并联式 混联式 EV(电动汽车) PEV（纯电动） HEV(混合动力车) FCV(燃料电池汽车) 交通工具为解决多能源和环境问题的技术路径 解决方案(Solutions) 替代能源 电动汽车 NG 天然气 Common R 共轨喷射 VVT 可变气阀定时 稀薄燃烧，DI直喷 THS SHS FCV EV HEV(混合动力车) 混合动力 汽油车 柴油车 开环控制系统： §1-1控制系统的类型 在开环控制系统中，信号从控制器到执行机构再到被控对象只有单方向传递，输出量不对控制作用产生影响，故称为开环控制。 开环控制系统结构简单，成本低。然而，被控对象除去控制输入外还会受到扰动输入的影响，扰动的影响会使被控对象的输出偏离希望值。除此以外，被控对象和执行机构的特性参数也会随时间发生变化，使系统无法达到预想的设计性能。 自动控制的任务：根据参考输入决定控制作用并施加在被控对象上，使被控对象的输出等于参考输入规定的数值。 自动控制系统有开环控制和闭环控制两种基本的控制方式。 当作用到被控对象上的干扰较强，但可以实时测量到时，可以采取基于干扰补偿的控制方法，将测量到的干扰信号前引给控制器，改变控制作用去抵消干扰对输出的影响，如下图所示。 显然，基于干扰的补偿控制也是开环控制，因为补偿控制的信号传递也是单方向的。基于干扰的补偿控制对不可测干扰、被控对象的特性参数发生变化引起的输出变化无能为力。 干扰补偿的控制 反馈控制是控制系统的最基本的控制方式。一般来说，反馈控制可以很好地抑制环境和扰动对系统性能的影响；另一方面，因为被控对象对控制输入的响应要有一个过程，存在时间的延迟，不适当的控制策略会使系统出现振荡甚至不稳定，无法完成预定的控制任务。 反馈控制系统： 反馈的作用：1、克服作用在对象上的扰动对系统的影响；2、降低系统对前向通道中各环节特性参数变化的灵敏度；3、提高系统响应的快速性；4、对测量装置的要求高。 复合控制： 在控制工程中，闭环控制系统响应的快速性、控制精度、抗干扰能力与系统的稳定性往往是一对矛盾。在某些情况下，将开环控制方式和闭环控制方式相结合，往往可以达到好的控制效果。上图给出的复合控制的原理框图体现了这一设计思想，其中控制作用是与误差有关的反馈控制、与扰动有关的补偿控制、与参考输入有关的前馈控制三项的和。 经典控制理论的研究内容