材控基础 第一章 绪论.ppt

材料成型控制工程基础 谢 冰 主讲 1.1 自动控制的原理及系统组成 自动控制的概念 自动控制系统的组成 自动控制系统的方块图 自动控制系统的原理及特点 一、自动控制的概念 自动控制：在无人直接参加的情况下，利用控制装置使被控对象和过程自动地按预定规律变化的控制过程。 水池水位系统的自动控制过程 二、自动控制系统的组成 自动控制系统：被控对象和自动控制装置按一定方式连接起来，完成一定控制任务的总体。 具体讲，自动控制系统一般包括如下几个部分： 三、自动控制系统的方块图 方块图可直观地表达控制系统的组成及信号间的传递关系。 方块图由方块、信号（带箭头的直线）、信号相加点和分支点组成。（方块图四要素） 三、自动控制系统的方块图（续） 四、自动控制系统的原理和特点 反馈控制原理：被控制变量作为反馈信号，与希望值比较得到偏差输入，根据输入偏差大小，调整控制信号，控制信号通过执行器的操作消除偏差，实现控制目标。 反馈：输出量经测量后的信号送回到输入端。 反馈联接方式有负反馈和正反馈。 负反馈：反馈信号的极性与输入信号相反，使被控制对象的输出趋向希望值。 四、自动控制系统的原理和特点(续) 特点 负反馈构成闭环是自动控制系统的结构特点； 控制作用由偏差产生。偏差产生的控制作用使系统沿减少或消除偏差的方向运动； 控制目的是使被控制变量达到希望值。 1.2 自动控制系统的种类 按信号传递路径，可分为开环，闭环等控制系统 按其输入量的变化规律可分为以下三类 （1）恒值系统：也称自动调节系统。 （2）随动系统：又称为自动跟踪系统 （3）程序控制系统 其它分类方法 数学模型分：线性系统和非线性系统 控制系统信号性质：连续系统和离散系统 一、开环控制系统 开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程。 例：直流电机的开环调速系统 一、开环控制系统 主要特点： （1）无反馈，输出不影响系统的控制作用，对输出不需要测量，通常容易实现； （2）控制精度取决于控制器及被控制对象的参数稳定性，容易受干扰影响，缺乏精确性和适应性 ； 按扰动补偿的开环控制 二、闭环控制系统 闭环控制是指控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系的控制过程。 例：直流电机闭环转速控制系统 二、闭环控制系统 主要特点： （1）由负反馈构成闭环，利用偏差信号进行控制； （2）抗干扰能力强，控制精度高； （3）存在稳定性问题,系统元件参数配合不当,容易产生振荡,使系统不能正常工作. 三、按给定量的变化规律分类 1、恒值系统（又称自动调节系统） 系统任务：在外界干扰下，系统输出仍能基本保持为常量；(希望值是常数) 分析设计重点：研究干扰对被控对象的影响，克服扰动； 如恒温控制系统。 三、按给定量的变化规律分类 2、随动系统（也称自动跟踪系统） 系统任务：输出c(t)=r(t) ，输入r(t)随机变化； 分析设计重点：系统跟踪的快速性，准确性； 如：炮打飞行物，飞行物的轨迹是不确定的。 3、程序控制系统 系统任务：c(t)=r(t) ，r(t)按预定时间函数变化 如控制温度按一定的规律变化，变化规律是已知的，这与随动系统不同。数控机床进给系统 可以是开环系统，也可以是闭环系统 1.3自动控制系统的研究内容及基本要求 一、控制系统的研究内容 系统的数学模型：找出各变量之间的关系 ； 系统分析：系统已定，已知输入求输出（或响应），并通过输出来研究系统本身的有关问题； 最优设计：输入已知，确定系统，使输出尽可能符合给定的最佳要求； 系统辨识：当输入、输出已知时，求出系统的结构与参数，即建立系统的数学模型。 最优控制：系统已定，确定使系统输出尽可能符合给定最佳要求的输入； 二、对控制系统的基本要求 1、系统的稳定性（“稳”） 指系统抵抗动态过程振荡倾向和系统能够恢复平衡状态的能力。是控制系统的最基本要求。 2、响应的快速性（“快”） 这是在系统稳定的前提下提出的，快速性是指当系统输出量与给定输入量之间产生偏差时，消除这种偏差的快速程度。用动态性能指标来衡量。 3、响应的准确性（“准”） 是指在调整过程结束后，输出量与给定输入量之间的偏差程度。用稳态误差来衡量。 1.4自动控制理论的发展概况 自动控制理论按其发展过程，可分为经典控制理论和现代控制理论两大部分。 经典控制理论发展过程： 1769年，瓦特发明的蒸汽机调速器——飞球调速器，首次应用自动控制理论； 1868年，Maxwell根据力学原理,用常系数微分方程描述了蒸汽机离心调速器系统； 1875年,劳斯(英)提出了Routh判据； 1892年,李亚普洛夫(俄)提出了运动稳定性的一般问题。(与劳斯判据表述方式不同) 1.4自动控制理论的发展概况（续） 经典控制理论发展过程： 18