自控课件讲解材料.ppt

自动控制原理 ;本课程主要内容;第一章 绪论; 1769年，瓦特发明蒸汽机 当蒸汽温度等参数发生变化时，汽轮机的转速会发生改变。就需要人不断地调节蒸汽阀门才能保持蒸汽机的速度稳定，蒸汽机的应用受到调速精度的限制。 1788年，瓦特发明飞球调节器 解决蒸汽机的速度控制问题。 汽轮机的转速控制：汽轮机转速高于或低于额定转速时，自动关小或开大主汽阀门，自动维持汽轮机的转速为额定值。;补图1.1 Watt 飞球离心调节器;第一节 人工控制与自动控制;;;自动控制：在人不直接参与的情况下，利用外加的设备或装置使整个生产过程的某个工作状态或使其某个参数按照预定的规律或要求变化。 自动控制系统：由被控对象和自动控制装置按一定的方式连接起来，完成给定的自动控制任务的动力学系统。 即具有自动控制功能的系统;第二节 热工过程自动控制;第三节 自动控制的基本概念;被控量、给定值、控制量、偏差量 被控对象、系统、扰动;被控量、给定值、控制量、偏差量 被控对象、系统、扰动;第四节 典型输入信号及其拉氏变换;1. 脉冲信号;2. 阶跃信号;3. 斜坡信号;4. 指数信号;5. 正弦信号和余弦信号;第五节 自动控制系统的构成;1. 测量元件 2. 整定元件 3. 比较器 4. 放大器和控制器 5. 执行器;第六节 自动控制的基本方式;;;;第七节 控制系统的分类;;第八节 对控制系统的基本要求;;一. 控制系统的性能分析;二. 控制系统的设计步骤 （1）。 （2）。 （3）。 （4）。 （5）。;本章小结： （1）掌握自动控制系统的概念。 （2）了解开环和闭环控制系统的不同特点。 （3）掌握控制系统中的典型输入信号。 （4）了解控制系统的分类。 （5）掌握对控制系统的基本要求。;第二章 控制系统的数学模型;第一节 微分方程;一、关于数学模型;二、建立系统微分方程;;三、微分方程的实例;;;四、微分方程的一般形式;第二节 传递函数;;对其两边进行拉氏变换：;一、 传递函数的定义;在零初始条件下，即：;在零初始条件下为0;进行拉普拉斯变换，得到：;比较： 微分方程中，输入变量和输出变量都是时间t的函数，微分方程是系统???性在时间域的描述方法；传递函数是以复变量s为自变量的，是复变函数，具有复变函数的各种性质。;;;传递函数规范的表示方法：（三种）;(3)零极点形式;二、传递函数的几点说明;三、用等效阻抗求电路的传递函数; Z(s)为电路的阻抗。 对于不同的元件，有不同的阻抗。 电阻的阻抗为：R； R为电阻。 电感的阻抗为：Ls； L为电感。 电容的阻抗为1/Cs；C为电容量。;;;;;;第三节 控制系统的方框图;以17页的RC网络为例解释方框图中信号的关系： 以电流 i 作为中间变量。;补图：RC网络动态结构图;一、方框图的基本元素 1.方框 2.信号线 3.相加点 4.分支点;二、控制系统的方框图表示;三、有关概念及术语;闭环传递函数：;误差传递函数：;;第四节 典型环节的动态特性;一、 比例环节 定义：在输入信号的作用下，输出信号与输入信号成比例变化的环节。 特点： 输入输出量成比例，无失真和时间延迟。 实例：电子放大器，齿轮，电阻（电位器），感应式变送器等。;如果输入信号是阶跃函数，输出信号也是一个阶跃函数，不存在惯性，所以比例环节又称为无惯性环节。 ;已知G(s)，R(s)或者r(t), 怎样求y(t)?;二、 积分环节;积分环节的阶跃响应曲线: ;;三、 理想微分环节;;;四、 一阶惯性环节;;;五、 实际微分环节;;;六、 二阶振荡环节;;对于RLC网络系统，输入信号为电压，是二阶系统。 根据基尔霍夫定律写出原始方程： 对于每个元件：;七、 迟延环节;;第五节 热工控制对象;;;;第六节 控制器的基本控制规律;;一、PID控制的基本控制作用 控制器的控制作用： 在尽可能短的时间内使偏差量趋于零，使被控量跟踪上参考输入量，且动态过程需要满足一定的指标要求。;（1）、比例作用 动态方程： 传递函数： 特点： （1）作用快 （2）有静差;（2）、积分作用 动态方程： 传递函数： 特点： （1）作用慢；从0开式积分的。 （2）无静差：输出变化率和偏差成正比，只要有偏差存在，输出调节信号就不断变化，执行器就不断动作，直到把偏差信号消除。;（3）、微分作用 动态方程： 传递函数： 特点： 输出快。 根据偏差的变化率进行调节的。有时尽