《自动控制原理课件第一章控制系统的一般概念》课件.ppt

1 按输入量的特征分类 恒值控制系统： 系统输入量为恒定值。控制任务是保证在任何扰动作用下系统的输出量为恒值。如：恒温箱控制、电网电压、频率控制等。 程序控制系统：输入量的变化规律预先确知，输入装置根据输入的变化规律，发出控制指令，使被控对象指令程序的要求而运动。如：数控加工系统 随动系统（伺服系统）： 输入量的变化规律不能预先确知，其控制要求是输出量迅速、平稳地跟随输入量的变化，并能排除各种干扰因素的影响，准确地复现输入信号的变化规律。如：仿形加工系统、火炮自动瞄准系统等。 2 线性系统和非线性系统 线性控制系统：由线性元件组成，输入输出问由线性元件组成，输入输出间具有叠加性和均匀性性质。 用线性微分方程表述 非线性控制系统：系统中有非线性元件，输入输出间不具有叠加性和均匀性性质。 用非线性微分方程来表述。 方程系数与时间的关系定常、时变 §4 控制系统的组成与对控制系统的基本要求 一.组成与术语 组成: 1.执行元件 2.放大元件 3.测量元件 4.补偿元件 5.比较元件 术语: 参考输入 主反馈 偏差 控制量 扰动 输出 典型功能框图 二 控制系统的基本要求 稳定性 准确性（稳态精度） 快速性与平稳性（动态性能） 1 稳定性 一个处于静止或平衡工作状态的系统，当收到激励时，就可能偏离原平衡状态；当激励消失后，经过一段暂态过程，系统能恢复到原平衡状态时，则系统称为稳定的。 对一个能正常工作的线性系统来说，在动态过程中，可以允许产生振荡现象，但其振幅度必须是逐渐衰减的，即系统的被控变量在围绕其平衡位置振荡若干次后，应能稳定到平衡位置，这种系统称为稳定系统。 稳定性是控制系统正常工作的先决条件。 控制系统稳定性由系统结构所决定，与外界因素无关。 稳定性由控制系统内部储能元件的能量不可能突变所产生的惯性滞后作用所导致。 2 准确性 系统的准确性又可称为系统的稳态精度，它可用系统的稳态误差来表征。 系统的稳态误差可定义为控制系统响应的稳态值与其希望值之差。 3快速性与平稳性 输出量和输入量产生偏差时，系统消除这种偏差的快慢程度。表征系统的动态性能。 4 灵敏度 系统中元件参数的改变对系统响应的影响，可以用灵敏度来表示。 5 抗干扰性 系统的抗干扰性，直接与系统的稳态精度有关，是衡量控制系统品质的一个重要参数。 稳健性（Robustness，鲁棒性） 上述的4 和5两个指标结合起来，称为系统的稳健性指标。 一个控制系统，如果具有低的灵敏度和良好的抗干扰性，则我们称为系统是稳健的（Robust,鲁棒）。 注意： 1 不同性质的控制系统，对稳定性、精确性和快速性要求各有侧重； 2 系统的稳定性、精确性、快速性相互制约，应根据实际需求合理选择。 C(?) C(t) 2? t 0 Y(t) t 0 1(t) 超调量 调整时间 振荡次数 上升时间 峰值时间 §5 自动控制系统的研究方法 自动控制研究的三个基本问题： 建立数学模型 系统性能分析 控制器设计 分析： 在给定系统的条件下，将物理系统抽象成数学模型， 然后用已经成熟的数学方法和先进的计算工具来定性或定量地对系统进行动、静态的性能分析。 综合： 在已知被控对象和合定性能指标的前提下，寻求控制规律，建立一个能使被控对象满足性能要求的系统。 授课内容 自动控制概述 系统的数学模型 控制系统的时域分析法 根轨迹法 频率特性法 现代控制理论 谢谢！ 第一章 控制系统的一般概念§1 引言 一.控制系统的发展史 前期控制(1400 BC--1900) 工业机器 经典控制(1935 --1950) 空间技术 现代控制(1950 --Now) 控制理论 前期控制(1400 BC--1900) 中国，埃及和巴比伦出现自动计时漏壶 (1400 BC--1100BC)； 希腊Philon发明了采用浮球调节器来保持燃油液面高度的油灯（BC250）； 中国张衡发明水运浑象，研制出自动测量地震的候风地动仪（132）； 中国马钧研制出用齿轮传动的自动指示方向的向的指南车 (235年)； 中国明代宋应星所著《天工开物》记载有程序控制思想的提花织机结构图（1637）； 英国 J. Watt用离心式调速器控制蒸汽机的速度 (1788年)。 经典控制（ 1935--1950） 美国 N. Minorsky 研制出用于船舶驾驶的伺服结构，提出PID控制方法