中科大版--现代控制系统（必威体育精装版版）精品电子教案第一章第1节控制系统引论.ppt

自动控制原理 中国科学技术大学 工业自动化研究所 第一章 控制系统引论 目录 1.1 引论 1.2 自动控制简史 1.3 控制系统举例 1.4 工程设计 1.5 控制系统设计 1.6 机电系统 目录 1.7 控制系统的发展趋势 1.8 设计实例 1.9 系列设计案例：磁盘驱动器读取系统 1.10 总结 习题 练习题：E1.1、E1.5、E1.11 习题：P1.2、P1.3、P1.5、P1.8、P1.11、P1.13、P1.16、P1.24 高级习题：AP1.1 设计题：CDP1.1 1.1 引论 科学，工程 四大工程学科 Civil Engineering土木工程、建筑工程 Mechanical Engineering机械工程 Electrical Engineering电机工程 Chemical Engineering化学工程 1.1 引论 Electronic Engineering电子工程 Computer Engineering计算机工程 Automation Engineering自动化工程 自动化：机器、系统或过程在没有人或人较少的直接参与下，按照人的要求，经过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制，实现人的预期目标。自动化能够使人类从繁重、重复性的劳动中解放出来，从事更富创造性的工作。自动化是现代化的一个阶段。 1.1 引论 深度：以工业为例，小到一个电机，大到企业的加工制造系统，甚至企业的整个生产过程，都涉及自动化。 广度：武器与军事系统自动化；第二产业：工业自动化；第一产业：农业自动化；第三产业：服务业自动化（如办公自动化、娱乐自动化、交通自动化、商务自动化、金融自动化等）。涉及的系统有人造系统（如机器）、自然系统（如生命、生态），涉及的过程有生产过程、管理过程、决策过程等等。 1.1 引论 系统system依一定秩序相互联系着的一组事物（钱学森） 控制系统control system由相互连接的部件组成的系统结构，能提供期望的系统响应 线性系统理论linear system theory控制系统分析的基础 1.1 引论 一个被控部件或过程（process）可抽象表示成如下所示的方框（block）： 输出Output 输入Input 过程 被控过程 Process to be controlled 简单的一个电阻，阻值为R，即为被控过程。 1、输入选取电位V2，输出选取电位V1。 2、输入选取电位V2，输出选取电流i。 3、输入选取电位差V2 - V1 ，输出选取电流i。 思考题：还有那些选取方案？ 电阻－电感－电容（RLC）电路为被控过程。 选取电流r(t)为输入信号，电容两端电压V(t)为 输出信号，输入、输出之间的关系可抽象为数 学模型： 球-摆杆构成被 控过程。 输入为手的运 动u(t)，输出 为摆杆偏离铅 垂线角度θ。 期望的输出角 度为θ＝0 ° 手动控制 1.1 引论 开环控制系统open-loop control system采用执行元件直接控制一个过程，没有使用反馈 期望输出响应 执行元件 输出 开环控制系统 (没有反馈) 控制器 过程 1.1 绪论 闭环控制系统closed-loop control system使用测量元件测量系统的输出信号，并将输出信号反馈回去，与期望输出信号（参考信号或指令信号）进行比较，得到偏差信号，采用偏差信号计算控制器输出的控制信号 反馈feedback 期望输出desired output 、参考信号reference、指令信号command 1.1 引论 简单的闭环反馈控制系统如下所示: 控制器 期望输出 偏差 反馈 执行元件 过程 实际输出 传感器 测量输出 闭环反馈控制系统 (有反馈) 方框图block diagram 设输入电压 为正 偏差电压 削弱了净输入电压（偏差电压）——负反馈 uo RF ui R2 R1 + – + + ? – ? + – RL ? ? ? + – uf + – ud