自动控制原理 教学课件 ppt 作者 潘丰 01 概论.pptVIP

江南大学物联网工程学院——自动控制原理 江南大学物联网工程学院——自动控制原理 第1章 概论 重点内容 自动控制的基本概念和原理 自动控制系统的组成和分类 对自动控制系统的基本要求 §1.1 自动控制系统的一般概念 一、自动控制的基本概念 所谓自动控制，是指在无人直接参与的情况下，利用控制装置操纵受控对象，使被控量等于给定值或按翰人信号的变化规律去变化的过程。 用来操纵受控对象的设备（校正器+放大器+执行器） 一般为各种传感器 无人直接参与：指人在远方进行远程操作（遥操作），而不是在对象跟前就地操作 。 控制装置：是控制器和检测（反馈）元件的总称。 控制对象：控制系统要进行控制的受控客体。 如冰箱、空调、洗衣机、电梯、飞机、汽车、潜艇、电厂锅炉、 酿酒过程等各种设备、机器或生产过程。 被控量：控制对象要实现的量，是表征对象特征的关键参数。 如冰箱温度、电机的转速、飞机姿态 角、船的航行轨迹 、电网的电压 、生产过程中的压力、流量 、温度 、湿度等。 自动控制系统如图1-1，几个重要的信号量如下： 二、五个重要的信号量 控制器 受控对象 检测元件 e(t) r(t) c(t) b(t) d(t) 图1 -1 自动控制示意图 目前常用的标准电信号主要有两种： 1~5V电压信号或4~20mA电流信号 5. 偏差量（误差量）e(t)：e(t)=r(t)-b(t) 1. 被控量（输出量）：表征受控对象特征的关键参数。 实际输出量 ——c(t)；理想输出量 —— c0(t)。 2. 给定量（控制量、输入量）r(t)：要求被控量达到理想 值时，所需对应的参考输入值。即： r(t) c0(t)。 3. 扰动量（干扰量）d(t)：影响被控两量变化的主要干扰因素。 4. 反馈量b(t)：检测元件的输出值。与c(t)对应且与r(t)同性质。即： b(t) c (t)。 自动控制系统 定义：由控制装置+受控对象构成的能完成自动控制任务的整体。 自动控制理论：分析与综合控制系统的理论。 负载 n 自动控制系统工作原理说明 图1.1 直流电机转速控制系统（人工控制） 人的作用 观察转速n（通过转速表）——检测 大脑反映——比较，将n与期望的n0比较 手动调节——执行，减小或消除偏差 控制任务：无论负载或电网电压如何变化，通过手动电压U0，保证电机转速不变。 受控对象——电机；被控量——电机输出转速 用方框图表示如下： RP1—给定电位器 RP2—反馈调节电位器 TG—测速发电机 检测——测速机TG 比较——差运放大器A 执行——伺服电机+调速器 A 调速器 伺服电动机 图1.4 电机转速自动控制系统。 用设备代替了人 原理框图如下： ΔU= U0- Un 执行环节 比较环节 放大器 触发整流装置 TG+RP2 ΔU 给定 电压U0 实际转速n Un 负载扰动d(t) 图1 .5 转速自动控制原理框图 电动机装置 电动机 RP1 检测环节 对象 §1.2 自动控制系统的控制方式及基本组成 控制方式 开环控制 闭环控制 复合控制 两种基本控制方式 开环控制（Open-loop Control） （1）定义：控制装置（控制器+执行器）与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系时的控制方式，称为开环控制。 （2）结构： 控制器 受控对象 r(t) c(t) d(t) 图1 .6 开环控制系统图 执行机构 （3）特点： 系统的输出量对输入量没有任何影响； 对干扰和参数变化没有补偿作用，控制精度完全取决于元件精度。 没有稳定性的问题，而且结构简单，调整方便。 对控制精度要求不高或干扰较小的场合还有一定的应用价值。如：打印机、复印机、简单生产线、自动洗衣机、自动售货机、自动打包机、步进电机，水泵，风扇等的控制。 2. 闭环控制（Closed-loop Control） （1）定义：控制装置与受控对象之间，不但有顺向作用，而且还有反向联系，即被控量对控制过程有影响时的控制方式称为闭环控制。 （2）组成：三大部分，七个环节。如下图1.7。 图1 .7 闭环自动控制系统组成框图 校正 器 执行机构 检测环节 e(t) 给定 环节 c(t) b(t) d(t) 放大器 受控对象 r(t) 控制器 给定电源部分 控制装置部分 受控对象部分 比较环节 1 2 3 4 5 6 7 说明： 用“ ”号代表比较装置。 “—”号代表信号极性为负，其余信号为正。 信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路称前向通路；系统输出量经检测装置反馈到输入端的传输通路