自动控制原理1教学课件.ppt

1.定值控制系统（r(t) = const.） 定值控制系统分析与设计的重点就在于系统的抗扰性能，研究各种扰动对输出的影响及抗扰的措施。 三、定值控制系统、随动系统和程序控制系统 例如：室温控制系统、直流电机转速控制系统。 输入信号是恒值，要求被控变量保持相对应的数值不变； 随动系统的输入信号是预先未知的随时间任意变化的函数，要求输出量以一定的精度和速度跟随输入量的变化而变化。 随动控制系统的分析与设计重点就在于系统的跟随性能——快速准确地复现输入信号。此时，扰动的影响是次要的。 在随动系统中，如果输出量是机械位置或其导数时，这类系统称之为伺服系统。 例如：火炮随动系统、雷达天线控制系统 。 2.随动系统（r(t) 不可预测） 3.程序控制系统（r(t) 变化事先已知） 要求被控变量也按相应的规律随输入信号变化，误差不超过规定值。 输入信号是按已知的规律（事先规定的程序）变化； 例如：热处理炉的温控系统、机床的数码加工系统和仿形控制系统。 四、连续控制系统和离散控制系统 将自动控制系统中随时间变化的物理量统称为信号。 按照时间函数取值的连续性与离散性可将信号划分为连续时间信号与离散时间信号（简称为连续信号与离散信号）。 除了时间上的连续与离散外，信号的幅值也可以是连续或离散的（只能取某些规定的值）。 若在所讨论的时间间隔内，除若干个不连续的点外，对于任意时间值都有确定的函数值，此信号就称为连续信号。 对于连续信号，若幅值也是连续的，则称为模拟信号。 控制系统中各部分的信号都是时间的连续函数，则该系统为连续控制系统。 连续控制系统常用微分方程来描述。 1.连续控制系统 离散信号在时间上是离散的，只在规定的瞬时给出函数值，在其他时间没有定义。 对于离散信号，若幅值是连续的，则称为采样信号；若幅值是离散的，则称为数字信号。 在自动控制系统中，采样信号都是在连续信号的基础上经过采样后得到的，对采样信号进行量化处理，就可以得到适于计算机控制的数字信号。 在控制系统各部分的信号中只要有一个是时间的离散信号，该系统就是离散控制系统。 离散系统则采用差分方程来描述。 2.离散控制系统 五、定常系统和时变系统 如果系统的参数不随时间而变化，则称此类系统为定常系统（或称为时不变系统）；在同样的起始状态下，系统的输出（响应）与输入信号作用于系统的时刻无关。 若系统的参数随时间改变，则称为时变系统。系统的输出与输入信号作用于系统的时刻有关。 六、单输入单输出系统与多输入多输出系统 单输入单输出系统(SISO)也称为单变量系统，系统的输入量与输出量各为一个。 1.单输入单输出系统 多输入多输出系统(MIMO)也称为多变量系统，系统的输入量与输出量多于一个。 2.多输入多输出系统 集中参数系统和分布参数系统 确定性系统和不确定性系统 有静差和无静差系统等等 七、其他分类方法 在给定或扰动的作用下，输出要跟踪复现输入信号有一个时间过程，称为过渡过程（或称暂态过程、动态过程、动态响应）。 1.4 对自动控制系统的基本要求 系统要能正常的工作，过渡过程应趋于一个平衡状态，即系统的输出应收敛于与输入信号相对应的期望值（或期望的曲线上）。当过渡过程结束后，系统输出量复现输入信号的过程，称为稳态过程（或称稳态响应）。 对控制系统性能的基本要求即体现在这两个过程之中，系统的性能指标通常也分为动态性能指标与稳态性能指标。 在工程应用中，常常从稳定性、快速性和准确性三方面来评价控制系统的总体性能。 稳定性是保证控制系统正常工作的先决条件。一个稳定的控制系统，其被控量偏离期望值的初始偏差应随时间的增长逐渐减小并趋于零。因此，稳定性是指控制系统偏离平衡状态后，自动恢复到平衡状态的能力。 一、稳定性 ① ② O t r(t) c(t) 图1－10 被控量变化的动态特性 快即指过渡过程的快速性。若过渡过程持续的时间很长，将使系统长时间处于大偏差的情况，会降低系统的工作效率；同时也说明系统响应很迟钝，难以跟踪复现快速变化的信号。 二 、快速性 t c(t) r(t) O ② ① 图1－11 被控量变化的动态特性 三、准确性 对于一个稳定的系统而言，当瞬态过程结束后，系统被控量的实际值与期望值之差称为稳态误差，它是衡量系统稳态精度的重要指标。 通常希望系统的稳态误差尽可能地小，即希望系统具有较高的控制准确度或控制精度 。 恒值控制系统对稳与准的要求较高，随动系统则对快速性要求较高。 对于同一系统，稳、快、准是相互制约的。提高快速性，可能会影响过渡过程的平稳性；改善平稳性，可能会导致快速性下降；提高稳态精度，可能会导致稳定性下降。 注意：不同的控制系统对稳、快、准的要求是不同的。 如何通过系统参数的合理调整、选择适合的控制方式与控制器