自动控制理论课件：1第一章 引论.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 连续系统与离散系统 连续系统：各部分的输入和输出信号都是连续变化的模拟量，可用微分方程来描述各部分输入-输出关系的系统 离散系统：某一处或多处的信号以脉冲序列或数码形式传递的系统。 离散系统也有线性离散系统和非线性离散系统、定常离散系统和时变离散系统之分。 第二节 自动控制系统的类型 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, Single Input Single Output) 只有一个输入量和一个输出量的控制系统，也称为单变量系统。如直流电机调速系统 多输入－多输出系统（MIMO, Multiple Inputs Multiple Outputs) 有多个输入量和多个输出量的控制系统，也称为多变量系统 第二节 自动控制系统的类型 确定系统与不确定系统 确定系统 若系统的结构和参数是确定的、预先可知的，系统的输入信号（包括给定输入和扰动）也是确定的，则可用解析式或图表确切地表示，这种系统称为确定系统。 不确定系统 系统本身的结构和参数不确定或作用于系统的输入信号不确定时，则称这种系统为不确定系统。 第二节 自动控制系统的类型 集中参数系统和分布参数系统 集中参数系统 能用常微分方程描述的系统 分布参数系统 不能用常微分方程而必须用偏微分方程描述的系统 第二节 自动控制系统的类型 本课程中涉及的内容主要是单变量、集中参数、线性、定常、连续系统，简称线性定常系统。同时对非线性系统及线性离散系统也作必要的阐述（第七章、第八章）。 第二节 自动控制系统的类型 自动控制系统需分析的问题 1．闭环系统的稳定性 稳定是任何一个自动控制系统能否实际应用的必要条件。 给出判断系统稳定性的基本方法，并阐述系统的稳定性与系统结构（或称控制规律）及系统参数间的关系。 第三节 自动控制理论概要 2. 稳态特性分析 系统稳态特性表征了系统实际稳态值与希望稳态值之间的差值，即稳态误差，表征了控制系统的控制精度。给出计算系统稳态误差的方法，指出系统结构和参数对稳态特性的影响。 自动控制系统需分析的问题 第三节 自动控制理论概要 3．暂态特性分析 系统的输入一定时，一般将由初始稳态向终止稳态过渡。初始稳态与终止稳态之间的过渡过程称为系统的暂态过程。分析系统结构、参数与动态特性的关系，并给出计算系统动态性能指标的方法和讨论改善系统动态性能的途径。 自动控制系统需分析的问题 第三节 自动控制理论概要 第三节 自动控制理论概要 自动控制系统是指由控制装置与被控对象组成 1.被控对象：（要求实现自动控制的机器设备或生产过程） 2.被控制量：（指被控制系统所要控制的物理量，一般指系统的输出量） 3.给定值：（根据生产要求，被控制量需要达到的数值） 4.扰动：（破坏控制量与被控制量之间正常函数关系的因素，称为系统的扰动。如扰动来自外部，叫做外扰，如果扰动来自内部，如系统中各元件参数的变化，称为内扰） 给定值和扰动通称为输入量。 5.控制装置：（能够对被控对象起控制作用的设备总称） 自动控制系统的构成 自动控制系统的设计与综合 设计一个系统比分析一个系统复杂，需要控制理论知识，熟悉控制元件、控制规律，还要将理论与实际问题结合起来。 为满足暂态性能和稳态性能指标的要求，需要改变系统的某些参数或附加某种装置，称为控制系统的校正。 应用自动控制理论对自动控制系统进行设计与综合的过程如下： 第三节 自动控制理论概要 设计控制器——确定出一种合适的控制规律及相应的参数； 根据设计结果，对系统性能进行分析； 若结果不能令人满意，应能指明改善系统性能的途径，并调整设计方案或参数。 自动控制系统的设计与综合 第三节 自动控制理论概要 第三节 自动控制理论概要 自动控制理论的内容与自动控制系统需要研究的问题密切相关。 本课程 以闭环控制系统为研究对象 用传递函数数学模型描述自动控制系统的输入－输出关系 用经典控制理论的方法分析和设计系统 主要研究线性定常系统 1.经典控制理论 40~50年代形成 适用于SISO（单输入－单输出）系统 目标：输入输出变量之间的关系，反馈控制系统的稳定 基本方法：传递函数，频率法，PID调节器 (频域) 代表人物；维纳（1948），钱学森（1954） 2.现代控制理论 60~70年代形成