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自动控制原理重点课件(最全).doc

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第一章概述

第一节课程内容概述

一、控制理论的组成

1、经典控制论:针对单输入——单输出系统;拉氏变换;线性系统。

2、现代控制论:多输入——多输出系统;状态空间法;线性及非线性系统。

离散系统的设计、分析、系统优化、系统智能化控制。

二、授课内容

1、控制系统的工作原理、系统组成、系统分类;

2、系统数学模型的建立。包括微分方程、传递函数、频率特性。

3、系统性能分析。包括系统的稳定性分析;稳态误差分析;时间响应分析;

4、系统综合。

5、Matlab软件及其在控制系统辅助设计中的应用。

三、学习本课程的目的

1、掌握自动控制系统的工作原理。

2、建立系统动态特性的概念。

3、掌握控制系统的设计及分析的方法。

4、为后续课程打下基础。(信号与系统、传感器、精密测量等)

2012年9月11日起,共18次,单周1次课,双周2次课。

第二节控制系统的工作原理

一、系统工作原理

1、举例

(1)恒温控制系统(controlsystem)

系统如图所示

u

u

ua放大电动机减速器

转换

Δu

uuu

~

l系统组成:恒压源,热电偶,放大转换元件,

电动机,减速器,分压器,热阻丝。

电动机,减速器,分压器,热阻丝。

l系统工作过程:

+放大转换电动机

热电偶

l与人工控制的比较:

T恒温箱

分压器热阻丝

ua

人工控制:观察,比较,调节。

自动控制:检测,比较,调节。

两者工作过程相比较,不难发现,其过程都需要将当前的温度与要达到的目标温度相比较,再根据比较的结果决定调节的过程,这一过程就是反馈(feedback)过程。所以控制是基于反馈实现的。无论人工控制,还是自动控制都是如此。

自动控制系统的工作原理:系统的输出能返回系统的输入,与输入相比较,得到具有大小和方向

的偏差信号,根据偏差信号的大小和方向对系统的输出进行调节。

系统根据偏差信号的大小和方向对输出的调节,其目的是消除偏差。

(2)数控伺服系统

数控伺服系统是较典型的计算机控制系统。目前计算机控制数控伺服系统有无反馈和有反馈两种形式,其中,有反馈的又包括半闭环和全闭环。如图所示系统为全闭环系统。

位置控制单

位置控制单元

+位置控制调

+

节器

-

-

实际

位置

反馈

实际

速度电机

反馈

检测与反馈单

组成

工作过程

2、开环和闭环

(1)开环:开环控制系统信号是单一流向的,其特点

机械执行部件

速度控制单元

速度控制

调节与驱动

插补

指令

CNC

输出为:输入

输出

环节环节

特点:无检测、无反馈、系统的控制精度取决于系统组成元件的精度。系统结构简单,易维护,造价低。无稳定性问题。

(2)闭环:闭环控制系统的信号是封闭的,其特点为:

输出输入

输出

环节

+

环节

特点:有检测,有反馈,系统的控制精度高。系统结构复杂,不易维护,造价高。存在稳定性问题。

第三节系统的组成及分类

一、系统的组成

1、组成:给定元件,比较元件,检测反馈元件,放大转换元件,执行元件,控制对象,校正元件,辅助元件。

2、基本结构:

执行元件控制对象给定元件比较元件校正元件

执行元件控制对象

给定元件比较元件校正元件

检测反馈元件

二、系统的分类

1、按有无反馈分类:开环,闭环。

2、按系统组成元件分类:机械控制系统,电气控制系统,机电控制系统。

3、按输出的形式分类:恒值控制系统,伺服控制系统,程序控制系统。

第四节对控制系统的要求

一、稳定性:稳定性是反馈控制系统的首要问题,从系统的响应看,系统是否稳定,也就是说系统的输出

能否跟随系统的输入,如果能跟随系统的输入,系统是稳定的,否则系统不稳定。

StepResponse

From:U(1)

1.4

1.2

1

0.8

Y)(

Y)(1

o:

m

TA0.6

T

A

0.4

0.2

0

24601214161820810

2

4

6

0

12

14

16

18

20

Time(sec.)

二、准确性:控制精度指标。以稳态误差的大小衡量其控制精度。

三、快速性:衡量系统从一状态到另一状态所需的时间。

第二章拉普拉斯变换

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