自动控制系统的一般概念.ppt

*********四.自动控制系统的基本组成*受控对象—烘烤炉；被控量—炉温；给定装置—电位器；干扰—工件、煤气压力波动、环境温度、电源电压等；测量元件—热电偶；执行机构—可逆电动机放大器电动机烘炉热电偶给定值被控量工件环境温度???－urΔuT图烘炉温度控制系统方框图放大器uauTθ工件增多（负载增大）工件减少（负载减小）第25页，共39页，星期日，2025年，2月5日1.3自动控制系统的基本类型*一.恒值、随动和程序控制系统二.线性系统和非线性系统三.连续系统和离散系统第26页，共39页，星期日，2025年，2月5日一.恒值、随动和程序控制系统*恒值控制系统的特点：系统的给定值为某个恒定不变的常数，控制目的强调的是抑制各种干扰影响，使系统的被控量尽可能保持在期望值的附近。【例1-6】水箱水位控制系统图1-11水箱水位控制系统及方框图第27页，共39页，星期日，2025年，2月5日一.恒值、随动和程序控制系统*随动控制系统的特点：系统的给定输入为一个未知的时间函数，控制目的强调的是系统的被控量快速跟随给定输入信号的变化。【例1-7】典型随动控制系统的控制过程图1-12典型随动控制系统及方框图第28页，共39页，星期日，2025年，2月5日一.恒值、随动和程序控制系统*程序控制系统的特点：系统的给定输入为一个预先知道的时间函数，控制目的是使系统的被控量按给定输入的信号变化，既要有一定的响应速度，又要有一定的精度。如电梯升降控制、数控车床和机器人控制系统。第29页，共39页，星期日，2025年，2月5日二.线性系统和非线性系统*当组成系统的各个环节输入和输出关系可以用线性微分方程（或线性差分方程）来描述时，称这种系统为线性控制系统（简称线性系统）。其特点是满足叠加原理，即同时具有叠加性和齐次性（或均匀性）。图1-13线性控制系统的叠加性和齐次性第30页，共39页，星期日，2025年，2月5日二.线性系统和非线性系统*如果组成系统的各个环节或元件的输入和输出关系至少存在一个非线性特性，则这类系统称为非线性控制系统（简称非线性系统）。非线性系统不满足叠加性和齐次性，因此也可以说，凡是不同时满足叠加性和齐次性的系统均为非线性系统。第31页，共39页，星期日，2025年，2月5日二.线性系统和非线性系统**若描述系统（环节）输入与输出关系的微分方程：线性系统线性时变系统线性定常系统方程中，输入输出函数及各阶导数皆为一次。非线性时变系统线性定常系统线性时变系统第32页，共39页，星期日，2025年，2月5日三.连续系统和离散系统*若控制系统中各部分的信号均是时间变量t的连续函数，则称为连续时间系统（简称连续系统），随时间连续变化的信号量也称为模拟量。连续系统的运动方程或特性一般用微分方程来描述。若系统中一处或多处的信号是在时间上离散的脉冲序列或数码形式，则称为离散控制系统（简称离散系统）。如果离散时间信号以脉冲序列的形式出现，称为采样控制系统；如果离散时间信号是以数字量的形式在系统中传递，称为数字控制系统（或计算机控制系统）。图1-14计算机控制系统的方框图第33页，共39页，星期日，2025年，2月5日1.4自动控制系统的基本要求*一.稳定性二.平稳性与快速性三.准确性第34页，共39页，星期日，2025年，2月5日一.稳定性*稳定性是保证控制系统能够正常工作的先决条件。当系统受到干扰的作用，正处于某一工作状态的被控量（保持在给定值）都会发生变化而偏离给定值，当干扰消失后，如果被控量最终会回到给定值或在其期望的范围内，称这种现象为系统稳定，这样的系统为稳定系统。图1-15稳定系统的输出曲线第35页，共39页，星期日，2025年，2月5日二.平稳性与快速性（动态性能）*图1-16典型系统的阶跃响应曲线在控制系统中，当扰动或给定量发生变化时，被控量随时间变化的不平衡状态称为动态。被控量随时间变化的过程称为动态过程（暂态过程、过渡过程、瞬态响应过程、控制过程）。被控量不随时间变化的平衡状态称为稳态。快速性是指动态过程进行的时间长短。平稳性反映动态过程的振荡程度。第36页，共39页，星期日，2025年，2月5日三.准确性*由于系统的结构、输入信号的形式以及摩擦、间隙等非线性因素的影响，一个稳定系统的动态过程过渡到稳态后，被控量的稳态值与给定值之间总存在误差，称为稳态误差。稳态误差是衡量系统稳态精度的重要指标。图1-17Ⅰ型系统的斜