概论--自动控制演示文稿(复习).ppt

1,自动控制原理,第一章 概论,1 自动控制与自动控制系统,2 自动控制方式,3 控制系统类型,4 闭环系统的组成及性能要求,退出,2,自动控制：在无人直接参加的情况下，利用控制装置使被控对象和过程自动地按预定规律变化的控制过程。 自动控制系统：是由控制装置和被控对象所组成，它们以某种相互依赖的的方式组合成为一个有机整体，并对被控对象进行自动控制。 控制器：对被控对象起控制作用装置的总体. 被控对象：要求实现自动控制的机器，设备或生产过程。 控制器：对被控对象起控制作用装置的总体，称做控制装置或控制器。 输出量：表现于控制对象或系统输出端，并要求实现自动控制的物理量。 输入量：作用于控制对象或系统输入端，并可使系统具有预定功能或预定输出的物理量。 扰动：所有妨碍控制量对被控量按要求进行正常控制的因素，称为干扰量或扰动量。,退出,1 自动控制与自动控制系统,3,输出不影响输入，对输出不需要测量，通常容易实现； 组成系统的元部件精度高，系统的精度才能高； 系统的稳定性不是主要问题；,开环控制：开环控制是指控制器与被控对象之间只有顺向作用 而没有反向联系的控制过程。,退出,主要特点：,控制方式：,按给定值操纵。信号由给定值至输出量单向传递。一定的给定值对应一定的输出量。系统的控制精度取决于系统事先的调整精度。对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。结构简单，成本低廉，多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合,如自动售货机，自动报警器，自动流水线等。,控制器,被控制 对象,按给定值 控制的原 理方框图,2 自动控制方式,4,按扰动补偿 。这种控制方式的原理是：利用对扰动信号的测量产生控制作用，以补偿扰动对输出量的影响。由于扰动信号经测量装置，控制器至被控对象的输出量是单向传递的，故属于开环控制方式。对于不可测扰动以及被控对象及各功能部件内部参数变化给输出量造成的影响，系统自身无法控制。因此，控制精度有限，常用于工作机械的恒速控制（如稳定刀具转速）以及电源系统的稳压，稳频控制。,退出,控制器,被控制 对象,扰动,按扰动补偿 的原理方框图,测量装置,5,输出影响输入，所以能削弱或抑制干扰； 低精度元件可组成高精度系统； 因为可能发生超调，振荡，所以稳定性很重要。,闭环控制：是指控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向 联系的控制过程。,退出,主要特点：,控制方式：,反馈控制，反馈按反馈极性的不同分成两种形式：正反馈，负反馈。我们所讲述的反馈系统如果无特殊说明，一般都指负反馈。,控制器,被控制 对象,输入量,闭环控制 典型方框图,扰动,6,3 控制系统类型,退出,自动控制系统有多种分类方法。例如，按信号传递路径，可分为开环，闭环等控制系统；按系统使用的能源可分为机械，电气，液压和气动控制系统。此外，还可以按系统的功用和性能进行分类。 按系统功用分类，主要可分为以下三类：,恒值系统：也称镇定系统。输出量以一定的精度 等于给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢，扰动可随时变化的系统称为恒值系统，在生产过程中，这类系统非常多。例如，冶金部门的恒温系统，石油部门的恒压系统等。,随动系统：输出量能以一定精度跟随给定值变化的系统称随动系统，又称为跟踪系统。这类系统的特点是系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定的时间函数。例如，火炮系统，卫星控制系统等。,程序控制系统：自动控制系统的被控制量如果是根据预先编好的程序进行控制的系统称程序控制系。例如，炼钢炉中的微机控制系统，洲际弹道导弹的程序控制系统等。,7,退出,按系统性能分类，主要可分为以下三类：,定常系统和时变系统：控制系统的参数如果在工作过程中不随时间而变化，那么这类系统称为定常系统。如果系统在工作期间其参数变化不能忽略其对系统工作的影响，则这种系统成为时变系统。不包括非线性的时变系统称为线性时变系统。线性系统的特点，可以应用叠加原理。用非线性方程描述的时变系统成为非线性时变系统。,连续系统和断续系统：如果系统中传递的信号都是时间的连续函数，则称为连续系统，系统中只要有一个传递的信号是时间上断续的信号，则称为断续系统，或采样系统,或离散系统。例如，图1-1和图1-2所示的系统一般可认为是连续系统，而计算机控制系统一定是断续系统。,有差和无差系统：若系统在给定输入量或扰动输入量的作用下，存在稳态误差则称为有差系统；不存在稳态误差的系统，则称为无差系统。,8,4 闭环系统的组成及性能要求,退出,闭环系统举例:,电压电流 放大,电机 放大,执行 电机,减速器,被控 对象,反馈元件,1 恒值系统,比较 元件,放大 元件,执行 元件,9,退出,闭环系统举例:,自整 角机,电机 放大机,执行 电机,减速器,发射架,反馈元件,2 恒值系统,比较 元件,放大 元件,执行 元件,放大器及 串联校正,被控 对象,10,退出,闭环系统举例:,放大 整形,计算机,D/A,SCR,电阻炉,反馈元件,3 恒值系统,比较 元件,放大整形电路,功率放大器,A/D,被控 对象,测量 元件,80C196 单片机,11,退出,闭环系统的组成 :,由上述举例表明，尽管控制系统不同，复杂各异，但基本组成是类同的，即闭环系统的基本组成为：(1)比较元件；(2)放大元件；(3)执行元件；(4)校正元件；(5)被控对象；(6)测量元件。,放大 整形,串联 校正,变换 放大,执行 元件,被控 对象,测量元件,并联校正,-,-,12,退出,对控制系统的一般要求,为了实现自动控制的基本任务，必须对系统在控制过程中表现出来的行为提出要求。对控制系统的基本要求，通常是通过系统对特定输入信号的响应来满足的。例如，用单位阶跃信号的过渡过程及稳态的一些特征值来表示。,稳定性 被控制信号能跟踪已变化的输入信号，从一种状态到另一种状态，如果能做到，我们就认为该系统是稳定的，这是对反馈控制系统提出的最基本要求。 精度要求 以输入阶跃信号为例，单位阶跃响应如图1-7所示。精度要求一般以稳态误差表示，既实际输出C（t）与期望值之差是否进入允许误差区, . 超调量 它是说明系统阻尼性即振荡性的，阻尼大则振荡小。对于稳定系统而言，第一次超调量为输出最大超调量，取其为性能指标之一，即：,13,退出,过度