K-01-36.1-6.3自动控制R1.pptVIP

自动控制原理,自动控制,自动控制理论 1.自动控制理论应用的广泛性. 2. 控制方式 3.自动控制系统的基本要求 4.系统常用的分类方法及分类，各类系统的含义和信息特征 5.飞机系统应用举例,自动控制理论应用的广泛性,自动控制理论应用的广泛性,广泛性.,广泛性,广泛性,广泛性,由此可见:自动控制理论现在已经得到了广泛的应用!,控制方式,自动控制理论的基本控制方式 开环 闭环 复合,开环控制,开环控制,开环控制,举例： 两种调速电机 1，无反馈,开环控制,调速电机,开环控制,控制器,被控对象,开环控制,开环控制的特点,闭环控制,闭环控制,闭环控制,举例： 两种调速电机 2，有反馈,例：直流电动机调速系统,闭环控制,闭环控制,特点,基本控制方式,实际上，开环系统和闭环系统各有优缺点，一个控制系统中开环闭环系统同时存在。,（三）开环控制系统与闭环控制系统的主要区别 1、信号传输通道的差别 ： 开环控制系统：只有正向传输通道， 闭环控制系统：有正向通道和反馈通道。 2、系统结构的差别： 开环控制系统：有给定环节 闭环控制系统：有给定环节、比较环节、检 测环节。 3、控制方式的差别: 开环控制系统：有偏差靠人工控制 闭环控制系统：对被控对象进行自动控制。,2、系统中各基本环节的作用 （1）被控对象 ：指要进行控制的设备或过程。 （2）检测装置：用来检测被控量，并将其转换成与 给定量同一物理量。 （3）给定环节：是设定被控量给定值的装置。 （4）比较环节 ：将检测的被控量和给定值进行比较， 确定两者之间的偏差。 （5）控制装置 ：根据得到的误差信号，发出相应的 控制信号。 （6）执 行 器：直接作用于被控对象，使被控量达 到所要求的数值。,基本控制方式,通过上面的学习我们可以看到自动控制系统的性能，在很大程度上取决于系统中的控制器为了产生控制作用而必须接收的信息，这个信息有两个可能的来源： 1）来自系统外部，即由系统输入端输入的参考输入信号。 2）来自被控对象的输出端，即反映被控对象的行为或状态的信息。,基本控制方式,把从被控对象输出端获得的信息通过中间环节（称为反馈环节）再送回控制器的输入端的过程，称为反馈。传送反馈信息的载体，称为反馈信号。是否采用反馈，对控制系统的各个指标（即稳定性、快速性、准确性）影响很大。因此系统的基本控制方式是按有无反馈分为三大类：开环控制、闭环控制、复合控制。,基本控制方式,闭环控制系统,自动控制的基本要求,几个基本概念 （1）系统。 （2）自动控制系统 （3）控制装置 （4）被控对象,自动控制的基本要求,数学模型,为何要建立控制系统的数学模型？,动态方程例: R-L-C串联网络的数学模型,问题：求输入u(t)与输出uc(t)之间的关系。,输入输出模型:,设单输入单输出线性定常系统:,u(t) 输入量 y(t) 输出量 在零初始条件下:,拉氏变换:,传递函数:,n个,m个,nm,方框图,输入输出模式 参数模型,Y(s)=G(s)U(s),典型环节的传递函数,比例环节 惯性环节（一阶） 荡环节振（二阶） 积分环节 领先滞后环节 延时环节,K,e -s,非线性环节的处理,惯性环节,惯性环节,输入输出特性,5、振荡环节,例：,（复阻抗法）,振荡环节的单位阶跃响应（K=1, T=1）,传递函数G(s)的拉氏反变换是系统的单位脉冲响应；,关于传递函数的几点说明,是复变量s的有理真分式函数； 只取决于系统或元件的结构和参数，与输入量无关；,适用于线性定常系统,反映系统的零状态响应；,无零极相消时传递函数是系统的一种完全描述。,与微分方程可相互转换；,控制系统的基本要求 1、稳定性；2、快速性；3、准确性 暂态过程的分析 1、单调过程 2、衰减振荡过程 3、持续振荡过程 4、发散振荡过程,2、衰减振荡过程,3、持续振荡过程,4、发散振荡过程,发散振荡过程,给定量突变时输出量的变化 负载突变时输出量的变化,自动控制系统的基本要求,稳定性,快速性,快速性,准确性,准确性,自动控制原理的其他分类方式,最优控制 随动控制系统 程序控制系统,最优控制,特性速度,随动控制系统,随动控制系统,A/THR的速度保持功能,程序控制系统,程序控制系统,按系统特性分类,线性系统 非线性系统,按系统信号形式分类,连续控制系统 离散控制系统,连续控制系统,连续控制系统,离散控制系统,离散控制系统,举例 AFCS的组成作用和基本作用原理,AFCS的组成作用和基本作用原理,自动驾驶仪的工作回路(舵回路的组成) 自动飞行的原理,自动驾驶仪的工作回路,同步回路：使A/P衔接前的输出信号为零； 舵回路：为改善舵机性能，引入了反馈，形成舵回路，舵回路的目的是改善舵机性能；如果敏感元件是测量飞机姿态的元件，那么该元件与舵回路就组成A/P。A/P输出的信号是操纵面的偏转角指令。 稳定回路：控制和稳定飞机的姿态角运动，如俯仰、倾斜和航向姿态； 控制回路（制导回路）：控制飞机质心的轨迹运动，如：高度、侧向航迹和飞行速度。,A/P的工作回路-同步回路,工作原理： 自动驾驶仪衔接前，进入系统的不平衡信号经一个积分环节反馈到系统的输入端，与进入系统的不平衡信号综合，从而保证系统输出为零。,A/P的工作回路-稳定回路,工作原理： 飞机姿态变化后，由IRU输出到FCC，FCC计算并产生自动驾驶仪的伺服指令，该指令经由作动筒（伺服机构）组成的舵回路转变为机械位移指令输出至操纵面，通过操纵面的偏转改变飞机的姿态，使飞机回到目标姿态值。,A/P的工作回路-控制回路(制导回路),控制和稳定飞机轨迹的工作原理： 飞机轨迹变化后，由制导装置感受轨迹的变化量并计算姿态目标值，该姿态目标值输出到FCC，FCC计算并产生自动驾驶仪的伺服指令，该指令经由作动筒（伺服机构）组成的舵回路转变为机械位移指令输出至操纵面，通过操纵面的偏转改变飞机的姿态，进而使飞机轨迹发生变化，使飞机回到目标轨迹值。,自动飞行的原理,飞机偏离原始状态，敏感元件感受到偏离方向和大小，并输出相应信号，经放大、计算处理，操纵执行机构（称为舵机），使控制面（例如升降舵面）相应偏转。当飞机回到原始状态时，敏感元件输出信号为零，舵机以及与其相连的舵面也回原位，飞机重新按原来状态飞行。,A/P的结构类型和系统工作原理,A/P的控制规律通常分为三种： 比例式自动驾驶的控制规律 积分式自动驾驶的控制规律 均衡式反馈自动驾驶仪（比例加积分控制律的自动驾驶仪）,比例式自动驾驶仪,以俯仰通道为例，升降舵偏角增量与飞机俯仰角偏差成比例的自动控制器称为比例式自动驾驶仪。 e=L（ - g）（产生控制力矩）,比例式自动驾驶仪（续）,工作原理： 设飞机处于等速水平直线飞行状态。受某干扰后，出现俯仰角偏差=-0 （0为初始俯仰角，假设为零）。垂直陀螺仪测出偏差角，输出与成比例的电压信号，假设外加控制信号为0，则经综合装置加到舵回路，舵回路的输出驱动升降舵偏转e ，产生的气动力矩使角逐渐减小。适当选择参数L ，可保证0时， e也0 。 L 传递系数,比例式自动驾驶仪（续）,如果存在常值力矩干扰Mf，飞机稳定后必然存在一个e抵消Mf的影响，所以会产生一个姿态角静差。由控制规律可以得到姿态角静差的大小为： 上式表明： 有干扰力矩Mf，俯仰角增量与要求的控制增量g不再一致，出现的误差(-g)与干扰力矩Mf成正比，与传递系数L成反比。增大L可减小这一误差。,比例式自动驾驶仪（续）,一阶微分信号在比例式控制规律中的作用：（产生阻尼力矩） 可见： 仅增大L：快速性好，系统震荡增强，减小系统的阻尼，系统稳定性变差，系统的稳态误差减小。 仅增大 ：增大系统的阻尼，减弱系统震荡，系统快速性变差，系统的稳定性变好。,积分式自动驾驶仪,去掉硬反馈，保留速度反馈 ，使舵的偏转角速度与俯仰角的偏差成正比，则系统工作在稳定状态时，舵偏角与俯仰角偏离值的积分成比例。 这种自动驾驶仪称为积分式自动驾驶仪。是舵回路速度反馈造成这种积分关系，故也称速度反馈（软反馈）式自动驾驶仪。 积分式A/P的优点是：可消除在常值力矩干扰下产生的静差。 (无静差式),积分式自动驾驶仪（续）,第一项的作用：产生控制力矩消除稳态误差； 第二项的作用：产生控制力矩纠正姿态偏差；另一种积分式A/P：比例式A/P+角偏差积分信号。 在受到常值力矩干扰时，无姿态角静差。,比例式自动驾驶仪 舵面位置反馈硬反馈 升降舵偏角增量与飞机俯仰角偏差成比例 积分式自动驾驶仪 速度反馈软反馈 舵的偏转角速度与俯仰角的偏差成正比， 舵偏角与俯仰角偏离值的积分成比例,均衡式反馈自动驾驶仪,均衡式反馈自动