自动控制的一般概念.ppt

第1章 自动控制的一般概念,本章主要内容及重点 自动控制的基本原理 自动控制系统示例 自动控制系统分类 对自动控制系统的基本要求,本章主要内容,本章介绍了自动控制理论的应用领域、发展过程和分类。通过一些控制系统实例讨论了手动控制、自动控制、自动控制系统的工作原理、方框图、系统分类等相关基本概念。最后介绍了本课程将要介绍的主要内容，以利于读者从总体上把握本课程的相关知识。,本章重点,要求掌握手动控制与自动控制、自动控制系统及其工作原理与组成、方框图、开环控制与闭环控制、系统输入量与输出量的相关基本概念。了解本课程将要学习的内容。,课程的性质和特点,自动控制是一门技术学科，从方法论的角度来研究系统的建立、分析与设计。 自动控制原理是本学科的技术基础课， （1）自动控制理论的基础课程 ，该课程与其它课程的关系。,（2）自动控制理论已经发展为理论严密、系统完整、逻辑性很强的一门学科。从基本反馈控制原理发展到：自适应控制、优化控制、鲁棒控制、大系统控制、智能控制,讨论的对象：因果系统 、工程系统 系统的广义性：经济、社会、工程、生物、环境、医学 课程特点：研究系统的共性问题,1-1自动控制的基本原理 人工控制与自动控制：水箱水位控制问题,水位控制工作原理,人工控制：眼、脑、手、水箱+阀门,自动控制：传感器、控制器、执行器、水箱+阀门,反馈：将输出量通过一定的方式送回到输入端，并与输入信号比较产生偏差信号过程称为反馈 负反馈：输入信号反馈信号（输出信号） 输出偏差减小 正反馈：输入信号+反馈信号 反馈控制、闭环控制 按偏差进行控制,一、反馈控制原理,龙门刨床速度控制系统,n,要求：工件加工过程中不允许刨床速度波动过大 措施：利用速度反馈对刨床速度进行自动控制 龙门刨床速度控制系统原理图,龙门刨床速度控制系统原理：（详见P3图1-2） 系统基本部件及功能： 主（拖动）电动机SM 输入：电枢端电压 ua 输出：电动机速度 n 测速发电机 TG+电位器 输入：n 输出：ut 触发器CF+晶闸管整流器 KZ 输入：uk 输出： ua,给定电位器 输出： uo 放大器 FD 输入： 工作原理： 设 直流电动机SM的励磁恒定、外部负载 M t 系统方框图,二、反馈控制系统的基本组成,反馈控制系统：被控对象、控制装置 控制装置：由具有一定职能的各种基本元件（部件）组成。 测量元件、给定元件、比较元件 放大元件、执行元件、校正元件,一些基本概念,前向通路：从输入端沿箭头方向到输出端的传输通路 主反馈通路：输出经过测量元件到达输入端的通路 主回路：前向通路+主反馈通路 内回路：局部前向通路+局部反馈通路 单回路系统、多回路系统 反馈控制系统受到的外部作用 参考（有用）输入：决定系统被控量的变化规律 扰动：系统外部扰动、系统内部扰动,自动控制系统的基本控制方式,反馈控制方式 ：按偏差进行控制，较高的动静态控制性能；结构、线路复杂，系统分析与设计较复杂。 开环控制（顺序控制）：系统输出量对系统的输入量不产生影响，结构简单、调整方便、成本低 有两种方式： 按给定量控制 如龙门刨床速度控制系统将测速发电机的输出断开，调节CF的输入电压来调节电机速度 按扰动量控制 利用可测量的扰动量，产生补偿作用,复合控制方式： （1）按偏差控制+按扰动补偿控制 （2）按偏差控制+按给定补偿控制,其它新控制方式：最优控制、预测控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。,1-2自动控制系统示例,函数记录仪 飞机-自动驾驶仪系统 电阻炉微机温度控制系统 飞行模拟器的视景系统,1-3自动控制系统分类,分类方法 按控制方式：开环控制、闭环控制、复合控制 按元件类型：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统等。 按系统功能：温度、压力、位置 按系统性能：线性与非线性、连续与离散、定常与时变 按参考量变化规律：恒值、随动、程序控制,一、线性连续控制系统,由系数判定线性时变系统、线性定常系统 线性定常系统根据参考输入量又可分为： 恒值控制系统、随动系统、程序控制系统,系统主要特点：,（1）恒值控制系统 参考输入是个常值，要求被控量也等于常值。 外部扰动的存在，被控量偏离参考量而出现偏差，控制系统根据偏差产生控制作用，以克服扰动的影响，使被控量恢复到给定的常值。 （2）随动系统 参考输入是预先未知的随时间任意变化的函数，要求被控量以尽可能小的误差跟随参考输入量变化。,（3）程序控制系统 参考输入是按预定规律随时间变化的函数，要求被控量迅速、准确地复现。,线性定常离散系统,二、非线性控制系统,非线性系统的线性化,1-4 对自动控制系统的基本要求,1. 对自动控制系统基本要求 稳定性（稳）、快速性（快）、准确性（准） “稳”与“快”是说明系统动态（过渡过程）品质。 系统的过渡过程产生的原因 ： 系统中储能元件的能量不可能突变。 “准”是说明系统的稳态（静态）品质 稳定性 是保证控制系统正常工作的先决条件 线性控制系统的稳定性由系统本身的结构与参数所决定的，与外部条件无关。,快速性 是系统在稳定的条件下，衡量系统过渡过程的形式和快慢，通常称为“系统动态性能”。 过渡过程时间、超调量 准确