《自动控制原理》(第二版)第一章 自动控制原理的一般概.ppt

自动控制理论 绪论 一 本课程的性质任务特点及学习方法1 性质 电类各专业重要专业基础课 考试课 2 任务 基本概念 组成 原理 分析 设计方法 培养工程观 系统观 为学习后续课程 也为今后从事科研 工程技术工作打基础 3 特点 理论性 实践性 系统性 逻辑性 趣味性都很强 较抽象 涉及数学知识面广 难度较大 4 学习方法 理论联系实际 主观能动 系统钻研 淡化数学推导和证明 复杂的运算和计算用计算机来做 MATLAB SIMULINK仿真 二 课程内容 学时安排1 总课时88课时 其中理论课78课时2 实验课10课时 5个实验 分5次做 三 考核方法1 总成绩 平时成绩 30 期考成绩 70 2 平时成绩 作业及考勤成绩分 实验成绩分 其它加分 课堂讨论 回笿问题等 参考网站 西北工业大学 南航 教材 教学参考书 1 自动控制原理 卢京潮主编 西北工业大学出版社 2009 8 2 自动控制原理 第四版 胡寿松主编 科学出版社 2001 2 3 信号 系统与控制理论 邱德润主编北京工业出版社 2009 8 4 现代控制工程 第三版 KatsuhikoOgata著 卢伯英 于海勋等译 电子工业出版社 2000 5 5 自动控制原理导教 导学 导考 刘慧英主编 西北工业大学出版社 2003 11 第一章自动控制的一般概念 1 1引言 1 2自动控制理论发展概述 1 3自动控制和自动控制系统的基本概念 1 4自动控制系统的基本组成 1 5控制系统示例 应用领域 机械 冶金 石油 化工 电子 电力 航空 航海 航天 核反应堆等近年来扩展到交通管理 生物医学 生态环境 经济管理 社会科学和其它许多社会生活领域定义 自动控制理论是研究关于自动控制系统组成 分析和设计的一般性理论 是研究自动控制共同规律的技术科学 1 1引言 目的 学习和研究自动控制理论是为了探索自动控制系统中变量的运动规律和改变这种运动规律的可能性和途径 为建立高性能的自动控制系统提供必要的理论根据 作为现代的工程技术人员和科学工作者 都必须具备一定的自动控制理论基础知识 1 2自动控制理论发展概述 经典控制理论 19世纪初 时域法复域法 根轨迹法 频域法现代控制理论 20世纪60年代 线性系统自适应控制最优控制鲁棒控制最佳估计容错控制系统辨识集散控制大系统复杂系统智能控制理论 20世纪70年代 专家系统模糊控制神经网络遗传算法控制理论目前还在向更纵深 更广阔的领域发展 1 3自动控制和自动控制系统的基本概念 1 3 1自动控制问题的提出在许多工业生产过程或生产设备运行中 为了保证正常的工作条件 往往需要对某些物理量 如温度 压力 流量 液位 电压 位移 转速等 进行控制 使其尽量维持在某个数值附近 或使其按一定规律变化 人工控制自动控制 在无人直接参与下 任何一个控制系统 都是由被控对象和控制器两部分所组成的最常见的控制方式有三种 开环控制 闭环控制和复合控制 uf 系统的控制输入不受输出影响的控制系统称开环控制系统 在开环控制系统中 输入端与输出端之间 只有信号的前向通道而不存在由输出端到输入端的反馈通路 1 3 2开环控制系统 用方框代表系统中具有相应职能的元部件 用箭头表示元部件之间的信号及其传递方向 MC叫干扰或扰动 1 3 3闭环控制系统 反馈控制系统 把输出量的信息反馈到输入端 通过比较输入值与输出值 产生偏差信号 该偏差信号以一定的控制规律产生控制作用 逐步减小以至消除这一偏差 从而实现所要求的控制性能 特征 有反馈通道 系统输出量对系统有控制作用 形成了闭合通道 方框图中各符号的意义 元部件方框 块 图信号 物理量 及传递方向中的符号比较点引出点表示负反馈 必须指出在系统主反馈通道中 只有采用负反馈才能达到控制的目的 若采用正反馈 将使偏差越来越大 导致系统发散而无法工作 闭环系统工作的本质机理是 将系统的输出信号引回到输入端 与输入信号相比较 利用所得的偏差信号对系统进行调节 达到减小偏差或消除偏差的目的 1 3 4开环控制系统与闭环控制系统的比较 开环控制系统 结构比较简单 成本较低控制精度不高 抑制干扰能力差 对系统参数变化比较敏感应用场合 一般用于可以不考虑外界影响或精度要求不高的场合 如洗衣机 步进电机控制及水位调节等 闭环控制系统 抑制干扰能力强 系统对参数变化不敏感 可以选用不太精密的元件构成较为精密的控制系统 获得满意的动态特性和控制精度 造价较高 系统复杂 存在是否稳定的问题 问题 如何分析系统 合理选择系统的结构参数 从而获得满意的系统性能 是自动控制理论必须研究解决的问题 1 4自动控制系统的基本组成 任何一个自动控制系统都是由被控对象和控制器有机构成的 一般是指生产过程中需要进行控制的工作机械 装置或生产过程 描述被控对象工作状态的 需要进行控制的物理量就是被控量 给定元件主要用于产生给定信号或控制输入信号 用于检测被控量或输出量 产生反馈信号 如果测出的物理量属于非电量 一般要转换成电量以便处理 用来比较输入信号和反馈信号之间的偏差 它可以是一个差动电路 也可以是一个物理元件 如电桥电路 差动放大器 自整角机等 用来放大偏差信号的幅值和功率 使之能够推动执行机构调节被控对象 例如功率放大器 电液伺服阀等 用于直接对被控对象进行操作 调节被控量 如阀门 伺服电动机等 用来改善或提高系统的性能 常用串联或反馈的方式连接在系统中 例如RC网络 测速发电机等 控制系统的组成 被控对象控制系统测量元件比较元件控制装置放大元件执行机构校正装置给定元件 1 5控制系统示例 1电压调节系统 2函数记录仪 up RQ Rp 3火炮方位角控制系统 4飞机 自动驾驶仪系统 1 6控制系统的分类 按给定信号的形式恒值系统 随动系统按系统是否满足叠加原理线性系统 非线性系统按系统参数是否随时间变化定常系统 时变系统按信号传递的形式连续系统 离散系统按输入输出变量的多少单变