自动控制原理1.doc

教 案课 程 名 称 自动控制原理 授 课 教 师 丁红 职 称 副教授 院（系、部） 物理与电子工程学院 教 研 室 电气工程及其自动化教研室授 课 对 象 05电气工程及其自动化本科学 年 学 期 2007-2008第一学期 2007年8月1日鲁 东 大 学 教 务 处编 写 说 明1、每项内容都要填写，“教学过程”部分要详细填写，空格不够用时可自行扩充；2、A4纸双面打印（或手写）；3、一次课为一个教案，每门课按学期统一用一个封面左侧装订，封面和本说明双面打印；4、授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、习题课等；5、所授课程教案每轮次必须更新。授课题目前言授课类型授课首次授课时间 2007年9月3日学时2教学目标1， 了解自动控制原理课程所研究的范畴；2， 自动控制发展的历史重点与难点重点：使学生了解自动控制原理课程所研究的范畴；难点： 教学手段与方法多媒体教学过程：（包括授课思路、过程设计、讲解要点及各部分具体内容、时间分配等）授课思路：首先讲前言，使学生了解自动控制原理研究的范畴，然后引出自动控制的一些专用术语。过程设计：1.绪论。（20分）课程的性质和特点（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。(3)历史的回顾(4)古典控制理论现代控制2.自动控制原理的基本概念。（60分）1-1自动控制的基本原理一、反馈控制原理二、反馈控制系统的基本组成具体内容：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。自动控制理论电机与拖动模拟电子技术线性代数微积分（含微分方程）复变函数、拉普拉斯变换电路理论大学物理（力学、热力学）信号与系统（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 (3)历史的回顾 18世纪，James Watt 为控制蒸汽机速度设计的离心调节器，是自动控制领域的第一项重大成果。 1922年，Minorsky研制出船舶操纵自动控制器，并证明了从系统的微分方程确定系统的稳定性的方法。 1932年，Nyquist提出了一种根据系统的开环频率响应(对稳态正弦输入)，确定闭环系统稳定性的方法。 1934年，Hezen提出了用于位置控制系统的伺服机构的概念，讨论了可以精确跟踪变化的输入信号的机电伺服机构。 40年代，频率响应法为闭环控制系统提供了一种可行方法，Evans提出并完善了根轨迹法。 50年代末，控制系统设计问题的重点从设计许多可行系统中的一种系统，转到设计在某种意义上的最佳系统。 60年代，数字计算机的出现为复杂系统的基于时域分析的现代控制理论提供了可能。 从1960年到1980，确定性系统、随机系统的最佳控制，及复杂系统的自适应和学习控制，都得到充分的研究。 从1980年到现在，现代控制理论进展集中于鲁棒控制、H控制及其相关课题。第1章 自动控制的一般概念下图是一个液位控制系统原理图。在这里，自动控制器通过比较实际液位与希望液位，并通过调整气动阀门的开度，对误差进行修正，从而保持液位不变。下图是该控制系统的方框图。试画出相应的人工操纵液位控制系统方块图。龙门刨床速度控制系统要求：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SMTG-kFDKZCF 龙门刨床速度控制系统原理：（详见P3图1-2）比较电路整流器放大器测速发电机触发器电动机一、反馈控制原理 1 自动控制 在无人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定要求进行。 2 对象 是一个设备，它是由一些机器零件有机地组合在一起的，其作用是完成一个特定的动作。在下面的讨论中，称任何被控物体（如加热炉、化学反应器或宇宙飞船）为对象。 3 过程 称任何被控制的运行状态为过程，其具体例子如化学过程、经济学过程、生物学过程。 4 系统 完成一定任务的一些元、部件的组合。5 扰动扰动是一种对系统的输出产生不利影响的信号。如果扰动产生在系统内部称为内扰；扰动产生在系统外部，则称为外扰。外扰是系统的输入量。 6 反馈控制反馈控制是这样一种控制过程，它能够在存在扰动的情况下，力图减小系统的输出量与参考输入量（也称参据量）（或者任意变化的希望的状态）之间的偏差，而且其工作正是基于这一偏差基础之上的。 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7 反馈控制系统反馈控制系统是一种能对输出量与参考输入量进行比较，并力图保持两者之间的既定关系的系统，它利用输出量与输入量的偏差来进行控制。 应当指出，反馈控制系统不限于工程范畴，在各种非工程范畴内，诸如经济学和生物学中，也存在着反馈控制系统。8 随动系统随动系统是一种反馈控制系统，在这种系统中，输出量是机械位移、速度或者加速度。因此，随动系统这个术语，与位置（或速度或加速度）控制系统是同义语。在现代工业中，广泛采用着随动系统。 9 过程控制 在工业生产过程中，诸如对压力、温度、湿度、流量、频率以及原料、燃料成分比例等方面的控制，称为过程控制。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、校正元件测量元件串联校正反馈校正执行元件放大元件被控对象局部反馈主反馈测量元件：其职能是测量被控制的物理量; 给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参据量）。 比较元件：把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的参据量进行比较，求出它们之间的偏差。 放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。 执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。 校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能。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：