第一章 绪论自控.ppt

第一章绪论 自动控制原理 本章内容 自动控制技术的应用自动控制理论发展概述自动控制系统的组成基本控制方式自动控制系统的分类对自动控制系统的基本要求 自动控制技术的应用 宇宙飞船 导弹发射和飞机驾驶等系统现代机器制造工业生产过程 温度 压力 流量等控制 自动控制原理是自动控制技术的理论基础 理论性较强的工程科学 国产无人驾驶飞机按照预定航线飞行 精馏塔液位控制 导弹自动命中目标 数控机床按照设定程序自动切削工件 1 1自动控制理论发展概述 自动控制理论研究自动控制共同规律的技术科学自动化装置的出现和应用 经典控制理论的形成和发展 SISO 1927Bode 波德 提出了对数频率特性的方法 1932H Nyquist 奈魁斯特 提出奈氏判据 1942传递函数1948W R Evans 伊万斯 提出根轨迹法1948N Wiener 维纳 发表著名的 控制论 现代控制理论 MIMO 状态空间法被引入到控制理论中来 主要分支学科线性系统理论最优控制理论系统辨识与自适应控制大系统理论和特大系统理论等一些分支学科还渗透到相邻学科中 如滤波技术 模式识别与人工智能 建模理论与系统工程等 1 2自动控制系统的组成 自动控制在人不直接参与的情况下 通过控制器使被控对象 如机器设备 生产过程等 的被控量 某个工作状态或参数 自动地按照预定的规律进行工作 自动控制系统的组成被控对象 需要给予控制的机器 设备或生产过程控制装置 对被控对象起控制作用的设备总体 控制装置包括 测量元件比较元件调节元件 包括放大器和校正装置执行元件给定元件 测量元件 用于测量被控量的实际值或对被控量进行物理量变换的装置 压力变送器 涡轮流量计 热电偶 比较元件 将被控量的实际值 常取负号 与被控量的期望值 常取正号 相比较 得到偏差的大小校正元件 也称补偿元件 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 执行元件 直接推动被控对象 使其被控量发生变化 如电动机 阀门给定元件 给出与期望的被控量相对应的系统输出量 几个术语 被控量 输出量 指被控对象中要求保持给定值要按给定规律变化的物理量 给定值 输入量 作用于自动控制系统的输入端并作为控制依据的物理量 干扰量 扰动 除给定值之外 凡能引起被控量变化的因素 例 无人驾驶飞机按照给定的飞机航线参数 高度 方向等 飞行 给定值 预先给定的飞机航线参数 扰动 在飞行过程中受到大气气流 控制器 能起到控制作用的设备装置 控制量 控制器发出的控制输出信号 被控对象 飞机 被控量 飞机实际的飞行参数 液位控制系统 控制器 Q2 Q1 实际液位 给定液位 电动机 减速器 阀门 水箱 液位控制系统方框图 浮子 杠杆 电位器 元部件方框 块 图信号 物理量 及传递方向中的符号比较元件引出点表示负反馈 方框图中各符号的意义 被控量 最右端输入量 最左端 两个概念 前向通路 信号从输入端沿着箭头方向到达输出端的传输通路反馈通路 系统输出量经测量元件反馈到输入端的传输通路 1 3基本控制方式 开环控制闭环控制复合控制 1 开环控制 定义 在控制器和被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈作用 即输出量对控制量没有影响 特点 简单 控制精度低 按给定值操作的开环控制 缺点 抗干扰能力差 控制精度低 适用场合 系统结构参数稳定 干扰极弱或精度要求不高 按干扰补偿的前馈控制 缺点 只能对可测干扰补偿 优点 结构简单 可以克服某些干扰的影响 2 闭环控制 反馈控制 闭环系统自动把输出量反送到输入端并与输入量进行比较 得到偏差信号 对系统的控制产生影响 反馈 将检测出来的输出量送回到系统的输入端 并与输入量进行比较的过程 负反馈 偏差量 输入量 反馈量正反馈 偏差量 输入量 反馈量偏差信号 输入信号与反馈信号之差 闭环控制的特点 1 自动检测偏差 不断调整控制量 克服前向通道上的各种干扰 控制精度高 稳定性好 2 对反馈通道上的干扰不能克服 对反馈设备要求高 价格贵 系统结构复杂 3 复合控制 按干扰补偿的开环控制 按偏差的闭环控制 复合控制的效果比单一的反馈控制或者单一的开环控制的效果都好 线性 非线性系统连续 离散性系统定常 时变性系统确定 不确定系统 按控制方式分 按系统性能分 按给定值变化规律分 按系统功用分 按给定值操纵的开环控制按干扰补偿的开环控制按偏差调节的闭环控制复合控制 闭环反馈为主 开环补偿为辅 恒值系统随动系统程序控制系统 温度控制系统压力控制系统位置控制系统 1 4自动控制系统的分类 在合成纤维锦纶生产中 熟化罐的温度是一个重要的参数 其期望值是一已知的时间函数 则熟化罐的温度控制系统属于 A 定值控制系统B 随动控制系统C 正反馈控制系统D 程序控制系统 答案 A 1 5自动控制系统的基本要求 单调上升 非周期振荡 发散振荡 收敛振