第1讲 控制系统的构成和分类.ppt

自动控制的结构和一般概念 1自动控制系统示例2自动控制系统的基本结构3闭环控制和开环控制4自动控制系统的分类5系统 信息与控制6人类两大基本活动 例1串联型稳压电源 整流 滤波 稳压 又称为电压调节器voltageregulator 因为VO VI VR 当VI 引起Vo 调节R 则VR Vo 如果IL 引起Vo 调R VR 则Vo 所以调R 改变VR使输出电压稳定 稳压部分 实际稳压电路结构 比较放大 基准电压 输出采样 基准是要求的给定值输出是随时的检测值通过比较放大得出控制量控制晶体管得导通程度改变了它上得电压自动控制输出电压不变 A R3 R1 R2 R 例2热水供应系统的自动控制 飞船靠其发动机产生一与月球重力方向相反的推力u t 以使飞船在月球表面实现软着陆 要求发动机推力的控制规律 并使燃料的消耗最少 设飞船质量为m t 高度为h t 垂直速度为v t 发动机推力为u t 月球表面的重力加速度为常数g 设不带燃料的飞船质量为M 初始燃料的总质量为F 初始高度为h0 初始的垂直速度为v0 那么飞船的运动方程式可以表示为 初始条件 终端条件 约束条件 达到最大值 例3月球软着落问题 0速度到地面 2 自动控制系统的基本结构 四部分五个量 自动控制系统的基本结构 控制系统的基本组成 被控对象 被控制的目标对象部分控制器 根据一定的控制规律得出控制量的部分执行器 按控制量直接推动被控对象的部分 测量反馈 测量被控制的物理量并转换送回与要求比较 给定量 给出的与期望被控量相对应的系统输入量 被控制量 期望按照目标要求变化的系统输出量 偏差 实际测量值和期望值之间的误差 控制量 控制器输出的量值 反馈量 经测量和变换送回输入端的量值 比较环节 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 1自动控制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系统由一些元 部件有机构成的具有一定功能的整体 4 3信息伴随任何事物及其运动过程的一种可记录形式 给定值 控制方式 按给定值操纵 信号由给定值至输出量单向传递 一定的给定值对应一定的输出量 系统的控制精度取决于系统事先的调整精度 多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合 开环控制系统特点 信号从输入到输出无反馈 单向传递 结构简单 控制精度不高 无法抑制扰动 例 直流电动机转速开环控制系统 输出量对输入量没有影响的系统称为开环系统 二 闭环控制 图示 人工电动机转速闭环控制系统 反馈 控制任务 保持工作机械恒速运行 控制过程 反馈 输出量送回至输入端并与输入信号比较的过程负反馈 反馈的结果削弱使原输入信号的效果 典型闭环系统方框图 闭环控制 是指控制器与控制对象之间既有顺向作用有反向联系的控制过程 特点 输出影响输入 所以能削弱或抑制干扰 低精度元件可组成高精度系统 因为可能发生超调 振荡 所以稳定性很重要 闭环控制系统的术语和定义 闭环控制系统的方框图 方框图的组成 1 4自动控制系统的分类 开环控制闭环控制 反馈控制 复合控制 按控制方式分 机械系统 恒张力系统电气系统机电系统 全自动照相机 光机电结合液压系统 伺服液压缸 汽车发动机 大型的仿真模拟台气动系统生物系统 按元件类 型分 按系统功用分 温度控制系统 压力控制系统 位置控制系统 线性系统 非线性系统 连续系统 定常系统 时变系统 确定性系统 不确定性系统 按系统性能分 离散系统 恒值控制系统 随动系统 程序控制系统 按参据量变化规律分 也称镇定系统 输出量以一定的精度等于给定值 而给定值一般不变化或变化很缓慢 扰动可随时变化的系统称为恒值系统 在生产过程中 这类系统非常多 例如 冶金部门的恒温系统 石油部门的恒压系统等 1 3典型控制系统 恒值系统 例电站锅炉空气预热器密封间隙控制系统 系统通过间隙传感器实时测量出密封间隙值并送入计算机 与设定值比较后 发出控制指令至电动机提升机构 调整密封板的位置 达到维持密封间隙值恒定的目的 输出量能以一定精度跟随给定值变化的系统称随动系统 伺服系统 又称为跟踪系统 这类系统的特点是系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定的时间函数 例如 火炮系统 卫星控制系统等 随动系统 自动控制系统的被控制量如果是根据预先编好的程序进行控制的系统称程序控制系统 例如 炼钢炉中的微机控制系统 洲际弹道导弹的程序控制系统等 程序控制系统 过程控制 在许多工业生产过程中 诸如对压力 温度 湿度 流量 频率等热工量以及原料 燃料成分比例等化工量方面的控制 称为过程控制 1 5资源和财富一切具有 现实的或潜在的 使用价值的事物称为资源 目前人类应用的三类基本资源是材料 能源和信息 其中许多材料 能源资源属于自然资源 人类一切财富是由资源转化而来的 直接拥有自然资源如土地 矿产等就直接拥有了财富 但一切非自然资源要通过其它资源转化而来 企业的经营过程就是把资源转化财富的过程 资源转化为财富的过程主要是其集成度和柔性的增强过程 其中可货币量化的集成度和柔性的增强过程就是增值过程 物质 信息 能量 动力 材料 工具 知识 智慧 三类基本资源 社会发展与对资源认识 1 6人类的两大类基本活动 人类的两大类基本活动是认识世界和改变世界 对应的两大基本学科技术是信息科学感测技术和控制科学技术 决策与控制是人类的重要活动 而管理的核心问题是对复杂事物的决策和控制 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 作