1 控制工程概述.ppt

2020 2 19 1 控制工程基础 李艳机械学院4079办公室liyanly 本演示文稿可能包含观众讨论和即席反应 使用PowerPoint可以跟踪演示时的即席反应 在幻灯片放映中 右键单击鼠标请选择 会议记录 选择 即席反应 选项卡必要时输入即席反应单击 确定 撤消此框此动作将自动在演示文稿末尾创建一张即席反应幻灯片 包括您的观点 2020 2 19 2 1概述 什么是控制 自动控制 控制理论与应用的发展 控制系统的基本概念及工作原理 控制系统的基本类型及基本组成控制系统的基本要求 本课程主要内容及安排 2020 2 19 3 1概述 什么是控制 一般意义下 控制 control 动词 是掌握住对象 不使任意活动或超出范围 使其按控制者的意愿活动 必要的时候及时采取矫正措施 2020 2 19 4 1概述 什么是控制 控制理论意义下 控制 cybernetics 为改善对象的性能 要通过获得信息 并使用信息 对受控对象产生的作用 叫做控制 控制的基础是信息和信息传递 控制依赖于信息反馈来实现 2020 2 19 5 1概述 什么是控制 信息反馈是控制论的一个极其重要的概念 将信息作用到对象系统中 又把其作用结果返送回来 并对信息进行修正 再对对象发生影响 起到控制的作用 以达到预定的目的 控制的本质是反馈 反馈 以提高性能 2020 2 19 6 1概述 什么是自动控制 在没有人直接参与的情况下 利用外加的设备或装置 控制装置 控制器 使机器 设备或生产过程 被控对象 的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行 举例 化学反应炉的温度或压力自动维持恒定 数控车床按照预定程序自动切削工件 无人驾驶飞机按照预定航迹自动升降和飞行 人造卫星准确进入预定轨道运行并回收 2020 2 19 7 1概述 控制理论与应用的发展 控制论的奠基人 维纳发表 控制论 并发明名词控制论 英文cybernetics 国际著名学术杂志System ManandCybernetics 系统 人与控制论 战争中自动控制技术的发展 20世纪50年代开始 在控制理论的指导下 火炮及导弹控制技术极大地发展 数控 电力 冶金自动化技术突飞猛进 在自动控制装备的需求和发展基础上 控制理论不断发展 理论与实际应用相互促进 2020 2 19 8 1概述 控制理论与应用的发展 自动控制理论根据内容和发展的不同阶段 分为经典控制理论和现代控制理论 经典控制理论研究单输入单输出系统 现代控制理论研究多输入 多输出 时变参数 分布参数 随机参数 非线性等系统 现代控制理论的发展 最优控制 最优滤波 系统辨识 自适应控制 人工智能控制等 智能控制又发展了神经网络 模糊逻辑 进化算法 专家系统 鲁棒控制与控制等技术 无论任何一种控制理论或方法 经典的 现代的 传统的 智能的 最基本的还是信息反馈 2020 2 19 9 1概述 控制理论与应用的发展控制理论渗透到各个领域 工程控制论 生物控制论 经济控制论 社会控制论 并伴随其他科学技术的发展 极大地改变了世界 2020 2 19 10 控制系统的基本概念及工作原理 1概述 举例1 人取桌上的书 人用眼睛目测与书的距离 人向着书走过去 重复上述动作 直到手能碰到书 人用手将书拿起 2020 2 19 11 1概述 控制系统的基本概念及工作原理 人取书的控制描述 首先测量人与书的初始距离 根据距离 人决定采用的动作是 走近书 减小人与书的距离 再测量人与书的距离 决定如何动作 继续走还是用手拿 重复上步 直到手能拿到书 拿书 这是一个反馈控制系统 2020 2 19 12 1概述 控制系统的基本概念及工作原理 人取书的反馈控制系统方块图 2020 2 19 13 1概述 控制系统的基本概念及工作原理 人取书的反馈控制系统 输入量为书的位置 测量元件是眼睛 测量人与书的距离 控制器为大脑 决定人的动作 执行元件为腿 手臂和手 以完成控制任务 输出 动作结果 为手的位置 反馈元件是眼睛 再次测量人与书的距离 重复3 6 直到书与手的距离为零 即能拿到书 拿书 2020 2 19 14 1概述 控制系统的基本概念及工作原理 举例2 恒温控制系统 图1 1人工控制的恒温箱 通过输入电压 对电阻丝进行加热 通过温度计测量箱内温度 通过人眼观察 比较测量温度与给定温度 根据温度偏差 手动调节调压器 使偏差减小 重复上步 直至偏差为零 人工控制恒温箱缺点 系统响应慢 动作误差大 过渡时间长 2020 2 19 15 1概述 控制系统的基本概念及工作原理 举例2 恒温自动控制系统图1 2 输入 测量元件 比较电路 放大电路 执行元件 输出电压 反馈元件 2020 2 19 16 1概述 控制系统的基本概念及工作原理 举例2 恒温自动控制系统输入 给定电压u1 测量元件 热点偶 将温度信号转换为电压信号 放大元件 电压 功率放大 执行元件 执行电机 减速器和调压器 输出 电压信号 提供给电阻丝 反馈元件 热电偶 将转换后的电压信号通过比较电路与给定电压进行比较 比较元件 比较电路 2020 2 19 17 1概述 控制系统的基本概念及工作原理 举例2 恒温自动控制系统方块图1 3 2020 2 19 18 1概述 控制系统的基本概念及工作原理 控制系统是按偏差进行控制的 使被控量按照给定量的变化规律进行变化 控制系统要解决的两个问题 分析给定系统的工作原理 动态特性 分析其稳定性 准确性和快速性 根据实际需要进行控制系统的设计 2020 2 19 19 1概述 控制系统的基本类型及基本组成 按有无反馈 开环控制 没有输出反馈的一类控制系统 控制器只根据输入指令工作 对控制对象产生控制作用 没有反馈 是开路 特点 结构简单 精度低 易受干扰 闭环控制 采用反馈原理 输出反馈到输入端 根据偏差向控制器发指令 以控制受控对象 形成闭环回路 特点 结构复杂 精度高 抗干扰能力强 需设计适当的控制器 否则系统易不稳定 2020 2 19 20 1概述 控制系统的基本类型及基本组成 按采用信号处理技术的不同 模拟控制系统和数字控制系统 按给定量是否变化 恒值系统和随动系统 变量是否连续 连续控制系统和离散控制系统 是否线形方程描述 线形控制系统和非线性控制系统 2020 2 19 21 1概述 控制系统的基本类型及基本组成 基本组成 产生输入信号 给定信号 测量输出量 并将其反馈到输入 比较输入和反馈 产生偏差信号 对偏差信号进行放大 以匹配执行机构 直接对受控对象进行操作的元件 控制信号施加的对象 校正装置 以稳定系统 提高性能 2020 2 19 22 1概述 控制系统的基本要求 稳定性 系统在动态过程中的振荡倾向 以及系统能够恢复平衡的能力 即初始偏差应随时间逐渐减小或趋于0 快速性 当系统出现偏差 或偏差超出要求范围时 消除偏差的时间长短 速度快慢 准确性 对系统输出进行调整后 系统达到稳定时的偏差值 即稳态误差 衡量系统的控制精度 2020 2 19 23