自动控制系统第一章.ppt

自动控制理论,信息工程学院,课程特点,1、它是一门专业基础课,2、理论实践相结合,理论性非常强但又和实际应用紧密结合,3、内容广泛,第一章引论,3、自动控制理论能为解决实际控制问题提供理论和方法,学习自动控制理论的重要性,1、本课程是自动化专业承上启下的课程,2、自动控制技术是应用非常广泛的技术,电机控制、自动化生产线、火炮雷达控制、家用电器、机械、冶金、石油、化工、电力电子、航空、航海、航天、核反应堆等。,4、学分较多,本课程学习方法,1、打好基础,高等数学（微积分）、积分变换（拉氏变换）,2、做好预习,3、听好课,讲课的速度较快、了解课程内容,掌握基本理论和基本方法,4、做好习题,应用学到的基本理论和基本方法解决实际问题,第一节开环控制和闭环控制,一、什么是控制系统？举例：家用空调控制器功能：使房间的温度控制在人体比较舒适的范（对象、物理量、控制设备）,系统组成：,控制对象,测量元件,控制单元,家用空调系统框图的简化,控制器,控制对象,反馈,比较,控制指令,1、什么叫系统？为了完成某项任务、按一定规律组成、具有一定功能的整体。2、什么叫控制系统？使被控对象的一个或多个物理量能够在一定精度范围按照给定的规律变化的系统。3、控制系统的两种基本形式及特点两种基本形式：开环闭环开环系统结构及其特点：定义：只有正向作用，没有反馈控制作用的控制系统。举例：电机调速控制系统,电机调速控制系统,开环系统的特点：A、只有正向作用，没有反馈作用；B、控制精度取决于元器件的精度和系统调整精度；C、没有抑制内、外干扰的能力；D、系统结构简单、成本低。闭环系统结构及其特点定义：既有正向作用，又有反馈控制作用的控制系统。举例：电机调速控制系统,控制输出量,误差信号,反馈量,闭环系统的特点A、既有正向作用，又有反馈控制；B、控制精度与元件精度、控制方法、调整精度有关，控制精度较高；C、有抑制干扰的能力；D、结构复杂，成本相对较高。,第二节自动控制系统的类型,自动调整系统特征：输入信号为常数典型系统：液位、温度、压力、流量控制程序控制系统特征：输入信号为预知的随时间变化函数典型系统：热处理炉控制系统、镜片固化炉温度控制、程序控制机床、灌装生产线、自动生产流水线。随动系统（伺服控制系统）特征：输入信号未知的随时间变化任意函数典型系统：鱼雷飞行、炮瞄雷达、火炮自动瞄准、导弹制导。,按描述元件的动态方程分类,线性系统特征：元件是线性的、系统运动方程可用线性微分方程或差分方程描述非线性系统特征：系统中含有至少一个非线性元件、系统运动方程需用非线性方程或差分方程描述。典型非线性：饱和、死区、继电器、传动间隙。,按系统传递的信号分类,连续系统特征：系统各环节之间传递的信号均为时间的连续函数，一般用微分方程描述。离散系统特征：在信号传递过程中，至少有一处的信号是脉冲序列或数字编码。,按输入输出信号数量分类,单输入单输出系统（单变量系统）特征：输入输出变量仅有一个。多输入多输出系统特征：输入输出变量多于一个。,按系统结构和参数的确定性分类,确定系统特征：系统的结构和参数是确定的、已知的，系统的输入信号也是确定的，可以用解析式或图表确切表示。不确定系统特征：系统的结构和参数是不确定的或，系统的输入信号是不确定的。,按系统微分方程分类,集中参数系统特征：能用常微分方程描述分布参数系统特征：至少有一个环节需要用偏微分方程描述。,第三节自动控制理论概要,一、对自动控制系统的要求稳定性要求快速性要求准确性要求二、自动控制理论研究的问题自动控制建模问题控制系统分析控制系统设计,三、控制系统建模问题描述方法传递函数建立方法理论推导、实验法四、自动控制系统分析分析基础系统传递函数分析内容稳定性、稳态、暂态分析工具手工计算、计算机软件,五、自动控制系统的设计给定数学模型和技术指标情况下，希望有简洁的方法解决以下问题：控制方案决定一种合适的控制规律及相应参系统分析近似估计系统时域响改进建议当系统性能不满足要求时指明改善系统性能的途径。设计手段控制系统的计算机辅助设计,六、古典控制理论与现代控制理论古典控制理论研究对象：单输入单输出线性系统数学基础：微积分、积分变换系统描述方法：传递函数研究方法：时域法、频率特性法、根轨迹法核心概念：输出反馈适用系统：线性系统,现代控制理论研究对象：多输入多输出线性系统数学基础：线性代数、矩阵理论系统描述方法：状态空间表达式研究方法：时域法核心概