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文档简介
第一章 自动控制的一般概念l、基本内容和要点(l)自动控制的基本概念 开环控制与闭环(反馈)控制,反馈的特点与作用。 (2)反馈控制系统的类型 线性和非线性系统;随动系统和自动调节系统;连续数据系统和离散数据系统。(3)反馈控制系统的组成,常用术语及定义。2、重点(l)反馈控制的作用与概念。(2)反馈控制系统的特点和存在的问题。 3、难点 对“检测偏差用于纠正偏差”原理的理解。1-1 自动控制的基本原理与方式1自动控制技术及其应用自动控制: 通过控制器使被控对象或过程按照预定的规律运行。输入 输出 _自动控制系统控制器被控对象自动控制的目的:提高产品质量;提高劳动生产率;改善劳动条件,减轻劳动强度;提高生活质量等自动控制的应用:(P1,第二自然段) 在所有工矿企业、交通运输、金融贸易、农业生产、文化娱乐和日常生活等都有应用。2 自动控制理论自动控制理论是研究自动控制技术的基础理论,是理论性较强的工程学科。注重工程应用,在专业术语上不是非常严谨的理论。(P1)经典控制理论现代控制理论时间分界20世纪60年代,达到完善;20世纪60年代,开始发展;数学工具常微分方程,传递函数;一阶微分方程组,状态空间方程,(传递函数阵)研究对象单输入单输出系统,定常系统;多输入多输出系统,定常和时变系统系统变量注重系统的输入输出关系;研究系统输入、输出及内部变量的运动关系;3 反馈控制原理反馈控制原理:将被控量的值与期望值进行比较,通过控制器对被控对象施加作用,使被控对象尽可能达到期望值。输入 输出 _自动控制系统控制器被控对象反馈前向支路,反馈支路,反馈工作原理,(负)反馈控制,闭环控制。简述讲义的两个例子。反馈控制系统的典型方框图 n(t)r(t) (t) u(t) c(t) _ y(t)反馈控制系统的典型方框图反馈控制器被控对象:(系统)输入信号,控制指令,参考输入;:(系统)输出信号,被控量;:偏差信号,;:控制信号,被控对象的输入;:反馈信号;:扰动信号,干扰信号;环节求和器,比较器,相加点;有多个输入信号,只有一个输出信号;输出信号是所有输入信号的代数和。分支点,信号引出点;即一个信号引用到多处。信号流向,只能是单向的。方框,表示一个元件部件对象过程系统环节等等;只能有一个输入和一个输出。4 反馈控制系统的基本组成(P4)以反馈控制系统(典型方框图)的输入端开始叙述: 给定元件:给出系统的控制指令或参考输入信号;比较元件:将测量到的输出信号对应值与参考输入值比较,得出偏差信号;作为控制器的输入信号; 控制器:包括放大元件(将弱信号放大)和校正元件(改善系统性能),有时也包括执行元件(功率驱动); 被控对象:是控制系统的主要部分,有时将执行元件作为被控对象的组成部分;测量元件:监测系统中的变量,主要检测被控的物理量; 测量元件是控制系统的眼睛,控制器是系统的大脑,执行元件是系统的手脚。控制系统的组成部分还应考虑到作用在系统上的扰动因素(负载扰动、环境因素变化等),自动控制系统的主要作用就是克服扰动对系统的影响。5 自动控制系统基本控制方式 反馈控制方式:是控制系统的主要控制方式。自动控制原理的主要研究对象是反馈控制系统。优点:能够抑制任何内外扰动对被控量的影响,控制精度高;缺点:结构复杂,可能出现系统不稳定问题,系统分析和设计较困难。 开环控制方式:信号从系统输入端顺向流到系统输出端,输出量的变化不会对控制作用产生影响。该控制方式也称为顺馈控制方式。开环控制方式的控制器必须针对作用信号类别和类型设计。 对于系统的控制指令,开环控制器(输入补偿环节)应使系统输出快速无误差地跟随指令信号的变化。对于系统的干扰信号,在干扰信号可以测量的前提下,开环控制器(扰动补偿环节)应使系统输出尽可能地不受干扰信号的影响。例子采用习题1-4,图1-21。流量顺馈。 开环控制方式的优点:结构简单,系统分析和设计较简便。缺点:不能补偿其他因素对系统输出的影响。 复合控制方式:将前两种控制方式联合使用。具有两种控制方式的优点。讲解例为习题1-4。1-2 自动控制系统示例+ur RQ u up RM_记录仪桥式检测电路示意图简述书中的一两个示例。 函数记录仪,XY记录仪,地震监测记录仪; 飞机自动驾驶仪系统,俯仰角控制系统; 电炉温度控制系统; 锅炉汽包液位控制系统;1-3 自动控制系统的分类依据信号的连续性分类:连续系统,系统中的信号均是时间连续函数;离散系统,系统中含有离散信号(在时间上不连续)。依据系统的线性性质分类:线性系统,系统的动态特性可用线性微分或差分方程描述;非线性系统,不能用线性方程描述的系统。依据系统参数特征分类:定常系统,也称为时不变系统,系统的参数都是常数;时变系统,系统中有的参数是时间函数。以系统性质命名:例如,线性连续定常系统,这类系统是本课程讨论的主要系统;非线性定常系统;线性离散定常系统;线性时变系统等等。依据控制目标分类:恒值控制系统,系统的参考输入信号是恒值,控制目标是保持系统输出不变。随动控制系统,系统的参考输入信号是已知或未知的时间函数,控制目标是保证系统输出及时准确地跟随参考输入变化。程序控制系统,系统的参考输入信号是事先已知的时间信号。最优控制系统,使控制系统的指定目标函数最优(通常是取值最小)。依据被控对象、被控量、主要组成部件、控制器设计方法和控制行为等命名:例如,火炮随动系统;锅炉液位控制系统;粮食烘干塔微机监控系统;等等。1-4
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