第一章_自动控制系统概述[1]

第1章绪论，第1节自动控制和自动控制系统的基本概念，第2节自动控制系统的分类，第3节自动控制系统的典型输入信号和性能指标概述，第1.1节自动控制和自动控制系统的基本概念，目的：要求：了解手动控制和自动控制的基本概念，掌握自动控制系统的基本概念和常用术语，了解自动控制系统的组成。 方框图难度：概念：控制量，干扰方框图，日常生活中控制系统的例子-水箱水位控制系统，控制对象：水箱控制量：水箱水位控制装置：杠杆检测元件：浮球控制装置：进水阀，工业生产中压力容器的手动控制，手动控制的三大功能，眼睛了解情况，大脑比较、判断和决策，手和脚执行操作，工业生产中压力容器的自动控制， 压力容器水位自动控制系统，控制对象：压力容器控制量：水位控制装置：自动控制器检测元件：平衡容器和差压变送器执行机构：电动执行机构控制方式：供水控制阀，例如，DC电机自动调速原理和结构图如图1-1所示。 在图中，电位计电压是输入信号。转速表发生器是电机速度的测量元件，也称为传输元件(变送器)。在图1-1中，代表电机速度变化的测速发电机电压被送到输入端，并与电位计电压进行比较。两者之差(也称为偏差信号)控制功率放大器(控制器)，控制器的输出控制电机速度，从而形成一个自动电机速度控制系统。图1-1 DC电机速度自动控制的原理和结构图称为电源变化、负载变化等引起速度变化时的扰动。电机称为受控对象，转速称为受控量。当电机受到干扰时，转速(受控量)会发生变化。转速信号(也称为反馈信号)通过测量元件(转速发生器)反馈给控制器(功率放大器)，使得控制器的输出(称为控制量)相应地改变，因此转速可以自动保持不变或者偏差可以保持在允许的范围内。自动控制的三个主要设备和功能，测量变送器知道情况，自动控制器比较、计算并指示致动器接受命令、执行操作和自动控制的概念。1自动控制：是指在无人直接干预的情况下，通过使用自动控制装置(以下称为控制器)根据预定规则对受控对象的操作。2自动控制系统：实现了上述控制目的，是一个具有特定功能的整体，由相互制约的部分按照一定的规则组成。3(受控)对象是指受控的生产过程或设备。然而，一件设备是由一些机器零件有机地结合在一起的，它的功能是完成一个特定的动作。在下面的讨论中，任何受控制的物体(例如加压容器、加热炉、化学反应器或航天器)都被称为物体。受控数量是指需要控制的物理量，以表明生产过程是否正常。通常也称为调节量。自动控制的概念、自动控制的概念，5控制量由控制机构将控制量改变为给定值的物理量。6、给定值(参考量)是指受控量根据生产工艺要求应保持的值。7扰动，8反馈控制，导致控制量偏离给定值的各种因素。干扰是对系统输出产生不利影响的信号。如果这种干扰发生在系统内部，就称为内部干扰。扰动发生在系统之外，称为外部扰动。外部干扰是系统的输入。反馈控制是指一种控制过程，试图减少系统输出与参考之间的偏差，自动控制的概念，自动控制系统的基本概念，反馈控制系统中使用的术语：给定值(参考输入值)控制量控制量扰动量(内部扰动，外部扰动)自动控制装置=传感器控制器设定器执行器控制过程(受控对象)控制系统=受控过程控制装置，自动控制系统的组成，自动控制系统的组成框图扰动，调节阀，控制器，执行器，受控对象的概念， 自动控制系统的测量、传输元件、给定值、控制量、操作值、偏差值、反馈值和框图称为自动控制系统框图。 自动控制系统方框图，方框图的四个要素：自动控制系统方框图的特征，方框图中的信号只能沿箭头方向传输，具有单向性。框图不是唯一的，不同输入/输出信号的因果关系也不同，因此框图不是唯一的。第二节自动控制系统分类，目的和要求：自动控制系统主分类重点：开环和闭环控制系统，前馈和反馈控制系统级联控制系统，第二节自动控制系统分类，设定器，控制器，受控对象，扰动，受控变量，设定器，受控过程，传感器，控制器，1按控制系统结构分类，闭环控制系统：开环控制系统：开环控制系统，定义为开环控制系统(如果有)闭环(反馈)控制系统(1)反馈将输出发送回输入并与输入信号进行比较以产生偏差信号的过程称为反馈。如果从输入信号中减去反馈信号，使偏差越来越小，这称为负反馈。相反，它被称为正反馈。反馈控制系统是一种能够比较输入量和输出量并利用它们的偏差作为控制手段来维持两者之间的预定关系的系统。由于反馈量的反馈信息的引入，整个控制过程是封闭的，所以反馈控制也称为闭环控制。(2)闭环控制系统，闭环控制系统框图，开环控制系统与闭环控制系统的比较，开环控制系统的结构特点：从输入到输出无反馈，单向传输。仅正向动作，无反向连接，无纠偏能力，抗干扰性能差，控制精度低，无法抑制干扰。结构简单，调整方便，成本低。闭环控制系统的结构以反馈回路为特征，反馈回路根据偏差进行控制。可以抑制内部和外部干扰对控制量的影响。控制精度高，自动纠偏；结构复杂，设计和分析麻烦。闭环控制系统和反馈控制系统之间的关系。闭环控制系统：是在输出信号和输入之间具有反馈回路的系统。闭环控制系统也称为反馈控制系统。“闭环”意味着应用反馈来减少系统误差。复合(前馈-反馈)控制系统，复合控制系统，即前馈-反馈控制系统，复合控制：是闭环控制和开环控制相结合的一种方式。为了提高控制系统的抗干扰能力，在闭环控制等基础上增加了干扰信号的补偿控制。增加干扰信号的补偿控制功能，可以提供及时的控制功能，同时抵消干扰对控制量的不利影响。纯闭环控制不会产生控制效果，直到控制信号中反映出不利影响，并且对干扰的响应很慢。根据根据信号特性对控制的分类，闭环、开环和复合控制系统也可以称为以下三种类型：控制器、受控过程、受控过程、控制器、受控过程、控制器、反馈控制系统、前馈控制系统、前馈反馈c定值控制系统主要研究各种干扰对系统输出的影响以及如何克服这些干扰。随动控制系统(或伺服系统)的特点是输入信号是一个未知函数，要求输出跟随给定的定量变化。程序控制系统的特点：输入信号是一个已知的时间函数，系统的控制过程是按照预定的程序进行的，控制量需要快速准确地再现。2根据给定值变化规律分类，3根据闭环控制系统的数量分类，单回路控制系统只有一个被控变量反馈给调节器输入，只形成一个闭环，系统结构相对简单，单回路控制系统也称为单级控制系统。为了改善多回路控制系统的控制性能，可以引入局部反馈，并且闭环的数目多于一个，从而形成多回路控制系统。也叫串级控制系统。在其他分类中，线性控制系统的输入和输出彼此成比例。线性数学模型可以用叠加原理来描述非线性控制系统。非线性控制系统不能用叠加原理的非线性数学模型来描述。非线性系统：在构成系统的链路中具有一个或多个非线性链路，例如典型的非线性特性：饱和、死区、间隙特性、继电器特性、滞后特性等。在其他类别中，连续控制系统各部分的信号是模拟连续功能。例如，在由工业中常用的常规控制仪器PID调节器控制的系统的一个或几个部分中，信号以脉冲序列或数字代码的形式传输。例如，计算机控制系统。第三节自动控制系统的典型输入信号和性能指标。目的：要求：了解典型输入信号的类型：阶跃函数、斜坡函数、正弦函数和脉冲函数。为了掌握系统性能的分析方法，需要重点关注动态特性、静态特性、阻尼振荡过程、单调过程、典型输入信号类型的概念：阶跃函数、斜坡函数、正弦函数、脉冲函数、阶跃函数、阶跃函数是系统性能测试中最常用的信号，时间，r (t)，r，-单位阶跃函数，阶跃函数，正弦函数，阶跃函数，动态特性，系统输出特性c(t)-输出x(t)-输入c (t)=f (x (t)，动态特性y (t)，t，t，稳态特性，稳态特性：关系c(t=)=f(x)c()-稳态输出x -平衡状态下的输入。 自动控制系统中被控变量变化的动态过程，(a)单调过程，(b)衰减振荡过程，(c)恒幅振荡过程，(d)渐进扩展振荡过程，(1)稳定性自动控制系统的最基本要求，(2)快速性在系统稳定的前提下，希望控制过程(过渡过程)能尽快进行，但如果要求过渡过程时间短，动态误差(偏差)可能过大。合理的设计应该考虑这两个要求。(3)精度即动态误差和稳态误差越小越好。满足自动控制系统的性能要求，满足自动控制系统的性能要