自控原理第一章

1、自动控制原理潘剑飞2653-4850（办公室）深圳大学 机电与控制工程系2主要内容主要内容 1. 自动控制原理的概念和定义2. 自动控制原理的历史和发展3. 开环与闭环控制4. 自动控制系统的分类及基本组成5. 自动控制系统的要求和分析设计3自动控制自动控制 (Automatic Control) 是什么是什么?自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象（或过程）的某些物理量（或状态）自动地按预先给定的规律去运行P3自动控制定量地研究各类系统信息传递与转换的关系，并预测系统行为的一门学科。自动控制的重要性自动控制的重要性从技术提升到理论。对很多学科，如工程学，经济学，生物学等都

2、有指导作用。输入输出控制系统4早期工作早期工作中国：春秋战国指南车（按扰动原则构成的开环系统）北宋水运仪象台的平衡装置（偏差控制闭环系统）国外：俄国普尔佐诺夫（1765）蒸汽锅炉水位调节器英国瓦特（1784）蒸气机离心式转速调节器5按理论知识的划分：1.经典控制理论自动镇定系统稳定系统的研究稳定性判据频域方法的发展随动系统伯德及伯德图根轨迹法稳定性判据：代数形式劳斯和赫尔维茨线性理论奈奎斯特和米哈依洛夫非线性理论李亚普诺夫的第一和第二方法闭环负反馈控制系统：伯德 根轨迹法：依万斯经典控制理论主要标志：根轨迹法和奈奎斯特判据61. 系统局限于线性定常系统（时不变系统）2. 局限于单输入单输出系统

3、（标量系统）3. 设计或综合系统时要用试探法，不能一次得到满意结果2.现代控制理论及其分支1.线性系统 2.系统识别 3.最优控制 4.随机控制与滤波 5.非线性系统 6.分布参数系统 7.自适应控制 等等7891011闭环与开环系统最主要的区别：输出对输入的控制效果是否产生影响。 开环控制系统控制量与被控质量之间只有前项通路而没有反向通路，控制作用的传递路径不是闭合的。闭环控制系统通过取被控制量的反馈信息，根据实际输出修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，是闭环控制。1213141. 直接开环控制2. 按扰动的开环控制15闭环控制系统定义闭环控制系统定义凡是系统输出信号对控制作用能有直

4、接影响的系统，都叫做闭环控制系统.16闭环控制系统因为引入了传感器，系统的成本提高。传感器也是一项重要的投入。引入了反馈，使得控制系统变得复杂了。开环开环简单，容易实现，稳定性好。但是控制精度差，效果差闭环闭环控制系统复杂，稳定性差。但是控制精度好，效果好17若系统的输入量能预先知道，并且不存在任何扰动时，采用开环控制比较合适；只有当存在着无法预计的扰动和（或）系统中元件的参数存在着无法预计的变化时，闭环控制系统才具有优越性。18分类方法多种多样，是以实际需要和应用的方便进行 划分。按特定信号的特征划分1.恒值控制系统 实例：直流电机调速和控制液面高度。2.随动控制系统 实例:火炮跟踪系统。3

5、.程序控制系统 实例：加工生产零件19+_受信仪放大器减速器校正装置检测装置电机+20位移微型计算机放大器执行机构工作机床切削刀具反馈测量元件图纸21按数学描述的形式划分 1. 线性系统2. 非线性系统 ykxb是不是线性系统？线性系统必须满足的条件齐次性：输入放大（缩小）相同倍数，输出也放大（缩小）相同的倍数叠加性：几个信号同时作用在系统，总输出与各个输入单独作用的值相等1212( )( )( )( )( )( )r ta r tb r tc ta c tb c t 1122( )( ) , ( )( )r tc tr tc t？22 现实中的任何一个控制系统都是非线性系统，绝对线性的系统是

6、不存在的 常见的非线性特性23按照信号的特点：连续系统和离散系统连续系统：系统中的各个元件的输入信号和输出信号都是时间的连续函数模拟量：按时间连续变化的物理量。数字量：相对于时间不连续的量。采样（sampling) 24按照输入输出信号的数量1. 单变量系统SISO（标量系统）Single Input Single Output2. 多变量系统MIMO（矢量系统）Multiple Input Multiple Output25给定元件 测量元件 比较元件放大元件 执行元件 校正元件26闭环系统开环系统按传递路径.12.恒值控制系统按控制作用 随动系统程序控制系统离散系统连续系统按信号性质. 3

7、非线性系统线性系统按数学模型. 45.单输入单输出按信号数量多输入多输出271.快速性，准确性2.不受干扰 （鲁棒性robust）3.稳定性 （恒值控制系统）基本要求系统的基本响应类型基本2829动态过程（过渡过程）)()()(tctctcsst)(tc暂态响应（自由分量）稳态响应（强迫分量）稳态响应：时间趋于无穷大时的确定的响应。暂态响应：系统过渡状态的响应，即随时间增长趋于零的部分响应。0)(limtct以时间t作为自变量，随时间的变化系统的全过程称为系统的动态过程，或过渡过程。30从而稳态的值，随着时间变化，就有)()(limtctcsst如果自由分量随时间变化不是零，系统就是不稳定的。

8、稳定性：不论初始条件如何，最终总能实现定态的系统即为稳定系统，反之就是不稳定系统。暂态响应：描述系统是如何进入稳定状态的。31误差的概念：误差实际值理想值（给定值）稳态误差的意义：反映出设计的系统输出是否在期望的值或范围内衡量自动控制系统性能（时域）的指标：1. 稳定性: 系统绝对稳定并有一定的稳定裕量2. 瞬态质量：瞬态的快速变化性与平稳性3. 稳态误差：最终响应精度三个指标相互制约，在不同的系统中各有侧重32(1)上升时间上升时间tr初始快速性初始快速性从从0到第一次达到稳态值所需时间，到第一次达到稳态值所需时间，对于单调上升的过程稳态对于单调上升的过程稳态10%-90%所需时间。所需时间。(2)调节时间调节时间ts整体快速性整体快速性单位阶跃响应进入稳态值允许误差单位阶跃响应进入稳态值允许误差带并停留所需的最小时间。带并停留所需的最小时间。(3)最大超调量最大超调量p%(4)(4)稳态误差稳态误差e essss%100)()()(%thththpp33系统分析系统设计我们要做的工作：1.