自动控制21061

1、自动控制一、自动控制的概念自动控制（automatic control）是二十世纪中叶产生的控制论的一个分支。 基础的结论是由诺伯特维纳，鲁道夫卡尔曼提出的。是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置（称控制装置或控制器） ，使机器、设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。自动控制是相对人工控制概念而言的。 指的是在没人参与的情况下， 利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律运行。二、自动控制基本原理在现代科学技术的众多领域中， 自动控制技术起着越来越重要的作用。 自动控制是指在没有人直接参与的情况下， 利用外加的设备或装置 （称控制

2、装置或控制器），使机器，设备或生产过程（统称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控制量）自动地按照预定的规律运行。自动控制自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它的发展初期，是以反馈理论为基础的自动调节原理， 主要用于工业控制， 二战期间为了设计和制造飞机及船用自动驾驶仪， 火炮定位系统， 雷达跟踪系统以及其他基于反馈原理的军用设备， 进一步促进并完善了自动控制理论的发展。 到战后，以形成完整的自动控制理论体系， 这就是以传递函数为基础的经典控制理论， 它主要研究单输入 -单输出，线形定常数系统的分析和设计问题。三、自动控制的发展1、 40 年代 -60 年代初：需求动力：市场竞争 ,

3、资源利用，减轻劳动强度，提高产品质量，适应批量生产需要。主要特点：此阶段主要为单机自动化阶段，主要特点是:各种单机自动化加工设备出现， 并不断扩大应用和向纵深方向发展。典型成果和产品： 硬件数控系统的数控机床。2、60 年代中 -70 年代初期：需求动力：市场竞争加剧，要求产品更新快，产品质量高，并适应大中批量1生产需要和减轻劳动强度。 主要特点：此阶段主要以自动生产线为标志，其主要特点是 :在单机自动化的基础上，各种组合机床、组合生产线出现，同时软件数控系统出现并用于机床， CAD 、CAM 等软件开始用于实际工程的设计和制造中，此阶段硬件加工设备适合于大中批量的生产和加工。典型成果和产品：

4、用于钻、镗、铣等加工的自动生产线。3、70 年代中期 -至今：需求动力：市场环境的变化， 使多品种、中小批量生产中普遍性问题愈发严重，要求自动化技术向其广度和深度发展， 使其各相关技术高度综合， 发挥整体最佳效能。主要特点：自 70 年代初期美国学者首次提出 CIM 概念至今，自动化领域已发生了巨大变化，其主要特点是 :CIM 已作为一种哲理、一种方法逐步为人们所接受； CIM 也是一种实现集成的相应技术，把分散独立的单元自动化技术集成为一个优化的整体。四、自动控制方式1.按控制系统是否形成闭合回路分类（1）开环控制系统如果系统的输出端与输入端之间不存在反馈，也就是控制系统的输出量不对系统的控

5、制产生任何影响， 这样的系统称开环。 与闭环控制系统相对。 控制系统中，将输出量通过开环控制系统的结构适当的检测装置返回到输入端并与输入量进行比较的过程， 就是反馈。系统的控制输入不受输出影响的控制系统。在开环控制系统中， 不存在由输出端到输入端的反馈通路（见反馈控制系统）。因此，开环控制系统又称为无反馈控制系统。开环控制系统由控制器与被控对象组成。控制器通常具有功率放大的功能。 同闭环控制系统相比， 开环控制系统的结构要简单得多，同时也比较经济。 开环控制系统主要是用于增强型的系统。 。（2）闭环控制系统由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统。这是一种自动控制系

6、统， 其中包括功率放大和反馈， 使输出变量的值响应输入变量的值。 数控装置发出质量脉冲后， 当指令值送到位置比较电路时， 此时若工作台没有移动， 即没有位置反馈信号时， 指令值使伺服驱动电动机转动， 经过2齿轮、滚珠丝杠螺母副等传动元件带动机床工作台移动。 装在机床工作台上的位置测量元件，测出工作台的实际位移量后， 后反馈到数控装置的比较器中与指令信号进行比较，并用比较后的差值进行控制。 若两者存在差值，经放大器后放大，再控制伺服驱动电动机转动， 直至差值为零时， 工作台才停止移动。 这种系统称为闭环伺服系统。 闭环控制系统（ 1）反馈控制系统反馈控制系统是根据被控量和给定值的偏差进行调节的，

7、 最后使系统消除偏差，达到被控量等于给定值的目的。（2）前馈控制系统前馈控制系统直接根据扰动信号进行调节， 扰动量是控制的依据， 由于它没有被控制量的反馈信号，故不形成闭合回路，所以它是一种开环控制系统。（3）前馈 -反馈符合控制系统它是在反馈控制系统的基础上增加了对主要扰动的前馈补偿作用。3.按给定值信号的特点分类（1）恒值控制系统控制系统的任务是保持被控量恒定不变， 这是生产过程中用得最多的一种控制系统。（2）随动控制系统是给定信号随时间的变化规律事先不能确定的控制系统， 随动控制系统的任务是在各种情况下快速、准确地使被控量跟踪给定值的变化。（3）程序控制系统它的给定值按事先预定的规律变化， 是一个已知的时间函数， 控制的目的是要求被控量按确定的给定值的时间函数来改变。4.按控制系统元件的特性分类（1）线性控制系统当控制系统的各元件的输入 /输出特性是线性特性，控制系统的动态过程可以用线性微分方程来描述， 则称这种系统为线性控制系统。 其特点是可以应用叠加原理。（2）非线性控制系统当控制系统中有一个或一个以上的非线性元件时，系统的特性就要用非线性3方程来描述，由非线性方程描述的控制系统成为非线性控制系统。5.按控制系统信号的形式分类（1）连续控制系统当控制系统的