自动控制原理(11j1)

1、自动控制原理Principle of Automatic Control 课程基本情况介绍 学 分： 4 学时： 64 参考书: 自动控制原理 王建辉 清华大学出版社 自动控制原理 程 鹏 高等教育出版社 现代控制工程 美 katsuhiko Ogata 卢伯英 译 电子工业出版社 自动控制原理 梅晓榕 科学出版社 现代控制系统(第八版) 美 Richard C. Dorf 高等教育出版社 自动控制原理 (第四版) 胡寿松 科学出版社 Matlab应用及有关该软件的工具书 实验： 自动控制实验( 1学分) ; Matlab仿真实验 第1章 自动控制系统的基本概念 本章主要内容： 什么是自动控制

2、和自动控制系统 自动控制的两种基本模式 开环控制和闭环控制 自动控制系统的基本组成及相关术语 控制系统的类型 对控制系统的基本要求 2什么是控制 ？ 控制 控制是一种强迫作用。该作用迫使被控对象按 照控制者的指令行事，实现控制者的期望。 实现控制基本要素：控制对象、控制指令、控制环节（控制器）共同构成完整系统 控制系统。 控制是一种特殊系统作用。物理描述：控制是不同对象之间（控制者、被控者之间）的一种特殊作用（强迫作用）；控制者通过某种方式迫使被控对象的运动状态按照控制指令变化。引 言： 基本概念：控制、自动控制、自动控制系统3自动控制 在控制过程中，不需要人（控制者）的干预。 在无人直接干与

3、的前提下,利用专门的装置 (控制器)来操纵某一种物理对象（被控对象：装置、设备、过程等）的运动或变化，使被控对象的受控物理量（被控量）按照预定的规律变化。 自动控制系统 是为实现某一控制作用及目标所需要的各种环节的组合。 包括控制指令、被控对象、控制环节（控制器、执行机构、传感器等）。人的工作：事先设计控制规律、设计控制器、设定输入指令。4 自动控制应用极为广泛，在工业、国防、航空航天、交通、农业、经济管理、以及人们的日常生活，处处可见。 例1. 室温自动控制 例2. 水罐液位自动控制 例3. 飞机飞行自动控制5 本课程学习、研究自动控制的共性规律。学习有关自动控制系统的组成原理、基本概念、分

4、析方法，为进一步学习和设计符合要求的自动控制系统奠定基础 基本控制理论。61.1 自动控制的基本方式 开环控制和闭环控制一. 开环控制 开环控制示意图 给定量 被控量 (输入量) （输出量） 开环控制方框图 特点：信号从输入到输出，沿前向传送； 按给定量实施控制； 输出量对控制作用没有影响（无反馈作用）。 炉温（开环）控制系统 1开环控制实例（系统组成示意图）(Pictorial diagram )如何实现控制？系统组成？被控量？被对象？8炉温（开环）控制系统 2（系统组成示意图）(Pictorial diagram )如何实现控制？系统组成？被控量？9特点：被控对象（被控量）对控制过程无反馈

5、作用。优点：控制系统结构简单，相对来说成本低。问题：对被控量偏离给定值的偏差没有任何修正 能力，控制精度低，抗干扰能力差。开环控制小结10二. 闭环控制 基于负反馈原理、按偏差调节的负反馈控制闭环控制实例 （1）人工闭环控制炉温（闭环）控制系统（系统组成示意图）(Pictorial diagram )如何实现控制？系统组成？被控量？11(2) 自动闭环控制（系统组成示意图） (Pictorial diagram )系统组成？如何实现自动控制？被控量？负反馈调节过程！特点： 输出参与控制、偏差控制输出 基于负反馈原理、 按偏差调节的负反馈控制.闭环控制基本规律 传感器检测被控对象状态（被控量），

6、并以负反馈方式反馈到输入端,与给定量进行比较而产生偏差,偏差经过控制器产生控制作用（控制量）,使被控量（系统输出量）按照要求的规律变化。最终实现：C(t) = r(t)闭环控制系统方框图（Block diagram）C(t)r(t)13优点： 1. 控制精度高. 2. 能有效的抑制作用于被控对象的干扰. 3. 对系统前向通道中元件参数变化不敏感. 4. 对系统本身部件的非线性影响不敏感. （所有优点都由负反馈调节所决定）代价: 增加了系统的复杂性. 实际的控制系统几乎都是闭环控制系统.141.2 （SISO）自动控制系统的一般组成 r(t) 给定量 (设定量、参考输入量、输入量)c(t) 输出量（被控量 ）b(t) 反馈量（一般为电信号）e(t) 偏差量 e(t) = r(t) - b(t)SISO控制系统的典型方块图（基本模型 ）基本环节：给定环节、比较环节、控制器、执行机构、 被控对象、反馈环节 相关变量：闭环控制系统的结构图（王建辉，P5 图18）16转台控制系统自动控制系统实例1718自动控制系统实例控制器气动阀门流入 Q1浮子水箱流出 Q2H水位自动控制系统19控制任务：维持水箱内水位恒定执行机构：气动阀门受控对象：水箱（供水系统）被控量：水箱内水位高度H20给定值：控制器刻