自动控制原理电子教案-新ac1x课件

1、第一章 绪论第一节 概论第二节 反馈控制系统的基本概念 第三节 自动控制系统的组成和方框图第四节 自动控制系统的分类第五节 控制系统性能分析概论第六节 自动控制系统性能要求第一节 概论1.1.1 控制的含义1.1.2 人工控制与自动控制1.1.3 自动控制学科的特点1.1.4 控制科学与工程的内涵1.1.5 自动控制理论的内容1.1.6 自动控制理论的基本问题1.1.1 控制的含义控制（CONTROL）-某个主体使某个客体按照一定的目的动作主体-人：人工控制； 机器：自动控制客体-指一件物体，一套装置，一个物化过程，一个特定系统。物体-飞船，电炉。（飞船控制）装置-锅炉，汽机。（锅炉控制）过程

2、-燃烧，传动。（燃烧控制）系统-电力，化工，冶金。（电力控制）1.1.2 人工控制与自动控制煤气灶上油煎鸡蛋时的油温控制自行车速度控制汽车驾驶收音机音量调节电饭煲空调抽水马桶汽轮机转速控制导弹飞行控制声控光控路灯1.1.3 自动控制学科的特点应用广泛小至电子表,大至人造卫星,几乎包括各个领域. 我院6个专业有4个学“自控原理”课日益重要很难想象现代生活和生产过程没有自动控制装置如何能够继续? 你敢让大型发电机组用人工控制来运行吗? 你愿意使用不能自动控制温度的电冰箱吗？发展迅速从离心重锤式的简单自动机械到具有每秒运行上亿次的CPU的智能机器人,自动控制学科发展日新月异.越来越复杂和越来越精确的

3、控制要求以及高度发展的现代科技(如计算机)是促进自动控制学科飞速发展的重要原因1.1.4 控制科学与工程学科的内涵控制科学与工程控制理论与控制工程检测技术与自动化装置模式识别与智能系统系统工程第二节 反馈控制系统的基本概念信息反馈-最基本的自动控制原理反馈控制系统的中的常用术语：给定值（参考输入值）偏差值控制量被控量扰动量(内扰,外扰)自动控制装置 = 传感器 + 控制器 + 给定器 + 执行器受控过程（受控对象）控制系统 = 受控过程控制装置例1.1 锅炉汽包水位控制系统工业过程中的反馈控制系统例子-调节器汽包变送器主蒸汽过热器省煤器执行器给水调节阀给水泵给水例1.2 水箱水位控制日常生活过

4、程中的反馈控制系统例子-开环控制系统举例电热丝加热炉220v调压器功率放大器负载电位器M例1.4.1 开环温度控制系统 开环控制系统特点：1. 信号从输入到输出无反馈,单向传递. 2. 结构简单. 3. 控制精度不高,无法抑制扰动.例1.4.2 开环转速控制系统 闭环控制系统举例 M电压放大器功率放大器测速发电机负载M减速器温度控制器热电偶调压器220V例1.4.3 闭环温度控制系统例1.4.4 闭环转速控制系统闭环控制系统特点: 1. 有反馈回路; 2. 结构复杂; 3. 控制精度高,自动纠偏1.4.2 按控制依据信号性质分类控制器控制器被控过程控制器被控过程控制器被控过程反馈控制系统 前馈

5、控制系统前馈-反馈控制系统1.4.3 按给定值变化规律分类tttrrr恒值控制系统 给定值不随时间变化 例 恒温，恒压系统随动控制系统 给定值按需求随机变化 例 雷达跟踪， 靠模加工系统程序控制系统 给定值按条件（时间或流程）变化例 金属热处理，化学水处理1.4.7 按变量的变化特性分类 模拟量控制系统 系统中的变量是反映物理量的模 拟变量，可以是任意数值 例 热电偶测得电势，反映温度 开关量控制系统 系统中变量只有两个状态，0或1， 开或关 例 全自动洗衣机 变量变量时间时间1.4.8 按变量的统计特性分类 确定性变量控制系统 系统中的变量被认为是无噪声的 确定性变量 随机性变量控制系统 系

6、统中的变量被认为是有噪声的 随机性变量 变量时间变量时间1.4.9 按控制规律分类常规控制（PID）智能控制预测控制最优控制自适应控制鲁棒控制模糊控制神经元控制1.4.10 按控制器实现器件分类机械型电动型气动型计算机型综合型 第五节 控制系统性能分析概论典型试验信号阶跃信号斜坡信号抛物线信号脉冲信号正弦信号系统性能分析方法动态特性分析稳态特性分析1.5.1.1 阶跃信号（Step Function） 阶跃信号含宽频带谐波分量，产生容易，是最常用系统性能测试信号。时间r（t）R-单位阶跃 函 数1.5.1.2 斜坡信号（Ramp Function） 斜坡信号为匀速信号，适于测试匀速系统。时间

7、tr（t）R tt g（）=R-单位阶跃函数1.5.1.3 抛物线信号（Parabolic Function） u（t）-单位阶跃函数抛物线信号为匀加速信号，适于测试匀加速系统。时间 tr（t）0.5 R t 21.5.1.4 脉冲信号（Pulse Function） t = 0 理想情况: r（t）= ( t ) = (t) -单位脉冲函数 0 t 0 A / h 0 = t = h 实际情况: r（t）= 0 t h 可用于测试系统抗冲击能力时间 tr（t）Ah1.5.2.2 稳态特性分析 y（t = ）= f ( x) y () -稳态输出 x - 输入 稳态特性: 平衡状态下系统输出与输入的关系 线性 饱和非线性 死区