自动控制原理

第一节

概论1.1.1

控制的含义控制（CONTROL）----某个主体使某个客体按照某种指定的规律运行or发展。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--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飞行控制声控光控路灯1.1.3

自动控制理论的内容自动控制理论经典控制理论(19世纪中叶--

20世纪50年代)线性非线性时域法

频域法

根轨迹法采样控制相平面法

描述函数法法法Z变换法

现代控制理论(60年代以来)状态反馈控制最优控制智能控制控制自适应控制模糊控制大系统多层分散控制1.1.5

自动控制理论的基本问题控制系统的分析数学模型

(传递函数,状态方程)稳定性动态性能静态性能指标控制系统的设计性能要求(性能指标,约束条件)控制器的结构和参数设计和整定性能校核

(计算,仿真,实验)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)：受控过程（受控对象）控制系统=受控过程＋控制装置第三节

自动控制系统的组成及方框图给定器调节器执行器被控对象传感器被控量自动控制系统： 控制装置＋受控对象方框图(方框+箭头+求和圆+线条)：分析系统内各部分之间关系的图解法．自动控制系统的组成(如锅炉水位控制系统)：扰动偏差控制量给定值第四节

自动控制系统的分类设定器控制器被控对象扰动被控量设定器被控过程传感器控制器1.4.1

按系统环节连接形式分类闭环控制系统:开环控制系统：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

开环温度控制系统例1.4.2

开环转速控制系统开环控制系统特点：信号从输入到输出无反馈,单向传递.结构简单.控制精度不高,无法抑制扰动.闭环控制系统举例M电压放大器功率放大器负载测速发电机M器温度控制器热电偶调压器例1.4.3

闭环温度控制系统220V~例1.4.4

闭环转速控制系统1.

有反馈回路;闭环控制系统特点:2.

结构复杂;

3.控制精度高,自动纠偏1.4.2

按给定值变化规律分类（从控制目的上分）ttrr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

化例，靠模加工系统1.4.3

按输入输出变量数分类电加热炉电站锅炉单变量控制系统单入--单出SISO（Single

Input

Single

Output）温度例电加热炉温度控制系统电流多变量控制系统多入--多出MIMO（Multiple----）例锅炉燃烧控制系统量送风量引风量工质温度工质压力炉膛压力1.4.4

按系统特

件特性）分类线性控制系统输入与输出成正比，可用叠加原理用线性数学模型描述例弹簧秤（在工作区）非线性控制系统输入与输出不成正比，不可用叠加原理用非线性数学模型描述例弹簧秤（不在工作区）位移位移力力1.4.5

按变量的时间特性（信号的处理方式）分类连续时间控制系统系统中的变量可随时变化，连续，不间断例重锤式转速控制系统离散时间控制系统系统中存在离散变量，它们只在固定时刻存在和变化例计算机控制系统变量变量时间时间1.4.6

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1.4.7

按控制规律分类常规控制（PID）智能控制控制最优控制

自适应控制鲁棒控制模糊控制神经元控制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）时间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。r（t）R0t

0t

0r(t)

R

u(t)

Ru(t)-----单位阶跃函数1.5.1.2

斜坡信号（Ramp

Function）r（t）R

ttg（）=R时间t斜坡信号为匀速信号，适于测试匀速系统。0t

0t

0r(t)

R

t

u(t)

Rtu(t)-----单位阶跃函数1.5.1.3

抛物线信号（Parabolic

Function）时间t抛物线信号为匀加速信号，适于测试匀加速系统。r（t）0.5Rt

2u（t）-----单位阶跃函数0t

0t

0r(t)

0.5R

t

2

u(t)

0.5R

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0t

0A

/h实际情况:r（t）=0 t

<

0,

t

>

h可用于测试系统抗冲击能力时间t0<=t<=hr（t）Ahdt

(t)

du(t)1.5.1.5

正弦信号（Sine

Function）r（t）=Asin(

t+

)A--------幅值--------频率

--------初相位正弦信号为单频率信号，适于测试系统频率特性。时间tr（t）1.5.2.1

动态特性分析y（t）=

f(x（t）)y

(t

)------

输出

x(t

)

---------