反馈控制系统的基本概念课件

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自动控制理论的内容1.1.5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--燃烧，传动。（燃烧控制）系统--电力，化工，冶金。（电力控制）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？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1.1.5自动控制理论的基本问题控制系统的分析典型信号下的响应(阶跃响应,频率特性)数学模型(传递函数,状态方程)性能指标(稳态误差,超调量)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)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程中的反馈控制系统例子---第三节自动控制系统的组成及方框图自动控制系统：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)：给定值SVSetpoint-Value偏差值DV

Deviation-value操作值MVManipulation-Value过程变量值

PVProcess-Value

给定器调节器执行器受控过程传感器SVDV反馈PVMV被控量PV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一.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

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,自动纠偏三.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，化学水处理四.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（SingleInputSingleOutput）

例电加热炉温度控制系统电流温度多变量控制系统多入--多出MIMO（Multiple----）

例锅炉燃烧控制系统燃料量送风量引风量工质温度工质压力炉膛压力五.按系统特性分类

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）

位移位移力力七.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

变量变量时间时间八.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

变量时间变量时间九.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阶跃信号（StepFunction）

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

斜坡信号（RampFunction）

斜坡信号为匀速信号，适于测试匀速系统。时间tr（t）Rttg（）=R-----单位阶跃函数正弦信号（SineFunction）

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）动态特性分析

y（t）=f(x（t）)y(t)------输出x(t)---------输入动态响应:系统输出在典型测试信号下随时间变化的特性

f(x(t))x(t)y(t)xytt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