《自动控制原理》课件-第1章 绪论

自动控制原理李晓秀机械工业出版社2018年10月1第1章绪论1.1

自动控制理论及其发展简史1.2

自动控制系统的基本原理和组成

1.3

自动控制系统的分类

1.4

对自动控制系统性能的基本要求

21.1自动控制理论及其发展简史自动控制技术是一种运用自动控制理论、仪器仪表、计算机和其它信息技术，通过自动控制系统对各类机械设备、各种物理参量、工业生产过程等实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术。自动控制理论是研究关于自动控制系统组成、分析和设计的一般性理论。1765年瓦特在他发明的蒸汽机上设计的离心调速器，被公认是首例最成功应用反馈调节器的自动控制装置。英国的麦克斯韦对它的稳定性进行分析，于1868年发表的论文被公认为是自动控制理论的开端。3自动控制理论

20世纪20年代到50年代——古典控制理论。它以传递函数为基础，以时域法，频率法和根轨迹法为主要内容的一门独立学科。研究单输入-单输出一类定常控制系统的分析与设计问题。

20世纪50年代中期后——现代控制理论。它是以状态空间法为基础，研究多输入-多输出、时变参数、高精度复杂系统的控制问题，并形成了如最优控制、最佳滤波、系统辨识、自适应控制等学科分支。古典控制理论——自动控制原理现代控制理论

41.2.1自动控制系统的基本原理1.2自动控制的基本概念自动控制系统——离开人的直接干预，利用控制装置操纵受控对象，使受控对象的被控制量自动地按预定的规律运行。

◆受控对象：控制系统要进行控制的受控客体如冰箱、电梯、飞机、汽车等各种机器或某一生产过程。◆被控制量：控制对象要实现的某一物理量如冰箱的温度、电机的转速、飞机姿态角、船的航迹、电网的电压、生产过程中的压力、流量、温度、湿度等。

5温度人工控制系统：

工件空气温度仪热电偶热处理炉阀门混合器燃气受控对象——热处理炉被控制量——温度6工件燃气阀门热电偶热处理炉

M放大比较放大空气混合器温度自动控制系统：7若实际温度小于给定温度，，它放大后控制电动机开大阀门，调高炉温；若实际温度大于给定温度，，使电动机反转关小阀门，调低炉温。只要实际温度和设定温度不等，系统就会进行自动调节，直到实际温度与给定温度相等，即，，电动机停转为止，实现了温度的自动控制。温度自动控制系统控制原理：8温度自动控制系统框图：

放大电动机阀门加热炉热电偶输入量

输出量

反馈受控对象

放大温度自动控制系统通过对温度信号的测量反馈，再由比较器产生误差信号对系统产生控制作用，炉温未达到设定值时误差信号，电动机转动，控制调节阀门朝减小的方向转动，而当炉温达到设定值时，误差信，控制作用消失，实现了温度的自动控制。

91.2.2自动控制系统的组成

典型自动控制系统框图：10

参与控制的信号：

输入信号、反馈信号、偏差信号、输出信号（被控量）、扰动信号。控制回路：主反馈回路（主回路）局部反馈回路。基本组成部分：给定环节、测量装置、比较装置、放大环节、执行机构、校正装置、被控对象。

信号传递通道：前向通道、反馈通道。11

——开环控制、闭环控制、复合控制1.3自动控制系统的分类1.3.1按控制系统的结构分类

开环控制系统：◆不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不产生影响。特点：无反馈，抗扰能力差；一个输入对应一个输出；系统的控制精度取决于组成部件的精度。

12闭环控制系统：闭环控制系统又称反馈控制系统系统中不但存在从输入端到输出端的信号，还有将输出信号通过测量元件送到系统输入端的反馈信号13闭环控制系统的特点是：

1）闭环控制的实质就是负反馈控制。负反馈控制具有自动修正被控制量偏离给定值（或期望值）的能力，较好地实现了自动控制的功能。

2）闭环控制有较强的抗干扰能力。引入负反馈后，不论是输入信号、或是作用在被反馈包围的前向通道的扰动、或是系统内部参数变化引起的被控制量偏离，都会通过负反馈形成偏差，从而产生相应的控制去减小或消除这些偏差。

3）闭环控制的结构和控制相对复杂，如果结构或参数选取不当，系统控制过程可能变得很差，甚至产生振动或不稳定。复合控制：将闭环控制与开环控制（补偿控制）相结合的控制，称为复合控制。

141.3.2按系统输处信号的变化规律分类——恒值系统、随动系统、程序控制系统

◆恒值系统——输出信号保持恒值

◆随动系统——输出信号随输入信号变化◆程序控制系统——输出信号按照预先确定的规律变化

随动系统——火炮发射架方位控制系统

151.3.3按系统传输信号的特性分类

——线性系统、非线性系统

1.3.4按系统传输信号的时间性质分类

——连续系统、离散系统

161.4对自动控制系统的基本要求稳定性——稳定性是系统能够正常工作的首要条件，指系统受到短暂的扰动后重新恢复平衡工作的能力。17暂态性能——指输入作用