自动控制原理一般概念讲解幻灯片

1、自动控制原理，控制理论：自动化领域的重要理论基础，引文，研究自动控制理论系统，自动控制技术应用，自动控制系统，3，过程的性质和特性，自动控制是从方法学的角度研究系统的建立、分析和设计的技术领域。自动控制原理是本学科的专业基础课程，是自动控制理论的基础课程，该课程与其他课程的关系如下。微积分(包括微分方程)、电动机和拖动、模拟电子技术、线性代数、电路理论、信号和系统、自动控制理论、复杂函数、拉普拉斯变换、大学物理(动力学、)在一定程度上自动化是现代化的同义词。自动控制原理研究分析自动控制系统设计的基本方法。本章主要讨论什么内容？从自动控制的发展史介绍开始，设计自动控制理论分析、自动控制系统的基本

2、思路，然后介绍自动控制的基本概念和自动控制系统的基本要求，使读者对自动控制理论的总体目标有大致的了解。7、使用飞机导航系统、制导导弹、现代先进技术，导弹将“眼睛”和“大脑”装上，利用负反馈控制原理牢牢固定在目标上。8、哈勃望远镜-特殊卫星、CMB资源卫星、人造卫星控制，准确进入预定轨道并回收。9、雷达技术天线的作用是向一定方向发射雷达产生的无线电波，接收反射的无线电波。天线像人眼一样工作，因此雷达要注视和侦察整个天空，必须继续转动天线，用驱动马达旋转360度，在360度范围内“搜索”。10，10，1.0自动控制开发简史，中国古代自动化的成就：从公元前14世纪到11世纪，中国、埃及和巴比伦缺少自

3、动计时；公元130年，张衡发明了水运泥象，132年开发了地震自动测量大气气象仪器；公元235年，马俊开发了一种类似于扰动补偿自动控制系统的、用齿轮传动装置自动指示方向的支线汽车；11，11，中国古代自动化的辉煌成就：公元725年，行、梁、凌、赞发明了水运输幽灵用自动定时机构，其中天衡装置，根据调整偏差调整自动调节器；公元1086-1092年，运输和韩工盐建立了具有“天顶”自动调整机构和自动报告机构的水上飞机。公元l135年，宋朝的王普在“软化泄漏”中写道，浮筒阀门式器具会自动调节水桶的水位。1637年，明代天工开物本书记录了包含程序控制思想的提花织机结构图。12、飞球调节器是世界上第一个公认的

4、自动控制系统，1788年瓦特发明了飞球调节器，进一步促进了蒸汽机的应用，促进了工业的发展。促进社会进步是飞球调节器被公认为第一个自动控制系统的最大原因！13，13，控制技术停止了一个世纪没有理论指导！飞球调节器有时会大大振动蒸汽机的速度。其他自动控制系统也有类似的现象。当时没有自我控制理论，理论上无法解释这一现象。为了解决这个问题，进行了大约一个世纪的盲目探险。，14，14，自动控制理论的开始，1868年英国麦斯威尔的调速器论文指出，不应单独研究飞行球调节器，应分析整个系统中的控制不稳定性。建立系统微分方程，分析微分方程解的稳定性，分析实际系统中是否出现不稳定性现象。用这种方法控制系统稳定性的

5、分析成为判别微分方程特征根的实际部分的正负符号问题。麦克斯韦的这篇著名论文被广泛认为是自动控制理论的开端。15，15，经典控制理论的诞生1875年，英国劳斯推出了对数稳定标准。1895年，德国赫尔维茨提出了代数稳定标准。1892年，俄罗斯利雅普诺夫提出了稳定性定义和两个稳定性标准。1932年，美国奈奎斯特提出了年龄的稳定性标准。第二次世界大战期间，自动炮和雷达、飞机、通信系统的控制研究直接推动了经典控制的发展。16，经典控制理论的形成 1948年，维纳发行了控制论，形成了完整的经典控制理论，标志着控制领域的诞生。温莎成为控制论的创始人！维纳控制论是一门科学，研究如何将机械元件和电气元件组合成稳

6、定、特定效能的系统。这种新科学的一个非常显着的特点是，完全不考虑能源、热、效率等因素，但在其他许多自然科学中，这些因素非常重要。控制论所讨论的主要问题是一个系统不同部分之间相互作用的定性性质和整个系统的整体移动状态。17、现代控制理论促进了现代控制理论的出现，在第二次世界大战结束后，促进了空间技术的发展，国家积极发展空间技术，经典控制理论需要研究新的控制理论，不能满足要求。现代控制理论在空间技术上取得了巨大成功，促进了空间技术的发展。18，18、现代控制理论在工业过程控制方面遇到滑铁卢，引发了智能控制技术的诞生，现代控制理论在航天技术方面取得了巨大成功，但由于工业过程控制中广泛存在的不确定性和

7、干扰，很难达到预期的效果。模拟人控制技术智能控制无法实现精确控制，但可以对各种复杂系统进行更满意的控制。基于传递函数的经典控制理论，单输入研究-单输出稳态控制系统的分析和设计问题：线性控制系统分析：时域分析，稳定性和稳态误差分析，根轨迹分析，频域分析。非线性控制系统分析：相位平面分析，描述函数分析。(连续控制系统，离散控制系统)，基于状态空间方法的最新控制理论，多输入研究-多输出时变，非线性，高精度，高性能控制系统分析和设计问题： (线性系统，自适应控制，最优控制，鲁棒控制，最优估计，容错控制，系统识别，) 手动(手动)控制：(1)物件：液体储存系统(2)目标：液体层次(3)眼睛：观察液体层次

8、变更(4)大脑：分析、比较、判断(5)手/脚自动限制：无需任何人直接参与，而是使用控制装置(控制器)按照规定的规律自动运行整个生产过程或工作机器(控制对象)的特定操作状态或参数(控制对象)。 自动限制系统：可以实现由控制器和控制对象组成的自动限制操作的系统。、控制对象：需要自动控制的机器、设备或生产流程。控制器：充当控制对象控制的整体控制单元。输入量：用于控制系统输入，使系统具有预期功能或预期输出的物理量。输出量：位于控制系统输出部，自动控制所需的物理量。扰动量：破坏系统输入量和出口量之间预定规律的信号。自动限制系统控制原理方框图，控制器，比较链接，输入，偏差，测量，输出，控制量，扰动量，控制

9、行为，广义对象，自动限制装置，元素：(1):组件开环控制系统，开环控制系统是指没有控制对象反馈的控制系统。也就是说，需要控制控制目标(控制目标)的数量，并且对控制功能没有影响，仅测量给定信号。结构如图所示。37，信号从给定值控制的双向传递。此控件更简单，但有很大的缺陷。也就是说，如果对象或控制单元受到干扰，或者操作过程中属性参数发生变化，则直接影响控制量，不能自动补偿。因此，很难保证系统的控制精度。在另一个意义上，这意味着对受控对象和其他控制组件有较高的技术要求。数控线切割机进给系统、包装机等大部分是开环控制。2 .反馈控制闭环控制(核心)，闭环控制定义为具有控制量反馈的控制，如下图所示。如果

10、观察系统的信息流，系统的输出信号将沿反馈通道返回系统的输入部分，形成闭合通道，因此称为闭环控制系统或反馈控制系统。前/前通道、后/负通道，此控制方法使用偏差修改偏差，无论是由于干扰还是由于结构参数的更改而导致的控制体积的偏差，因此，此控制方法根据偏差进行调整。闭环控制系统的突出优点是利用偏差使系统具有更高的控制精度。但是比起开环控制系统，闭环系统的结构复杂，结构困难。必须指出，闭环控制具有反馈信号，使用偏差进行控制，因此，如果设计不好，系统将不能正常工作，稳定运行。控制系统的精度和系统的稳定性之间经常存在矛盾。开环控制和闭环控制方法各有优缺点，必须在实际工程中根据工程要求和情况确定。如果事先预

11、测输入的波动规律而不更改外部和内部参数，则开环控制更好。如果系统外部的干扰无法预测，系统内部参数会经常变化，因此为了控制精度，闭环控制更为合适。如果系统的性能要求高，为了解决闭环控制精度和稳定性之间的矛盾，可以使用开环控制和闭环控制相结合的复合控制系统。(3)。复合控制，1.3自动控制系统的组成和术语，一般反馈控制系统的原理(1)控制对象：控制系统中控制和操作的对象，接受控制量并控制输出。(2)控制器：接收变换和放大的偏差信号，将受控对象转换为操作的控制信号。(3)放大转换链路：将偏差信号转换为适于控制器执行的信号。根据控制形式、幅度和功率放大变换。(4)为改进校准装置：系统的动态和静态特性而

12、添加的装置。如果校准设备串行连接到系统的前通道，则称为级联校准设备。校准装置以反馈形式连接时，这称为并行校准装置，也称为局部反馈校正。(5)反馈链路：用于测量受控量的实际值，与受控量具有一定的函数关系，并转换与输入信号相同的量的信号。反馈链接通常也称为测量转发链接。(6)生成给定链路：输入控制信号的设备。(1)输入信号：是指直接影响系统输出量的外部输入信号，包括控制信号和扰动信号。控制信号也称为控制、参考输入或指定值。(2)输出信号：是指反馈控制系统控制的物理量，并且与输入信号具有一定的函数关系。(3)反馈信号：将系统(或链路)的输出信号转换为系统(或链路)的输入部分，处理的信号称为反馈信号。

13、如果该信号从系统输出引入系统输入部，则该反馈信号称为主反馈信号。其他的称为局部反馈信号。控制系统中常用的术语，(4)偏差信号：控制输入信号和主反馈信号之间的差异。(5)误差信号：表示系统输出量的实际值和希望值之间的差异。系统希望值是理想化系统的输出，实际上不存在，只能表示为与控制输入信号具有一定比例关系的信号。在单位反馈情况下，所需的值是系统的输入信号，错误信号等于偏差信号。(6)除扰动信号：控制信号外，影响系统输出的信号。1.4自动限制系统类型，1 .按信号流，(1)开环控制系统信号流从输入向输出单向流。(2)闭环控制系统，控制系统的信号除了从输入输出到输出外，如果有输入输出的反馈信号，则也

14、称为闭环控制系统，反馈控制系统，如图所示。2 .按系统输入信号分隔(1)调度值调节系统(自动调节系统)的特点是输入量是固定值，通常称为系统的给定值。控制系统的任务是将各种干扰因素的影响降至最低，以便将输出量保持在指定值(预期值)。工业过程中恒温、静压、恒速等控制系统。(2)控制输入量为未预先确定的偏差量的后续系统(跟踪系统)，系统的输出量必须能够快速、平稳地再现或跟踪输入信号的变化。雷达天线的自动跟踪系统和高射炮自动描绘系统是典型的伺服系统。(3)程序控制系统，系统的控制输入信号不是常数值，而是按照预定的运动规律编制，并安装在输入设备上。也就是说，控制输入信号是预定的程序信号，控制对象根据请求

15、的程序行为进行控制。数控车床是这样的系统。3 .系统组件特性为线性的线性系统和非线性系统可以使用一组或多组线性微分方程来说明系统输入和输出之间的关系。线性系统的主要特征是同质性和重叠性。(1)线性系统，(2)单个组件的特性称为非线性系统，除非线性微分方程能说明其输入和输出关系。非线性系统还没有完整、成熟、统一的分析方法。线性系统理论和方法通常可用于非线性程度不严重或近似分析。4。常数系统和时变系统，(1)常数系统，如果描述系统特性的微分方程的系数都是与时间无关的常数，则称为常数系统。这些系统在不同的时间输入的输出响应形式相同，除非输入信号的形式发生变化。(2)时变系统，仅当描述系统特性的微分方程的系数是时间的函数时，此系统才称为时变系统。5 .连续系统和离散系统，(1)系统中所有组件的信号随时间连续变化的连续系统，信号大小是可以采用称为连续系统的任意值的模拟大小。(2)系统中的一个或多个信号是脉冲序列或数字的离散系统。如果系统有采样开关，则将连续信号转换为离散脉冲形式的信号，称为采样控制系统或脉冲控制系统。如果使用数字计算机或数字控制器，则相应的离散信号以数字形式传递，这种系统称为数字控制系统。，6 .单一输入单一输出系