自动控制系统的工作原理.ppt

1、1.自动控制原理著名国防科技大学出版社2，1。人类社会发展的三大时代，人力时代人类主要依靠自己的身体进行能源转换和信息转换，但人类自身的转换功率和范围极有限，尽管9牛2号的力量，也不能昼夜不停地工作，机械化时代蒸汽机、发电机出现后，即使使用九头号，也不能形容一台马达的巨大威力，而是不断以“精力旺盛”的状态工作。、人类的“力量”不知扩大了多少亿倍！人类的力量不知不觉地扩展到了几千公里以外！物质丰富，农民们改造成了工人，进入了资本主义社会。3，自动化时代在这个时代，不仅能源转换，信息转换也是机器实现的。在人类活动中看到的空间，只要是需要“力量”的地方，就会贴上小脑袋、微控制器、微处理器等小脑袋。工

2、业生产自动化了，而且农业生产、家务劳动、交通运输、人居环境可以用自动化技术完成所有已知的规律。4，5，2自动控制原理过程性质和地位自动控制原理(自动控制理论自动控制原理反馈控制理论，简称自制)是研究自动控制系统共同规律的技术科学。它是一门技术基础理论课，主要研究自动控制系统的构成、分析和设计理论。大学一年级公共基础课：英语、数学、物理、政治、二年级技术基础课：电路、电子电气、计算机程序设计三大专业基础课：自主电力、同时，也是部分硕士点研究生考试必修课。6，上课时间：共14周，每周2次星期一12星期三34解决困难时间，地点：共64小时，讲课52小时，练习2小时，实验10小时授课地点：1南408，

3、每402章的时间安排：第1章引言3小时2章控制系统的数学说明8小时3章时间区域分析11联系方式：王宁老师实验内容：1。一般连结(比率、积分、惯性)测试2。第二个系统单元级别响应和性能指标3。高级系统阶段响应，绘制根轨迹图4。频率特性(Nyquist图、Bode图)绘制5作业的一半不足，不能考试。5参考文献。著名标准自动控制原理国防科技大学出版社2。湖松自动控制原理简明教程科学出版社3。盐硬化自动控制原理哈尔滨工业大学出版社4。奥吉自动控制原理清华大学出版社5。李宇浩自动控制原理国防工业出版社6。后记龙自动控制原理西安交通大学出版社9，第一章线程理论，1-1自动控制的基本概念1-2自动控制系统的

4、工作原理1-3闭环控制系统的基本组成部分1-4自动控制系统的基本要求1-5自动控制系统的分类1-6控制系统的示例1-7自动控制理论的发展历史1-8控制系统的发展历史，应用领域：冰箱、空调、洗衣机、电梯、汽车、电站锅炉、酿造过程、航空航天等各种机器或生产过程控制和军事领域。自动限制的定义：是指不直接参与，而是使用控制装置(控制器)按照预定规则自动执行机器、设备或生产过程(控制对象)的操作状态或参数(控制对象)。11，1.2自动控制系统的工作原理，系统：为了达到特定目的，部分对象相互作用并徐璐约束，构成具有一定运动规律的整体。控制系统：可以自动控制受控对象的操作状态的系统，由控制目标和控制器组成的

5、整个系统。自动控制系统的性能在很大程度上取决于系统的控制器为起到控制作用而必须接收的信息。该信息包括1)在系统外部，即由系统输入部输入的参考输入信号。2)反映受控对象的输出端，即受控对象的行为或状态的信息。12，从控制目标输出端获取的信息通过中间链路(称为反馈链接)返回到控制器的输入端的过程称为反馈。发送反馈信号的载体称为反馈信号。是否使用反馈对控制系统的各个指标(稳定性、快速性、准确度)有很大影响。13，开环控制系统Open-loop控制系统，定义：系统的控制输入量不受输出影响的控制系统特性：系统的输出量和输入量之间存在没有反馈的信道。这称为开环控制。在开环控制系统中，不需要测量输出量或反馈

6、输出量。因此，开环控制系统也称为反馈控制系统。14，图1-2电动机速度控制系统，15，前馈控制(开环)，(根据扰动控制方法)，(参考输入量)，这些控制方法的前提条件：可以测量干扰，应用：交通信号灯，自动洗衣机，生产线负片反馈控制是使用负反馈(正反馈较少)并使用偏差进行控制的过程(使用偏差修改偏差)。反馈量的反馈信息被引入，从而关闭整个控制过程，因此反馈控制也称为闭环控制。17，热系统的手动反馈控制，18，热系统的自动反馈控制，19，闭环控制的优缺点，因此参数选择是控制理论和系统设计中必须解决的重要问题。20，反馈控制系统是比较输出量和参考输入量，并试图保持两者之间的既定关系的系统，使用输出量和

7、输入量的偏差进行控制。需要注意的是，反馈控制系统不仅限于工程领域，在社会学、经济学、生物学等各种非工程领域也存在反馈控制系统。反馈控制系统是自动控制原理的主要研究对象，21，反馈在系统中可以分为正向反馈和负向反馈，负向反馈主要通过输入和输出之间的差异作用于系统的其他部分。这个差异反映了我们请求的输出和实际输出的差异。控制器的控制策略是继续减少此差异，以减少差异。例如，人们打算拿走书桌上的箱子。用眼睛测量距离，确定方向，移动距离，继续测量距离，通过大脑判断消除偏差，积极反馈主要用于放大自动控制系统中的微小变化，使系统在稳定状态下工作。您还可以将正向反馈与负向反馈一起使用，以提高系统性能。例如，铀

8、235通过中子轰击，通常产生两个中间质子数的原子核，释放23个中子和大量能量。发射的一些中子继续引起中核分裂。这样做，系统的作用会越来越严重。因此，在核反应堆中，通常通过控制铅棒与反应物接触的区域来控制核反应的急剧程度。22、闭环控制系统箱、反馈电路、控制量、干扰量、23、24、当炉内实际温度与给定电位表希望高度相匹配时，热电偶输出电压等于给定电压，电机不旋转。如果炉温由于扰动而发生偏差(例如炉温低于希望值)，则偏差电压放大后驱动电机旋转，调节器刷向上移动，电阻线两端电压增加，炉温升高，希望值升高的倾向。工作原理：25，闭环与开环控制系统的比较，开环控制：正向作用，无反向连接，无偏差补偿能力，

9、抗干扰性下降。结构简单，曹征容易，成本低。如果精度要求不高或扰动少，这种控制方法也有实用价值(步进电动机、泵、风扇)。闭环控制：为了控制偏差，控制精度很高，因为它抑制了内部(更改系统参数)、外部扰动(更改载荷)对控制量的影响。但是结构复杂，费用高(价格翻倍，架子，洗衣机，轿车)。系统设计，分析问题。26，复合控制系统复合控制系统，定义：开环控制和闭环控制相结合的控制方法。是构成高精度控制系统的有效控制方法，控制系统的控制性能好。复合控制的两种基本形式是根据输入前向补偿的复合控制进行干涉前向补偿的复合控制，27，图1.3根据干涉补偿进行复合控制系统框图，反馈回路，控制，干涉量，反馈回路，控制，干

10、涉，前馈补偿，信号沿着箭头方向从输入部传到输出端的传输过程称为正向路径。系统输出量通过测量设备反馈到输入端的传输路径称为主反馈路径。正向路径与主反馈路径一起构成主循环。此外，还有由本地反馈路径及其路径组成的内部循环。图1.5闭环控制系统基本组件，元件比较：将测量元件检查的实际值(驱动)与指定元件给定的参照量进行比较，以确定两者之间的偏差。差动放大器，自角度机器等。放大元件(zoom components):放大比较元件给定的偏差，驱动执行元件以控制控制物件(例如放大镜、晶闸管)。执行机构：直接推动控制对象，使控制量发生变化。步进电动机、继电器开关等补偿(补偿)元件：结构或参数易于调节的元件或机

11、构，通过连接或反馈到系统来提高控制系统性能。31，1-4自动控制系统的基本要求，自动控制系统性能的基本要求(三个方面)稳定性(前提)系统短暂扰动后，运动性能从偏差平衡点恢复到原始平衡状态的能力。所有自动控制系统必须满足最基本的要求。由系统的结构参数决定，与外部因素无关。，32，稳定的控制系统应在相位信号或扰动信号的作用下收敛响应的暂时过程。如果系统设计不正确，则在相位信号下或扰动信号的作用下，相应的振幅振动可能是等幅振动，也可能是振幅逐渐增加的发散振动。发生这种情况的系统称为不稳定系统。系统稳定性包括两个方面的含义。(1)系统稳定，称为绝对稳定。也就是说，一般称为稳定性。(2)输出振动的强度称

12、为相对稳定性。例如，系统绝对稳定，但由于相位信号的作用，响应振动强，振动衰减慢，系统属于稳定系统，但相对稳定性差。33，转换过程性能(快速要求):系统短暂扰动后，动作性能从偏差平衡点返回到原始平衡状态的能力由系统的结构参数与外部因素无关。描述转换过程的性能可以用平滑和快速的速度测量，这称为动态性能。例如：上升时间、峰值时间、曹征时间、超出曹征。正常状态错误(控制精度或准确度要求):转换过程结束后，输出响应系统转换过程结束后，预期的正常状态输出量和实际正常状态输出量之间的差异称为正常状态错误。该误差越小，表明系统的输出跟随参考输入的精度越高。简单地说：稳定、快速、准、34，1-5自动控制系统分类

13、，根据工作原理进行分类开环控制，闭环控制，根据复合控制数学模型进行分类常数系统和时变系统线性系统和非线性系统，系统的每个组件输入和输出特性为线性特性，系统状态和性能为线性微分方程或差分方程，线性系统的一个显著特征满足重叠定理只要系统具有作为非线性元件的元件，系统的微分方程就被描述为非线性方程。这种系统称为非线性系统。由于非线性系统的多样性，叠加原理不成立，研究也不方便，所以只能在特定条件下用近似分析方法处理。35，根据系统内部的信号特性对连续系统和离散系统进行分类，连续系统的特征是系统各组件的输入和输出信号是时间的连续函数。这些系统的运动状态用微分方程说明。连续系统中每个组件传输的信息在工程中

14、称为模拟量，大多数实际物理系统属于这些类别，输入输出通常用和表示。控制系统只要有信号脉冲序列或数字，就是离散系统。该系统的状态和性能通常用差分方程说明，在实际物理系统中，信息不经常表示为离散信号，经常由于控制的需要，连续系统离散采样。采样过程通常通过采样开关将连续模拟更改为脉冲序列。这种系统也称为采样控制系统。36，根据输入量变化规律，对恒值控制系统分类：温度控制系统、速度控制系统等后续控制系统：例如，函数记录器、高射炮等程序控制系统：数字控制机器、信号灯系统等。后续控制系统的主要特征是输入指定信号的变化规律是无法事先确认的随机信号。这些系统的任务是快速输出。程序控制系统和后续控制系统的区别在于，给定的输入不是随机的，而是按照预定的规律变化的。这些系统经常应用