自控 课后题.ppt

1、第一章：自动控制的基本概念，自动控制原理，国家“十一五”高等教育规划教材，机械工业出版社，第一章自动控制的基本概念。本课程有64小时8小时的实验，并在16周内完成了要求的考试课程。考试结果：期末试卷占总成绩的80%，出勤率和作业占10%，实验占10%。参考教材：“自动控制原理”，花梦主编，机械工业出版社，3，第1章，自动控制的基本概念。本章介绍了自动控制的基本概念，自动控制系统的组成和特点，以及几种类型的自动控制系统。1.1概述1.2自动控制的基本原理1.3控制系统的分类1.4控制系统的性能要求，自动控制原理4 .“经典控制理论”正式诞生于20世纪40年代。代表性的工作是控制论或动物和机器中的

2、控制和交流(维纳1948年出版)。“经典控制理论”以传递函数为数学工具，研究对象主要是一种线性SISO自动控制系统。20世纪60年代初，第一颗人造卫星上天，宇宙飞船成功登陆月球，诞生了“现代控制理论”。“现代控制理论”基于状态空间方法，主要研究非线性时变多输入多输出自动控制系统的分析与设计。1.1自动控制简介，亚历山大英雄的调节器工作如下：火作为系统的输入，加热祭坛底部的空气，热的(膨胀的)空气将水从中间容器(容器1)推到桶(容器2)。罐1的位置是固定的，铲斗由缠绕在门轴上的绳索提升，而W是配重。当铲斗为空时，门被配重关闭。当铲斗中有适量的水时，门向下移动，而配重向上移动，门自动打开。当火被扑

3、灭时，水从水桶流回水箱1，配重W向下移动，门自动关闭。对自动控制系统的简要历史回顾，美国瓦茨离心调速器，其控制应用始于18世纪下半叶。1769年，詹姆斯瓦特发明了第一台离心调速器，广泛用于机车控制。特别是，它被用来控制蒸汽机的速度。实现如下：随着蒸汽机角速度的增加，离心力将球向上推，蒸汽阀关闭。当蒸汽阀关闭时，从锅炉进入发动机的蒸汽减少，蒸汽机的角速度降低。相反，当蒸汽机的角速度下降时，球下落，蒸汽阀打开，进入发动机的蒸汽量增加，角速度也增加。这样，就可以调节发动机转速。瓦特的离心调速器，表选控制系统的历史发展，自动控制系统是由各种部件组成的有机整体，它按照预定的规则自动完成某些任务。今天的机

4、器和设备要么是全自动化产品，要么是部分自动化产品。例如冰箱、热水器、洗衣机、电梯、遥控电视、全球电话通信系统和互联网。工业生产也是完全或部分自动化的，如食品、造纸、水泥、汽车等行业。控制应用的例子还包括其他领域：发电厂、(核和化学)反应堆、运输系统(汽车、飞机、船只、直升机、潜艇等)。)、机器人(装配、焊接等。)、武器系统(火控系统、导弹等)、计算机打印机、磁盘驱动器、磁带等。)、农业(温室、灌溉等。)。结论：自动控制已经应用于人类科技活动的各个领域，为现代科技进步做出了贡献。，实际控制示例，1位置控制系统或位置伺服机构，2金属板厚度控制系统，3液位控制，4飞机机翼控制系统，其设计用于通过飞行

5、员的手动控制操纵杆控制飞机机翼边缘的倾角。该系统的工作原理如下：当操纵杆被推到一个新位置时，电位计P的位置发生变化，导致A点和B点之间的电位差作用在电磁铁上，液压伺服阀马达阀的活塞移动。阀门的运动使压力油进入动力缸，推动其活塞左右移动，从而使飞机的机翼下降或上升。这样，飞行员可以控制机翼的倾斜度。5导弹方向控制系统，6远程机器人控制，一个用高灵敏度摄像机检查单个半导体晶片的三轴控制系统，一个用高灵敏度摄像机检查半导体晶片的三轴控制系统，8锅炉发电机控制系统，锅炉发电机控制系统，9汽车转向控制系统，11激光眼科手术控制系统，飞机框图、垂直陀螺仪、反馈电位计、自动控制原理、22、1.2自动控制原理

6、、1.2.1自动控制系统示例(1)温度控制系统、自动控制原理、23、1.2自动控制基本原理、24、1.2自动控制基本原理、受控对象控制装置：接受受控量并输出受控量(加热炉)。测量装置：检测被控对象(热电偶)的控制量。比较器：它将测量信号与给定信号进行比较，并获得偏差(比较电路)。计算设备：它可以执行复杂的操作。决定系统性能的放大器：经过计算和处理后的信号通常是微弱信号，不能驱动被控对象。它被它(放大器)放大。执行装置：驱动被控对象的被控量变化(电机)，自动控制原理，25，1.3控制系统分类控制系统分类，1.3.1按信号传递路径分类(1)无扰动测量的开环控制系统(2)有扰动测量的开环系统(3)有

7、偏差调节的闭环系统，自动控制原理，26，1.3控制系统分类(续)， (4)混合或组合系统(1.3.2)根据输入信号特征分类(1)恒定控制系统(2)程序编程控制系统(3)随动跟踪控制系统(也称为伺服系统)，自动控制原理，27，1.3控制系统分类(续)，(1)线性系统有两个重要特征：叠加性和同质性。 1)叠加：如果c1(t)代表r1(t)产生的输出，c2(t)代表r2(t)产生的输出，当r1(t)和r2(t)同时作用时，输出为c1(t) c2(t)。2)同质性：如果r(t)产生的输出用c(t)表示，则Kr(t)作用下的输出为Kc(t)。1.3.3根据系统的数学模型分类，自动控制原理，28.1.3控

8、制系统的分类(续)，(2)非线性非线性系统是非线性系统，只要一个部件具有非线性特性。非线性系统的特点是不满足叠加原理。有继电器、死区、饱和、间隙特性和大量其他非线性特性。(a) (b) (c) (d)，自动控制原理，29，1.3控制系统的分类(续)，(1)连续时间连续系统：控制系统中每个环节的输入和输出都是时间t的连续函数，(2)离散时间离散系统：只要系统中的一个信号是脉冲序列或数字代码，1.3.5根据系统参数的特性进行分类，(1)在系统运行期间，时间不变系统的系统参数相对于时间是不变的。(2)时变系统的系统参数是时间t的函数，1.3.4根据时间的时间变量特性分类，自动控制原理，30，1.4控制系统的性能要求，1.4.1稳定性当系统受到扰动时，系统的输出c(t)可能出现递增振荡或单调增长现象，这种现象称为不稳定不稳定现象，这种系统称为不稳定系统。当系统在受到干扰后能够恢复到原来的工作状态时，这样的系统就是稳定的，称为稳定系统。(b)、(a)、自动控制原理、31.4控制系统的性能要求、1.4.2动态性能指标当系统的输入信号r(t)是阶跃函数时，其输出信号c(t)称为阶跃响应。该图显示了自动控制系统在阶跃输入r(t)作用下的输出响应曲线c(t)。在控制系统稳定的前提下，我们总是希望尽可能快地做出响应，超调越小越好。自动控制原理，32，1.4控制系统的性能要