自动控制原理(梅晓榕)1-2.ppt

1、自动控制原理电子教案，白溪镇梅小荣科学出版社2005北京，第一章自动控制概述1.1引言，控制量：机器速度、位移、温度、压力、流量、水位、姿态、航行装置：航天器、飞机、导弹、船舶，1.2自动限制的初步概念，控制：根据指定的规则运行设备或进程(对象)，并确保控制变量根据指定的规则发生变化。系统：可以执行特定任务的对象(组件)的组合。室温控制系统组件框控制对象：受控设备、物理系统或进程控制器：控制控制对象的设备。执行元件：直接变更控制变数的元件。传感器或测量元素：检测物理量并将其转换为其他量。室温控制系统功能框图输入信号：附加变量。输出信号：由系统或元件产生的变数。控制变量：操作于对象的控制器输出的

2、信号。反馈信号：通过传感器转换并返回输入的信号，与输入信号相比，产生偏差信号。命令输入，给定值：受控的期望值。参考输入信号：表示比较命令输入和反馈信号的基准信号。偏差信号：参考输入信号和反馈信号之间的差异。扰动信号：不需要的额外信号。1.3自动控制系统的分类1.3.1开环控制和闭环控制，闭环控制：输出信号充当输入和输出信号本身(反馈信号)。信号流线形成闭合回路。也称为反馈控制。输出信号由偏差量控制。优点：准确度高，抗干扰能力强。缺点：系统结构、设计和调试复杂，可能会失控。开环控制：输出信号仅取决于输入信号，与输出无关。优点：系统结构和调试简单。缺点：抗干扰能力差。1.3.2伺服系统，值控制系统

3、和程序控制系统，值控制系统：输入是固定值。伺服系统：输入是时间的函数，变化规律往往是未知的。程序控制系统：输入信号根据已知规则变化。1.3.3控制系统不同类型的线性和非线性系统计算机控制系统和仿真控制系统。运动控制系统和过程控制系统恒定系统和时变系统。1.4控制系统的配置和基本要求1.4.1控制系统的基本组件，控制目标和控制元素1 2。放大组件放大信号。前置放大器和功率放大器。3.测量组件检测一个物理量，按照一定的规律转换成另一个量。传感器、变送器、敏感元件、传感元件4。补偿组件(朱正廷组件)补充组件。一般功能框图，1.4.2对控制系统的基本要求，1 .稳定性控制，正常运行最基本最重要的要求。

4、2.准确度误差小。稳态精度，稳态性能。3.快速、平滑的过渡过程是快速、平滑的。动态性能。第二章系统的数学模型说明了系统各变量关系的数学形式和方法。经典控制和现代控制理论的基础。静态关系：时间的导数可以忽略。输入决定输出。动态关系：不能忽略时间的度数，输入和初始条件共同确定输出。动态系统数学模型的基础是微分方程。建模方法：分析方法(理论建模)和实验方法(系统识别)。常数系统和聚合参数系统。每个系统可以有相同的数学模型。建立2.1控制系统微分方程，单变量线性常数系统输出在左边，输入在右边，阶降。列写入阶段：1)确定输出和输入量。2)列最初写方程，方程数比中间变量多1。3)删除中间变量。4)标准化结

5、束。简单电气系统和机械系统的示例。1.电力系统常用关系示例2-1-1列使用微分方程式。将电路电流设置为中间变量。，示例2-1-2列写入微分方程。运算放大器的正负输入端电位相同，输入电流为零。2 .机械系统遵循力学的规律。例2-1-3列写系统的运动方程。解析，范例2-1-4栏写入系统的运动方程式。求解2-1-5列写系统的运动方程。解释，2.2传递函数2.2.1传递函数的定义，传递函数简单地表示输出和输入的关系。传递函数的定义：初始条件为0时，输出信号的拉氏变换与输入信号的拉氏变换表达式之比。查找示例2-2-1示例2-1-1中的传递函数。解释，示例2-2-2示例2-1-2中的传递函数。取得范例2-

6、2-3范例2-1-3的传递函数。解释，2.2.2传递函数的一些说明，1 .传递函数的概念适用于线性常数系统，与输入信号的特定格式和大小无关。关于传递函数，必须注明输入量和输出量。传递函数的概念主要适用于单输入、单输出情况。2.传递函数不反映系统或构件的学科和物理特性。物理特性和学科类别完全不同的系统可以具有完全相同的传递函数。3.对于实际元件和系统，传递函数是复合变数S的玻璃分数。传递函数的有理分数格式：传递函数的0极表达式：传递函数的时间常数格式4。对于实际物理元素和系统，分子多项式的顺序总是小于分母多项式的阶数。这是客观物理世界的基本属性。5.传递函数是使用复杂变量s作为参数的系统的复杂域

7、说明。微分方程是以时间为自变量的系统的时域描述。6.系统传递函数的分母为零的方程式称为特征方程式，特征方程式的根称为特征根。特征根是传递函数的极点。从、2.2.3基本链接和传递函数、动态表达式、传递函数和动作特性的角度来看，不可分割的最小链接称为基本链接。1.放大链接(比例链接)2。惯性链接3。积分链接，4。振动连结5。纯微分链接6。一阶微分链接，7。二阶微分环节8。延迟链接，范例2-2-4解析，范例2-2-5解析，范例2-2-6包含积分环，因此称为积分电路。例2-2-7，例2-2-8解出了惯性微分。2.3控制系统中的方框和传输函数2.3.1方框图的概念和绘制、动态结构图缩写方框图、系统组件之

8、间的输入信号传输过程可以非常清楚地表示。很容易找到复杂系统的传输函数。系统的方块图包含图形符号，例如函数方块、信号流程线、其他点、分支点等。绘制系统方块图，首先列出系统方程。1)从输出量开始写第一个方程式，输出量可以放在方程式的左边，剩下的放在右边。2)后续方程的左边只有一个量，这是上述方程的中间变量。写方程式时，请使用已经出现的量。4)中间变量必须至少在一个方程的左边出现一次。5)输入量必须至少在一个方程的右侧出现一次。示例绘制2-3-1下面的电路图的方框图，从输出量开始，然后是系统方程式，连接链接的简化三种连接结构：和2。3个并行链路并行N个连接并行，总传递函数是N个连接传递函数的代数和。

9、3 .反馈电路的简化常识的号码用于负反馈系统，-号码用于正反馈系统。闭环传递函数，该链接的开环传递函数。、4。额外的点和分支点(1)前进额外的点(2)在额外的点之间移动(3)向后移动分支点(4)在相邻分支点之间移动，2.3.3闭环系统的传递函数3)输出扰动输入的闭环传递函数4)系统总输出，5)偏差信号与移动分支点并添加点。示例2-3-2查找闭环传递函数C(s)/R(s)和E(s)/R(s)。解析、误差传递函数、2.3.5梅森增益公式、梅森增益公式的一般形式是系统的输出信号和输入信号之间的传递函数(特征型、表达式、所有电路的电路传递函数之和)。两个徐璐不接触的电路、相应电路传递函数积的总和徐璐不接触的三个电路都是相应电路传递函数的乘积的总和。n系统正向路径数；输入-在输出端的K组前向路径中，从每个传递函数的乘积中删除具有与K组前向路径接触的循环的项目后剩下的部