控制工程Chap1.ppt

1、,控制工程,机电工程学院 胡兆勇 ,本课程的总体要求,Laplace变换，传递函数与方框图的求取、简化与演算等，应有清晰的基本概念并能熟练掌握 对于典型系统的时域和频域特性，有清晰的基本概念并能熟练掌握 掌握线性系统稳定性基本概念和常用判据,1 绪论,1.1.1 控制系统的基本概念,是指某主体在某客体上添加某种操作，使其产生所期望的行为或状态 可分为人工控制与自动控制,什么叫控制？,1.1.1 控制系统的基本概念,人工控制：在人直接参与下，使被控对象的被控制量按预定规律变化的方式（主体为人）,1.1.1 控制系统的基本概念,自动控制：该操作由控制装置自动完成，不需要人参与的控制（主体是机器）,

2、被控对象,扰动量,被控量,控制量,给定量,1.1.1 控制系统的基本概念,被控量（系统输出量）：表征被控对象运动规律或状态的物理量,控制量：直接作用于被控对象的物理量，即被控对象的输入量,扰动量：所有使被控对象偏离给定值的作用量,给定量（系统输入量）：被控对象的期望运动规律或状态的物理量,控制三要素：被控对象；控制目标；控制装置,控制装置,控制目标,被控对象,1.1.1 控制系统的基本概念,1.1.3 机械工程控制论的研究对象,研究对象,机械工程领域的系统（如数控机床、机器人等）,研究任务,控制系统与其输入、输出之间的动态关系,1.1.3 机械工程控制论的研究对象,研究任务类别,(1) 系统分

3、析：已知G，Xi，求Xo (2) 最优控制：已知G，求Xi，使Xo符合要求 (3) 最优设计：已知Xi，求G，使Xo符合要求 (4) 滤波与预测：已知Xo，求G，以识别Xi或Xo的有关信息 (5) 系统辨识：已知Xi， Xo ，求G,1.2.1 系统的特性,系统的性能不仅与系统的元素有关，而且还与系统的结构有关； 系统的内容比组成系统各元素的内容要丰富得多,1.2.2 机械系统,以实现一定的机械运动、输出一定的机械能，以及承受一定的机械载荷为目的的系统 其输入和输出分别称为“激励”和“响应” 人为地、有意识地加上的激励又称为“控制”，如果是偶然因素，无法加以人为控制，则称为“扰动”,1.2.3

4、 系统模型,系统的模型包括实物模型、物理模型和数学模型等等。而数学模型又包括静态模型和动态模型 物理模型：物理学中用简化的方法来研究复杂的实际系统，用一种能反映原物理本质特性的理想物质或过程，去描述实际的事物或过程。 静态模型反映系统在恒定载荷作用下或在系统平衡状态下的特性；而动态模型则用于研究系统在迅变载荷作用下或系统不平衡状态下的特性 动态模型在一定的条件下可以转换成静态模型，但静态模型一般不能转换成动态模型。,1.3.1 反馈的概念,1.3.1 反馈的概念,反馈（信息反馈）：将系统的输出以一定的方式返回到系统的输入端并共同作用于系统的过程，称为反馈或信息反馈。有两种常见的反馈：内反馈和外

5、反馈 内反馈：在系统或过程中存在的各种自然形成的反馈，称为内反馈。它是系统内部各个元素之间相互耦合的结果 外反馈：在自动控制系统中，为达到某种控制目的而人为加入的反馈，称为外反馈,1.3.1 反馈的概念,1.3.1 反馈的概念,将系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的，这就是负反馈原理！,1.4.1 典型反馈控制系统的基本组成,1.4.1 典型反馈控制系统的基本组成,被控对象,给定环节,执行环节,放大环节,测量环节,比较环节,1.4.2 系统分类,按照反馈情况：（1）开环系统,1.4.2 系统分类,按照反馈情况：（2）闭环系统,1.

6、4.2 系统分类,按照输出变化规律：（1）自动调节系统 也称为恒值控制系统 输出量以一定的精度等于给定值，而给定值一般不变化或变化很缓慢，扰动可随时变化的系统 如恒温箱、液面控制、离心调速系统等 此类系统同时是闭环系统。,1.4.2 系统分类,按照输出变化规律：（2）随动系统 又称为跟踪系统 输出量能以一定精度跟随给定值变化的系统 这类系统的特点是系统的给定值变化规律完全取决于事先不能确定的时间函数 雷达瞄准系统、仿形加工等 此类系统同时是闭环系统,1.4.2 系统分类,按照输出变化规律：（3）程序控制系统 被控制量如果是根据预先编好的程序进行控制的系统 如数控机床、全自动洗衣机、炼钢炉自动控制系统 此类系统可以是开环，也可以是闭环系统,1.4.2 系统分类,按照参数变化情况 定常系统 时变系统 按照系统性质 线性系统 非线性系统 按照信号类型 连续系统 离散系统,1.4.2 系统分类,按控制作用产生依据分：补偿控制和反馈控制,1.4.3 控制系统的基本要求,稳定性 指动态过程的振荡倾向和系统能够恢复