第一章自动控制理论的一般概念.ppt

1、自动控制理论，第1章自动控制理论的一般概念，第2章控制系统的数学模型，第3章控制系统的时域分析方法，第4章根轨迹法，第5章频率法，第6章控制系统校准，第7章非线性系统分析，第8章采样控制系统分析和设计，第1章自动控制理论的一般概念，1-1自动控制发展简史1-2自动控制的基本模式1-3典型控制系统1-4自动控制系统的要求。1765年，瓦特发明了蒸汽机，并用离心调速器控制蒸汽机。1948年，维纳控制论(Wiener控制论)或动物和机器中的控制和通信科学在40世纪60年代产生了经典控制理论(主要是频域方法)，在60世纪70年代产生了现代控制理论(主要是时域方法)，在70年代后产生了大规模系统控制理论

2、自动控制：在没有直接参与的情况下，控制装置或机器被用来使受控对象达到预期目标。1-1自动控制发展简史，发展简史：自动控制研究内容：经典控制理论现代控制理论经典控制理论主要研究对象：单输入单输出线性时不变系统的分析与设计。现代控制理论主要关注：多输入、多输出、时变参数和高精度复杂系统的分析和设计。闭环控制，复合控制，开环控制，自动控制的1-2种基本模式，1。开环控制，控制装置和被控对象之间只有正向动作但没有反向连接的控制。给定值，控制模式：根据给定值运行。信号从给定值单向传输到输出端。某个给定值对应于某个输出。系统的控制精度取决于系统预先的调整精度。它不能自动补偿工作过程中特征参数的扰动或变化。

3、它结构简单、成本低，主要用于系统结构参数稳定、干扰信号微弱的场合。开环控制系统的特点：从输入到输出无反馈，信号单向传输。结构简单，控制精度低，无法抑制干扰。例如， DC电机速度开环控制系统。输出对输入没有影响的系统称为开环系统。2.闭环控制。图：手动电机速度闭环控制系统。反馈、控制任务：保持工作机械匀速运转。控制过程：反馈：将输出送回输入端并与输入信号进行比较的过程中的负反馈：从输入信号中减去反馈信号，使偏差越来越小。典型的闭环系统框图，闭环控制3360指的是控制器和被控对象之间的关系。特征：输出影响输入，因此它可以削弱或抑制干扰；低精度元件可以形成高精度系统；因为可能会出现过冲和振荡，所以稳

4、定性非常重要。开环具有结构简单、成本低、运行稳定的优点。当输入信号和扰动可以提前知道时，控制效果更好。缺点：被控变量的偏差不能自动校正，系统元件参数的变化和外部未知干扰对控制精度有很大影响。闭环优点：具有自动校正被控量偏差的能力，并能校正元件参数变化和外部干扰引起的误差，控制精度高。缺点：受控量可能会振荡甚至发散。3.开环控制与反馈控制相比，主反馈与输出成正比或有一定的函数关系，但维数与给定信号相同；偏离给定信号和主反馈信号之差的信号；控制单元接收偏差信号，并通过转换和运算产生期望的控制量；对系统输出有不利影响的干扰信号；反馈链路检测输出信号，并转换与给定输入信号具有相同尺寸的信号。4.闭环控

5、制系统的术语和定义，闭环控制系统框图，框图组成：5。复合控制是将压力偏差控制和压力扰动控制相结合，采用适当的控制策略输出在一定精度下等于给定值，但给定值一般不变或变化缓慢，其扰动可随时变化的系统称为定值系统。生产过程中有许多这样的系统。如冶金部门的恒温系统、石油部门的恒压系统等。1-3典型控制系统，定值系统：例如，电站锅炉空气预热器密封间隙控制系统通过间隙传感器实时测量密封间隙值，并将其发送给计算机。与设定值比较后，向电机升降机构发出控制指令，调整密封板的位置，使密封间隙值保持不变。其输出能以一定精度跟随给定值的系统称为伺服系统，也称为跟踪系统。这类系统的特点是系统给定值的变化规律完全依赖于不

6、能预先确定的时间函数。例如，火炮系统、卫星控制系统等。伺服系统：示例：位置伺服系统的工作原理图。控制任务：要求工作机能与指令机构同步旋转，即工作机的角位置应遵循给定的指令角度，即首先确定以下基本问题：(1)被控对象：为工作机；(2)受控量的：角位置；(3)指令角度给定值为：；(4)测量元件：通过两个相同的电位计测量角度和，并将其转换成相应的电压和；(5)计算并比较：两个测量电位器的桥接，即完成减法运算，两个电刷之间的电压代表被控量与给定量的误差；(6)实施机械：电机减速装置。系统工作原理：如果工作机的转角等于指令转角，则提前调整，即电机不动，系统处于平衡状态。当指令角度改变时，工作机械仍处于其

7、原始位置，电机驱动工作机械向所需方向快速偏转，直到电机停止运行。此时，系统处于与新位置的命令同步的平衡工作状态，即完成以下任务。如果自动控制系统的控制量是根据预编程程序控制的，该系统称为程序控制系统。如炼钢炉微机控制系统、洲际弹道导弹程序控制系统等。稳定性控制信号可以跟踪从一种状态到另一种状态的变化的输入信号。如果能够实现，我们将认为系统稳定，这是反馈控制系统最基本的要求。快速性要求过渡过程的形式和速度，这通常被称为动态性能。稳定高射炮的射击角度伺服系统。虽然枪体最终可以跟踪目标，但如果目标变化很快，枪体移动很慢，它还是抓不到目标。精度用稳态误差来表示。在参考输入信号的作用下，当系统达到稳态时，其稳态输出与参考输入所需的期望输出之差称为给定稳态误差。显然，误差越小，系统输出跟随参考输入的精度越高。1-4自动控制系统的要求，稳定性：保证控制系统正常运行的前提。快速性：带有指示器的动态性能。准确性：稳态值(过度结束后)应尽可能与期望值一致。t，n，n1，(a)，0，(b)，n，t，0，n0，n1，t，0，n，(c)，n，0，t，(e)，n1，n，0，t，(c)发散振荡；(d)、(e)收敛振荡；恒定振幅振荡。