第1章 自动控制的一般概念(《自动控制原理》课件).ppt

1、自动控制理论,总学时: 64 理论学时：64 采用 教材: 自动控制原理 潘丰 张开如主编 中国林业出版社、北京大学出版社,第一章 自动控制的一般概念,1-1 自动控制和自动控制系统 人工控制直流电动机转速示意图如下所示:,激磁回路,激磁电流,电枢电压,人所起的三个作用: (1) 观察电机的转速; (2) 将观察到的转速与需要保持的转速在头脑中进行比较; (3) 根据比较得出的结论去调整电位器的输出电压.,自动控制直流电动机转速示意图如下所示:,基本概念: 自动控制就是应用控制装置自动地有目的地控制或操 纵机器设备或过程, 使之具有一定的状态和性能. 被控制的机器设备或物体, 叫被控对象, 如

2、直流电动 机. 所用的控制装置常称为控制器, 如运算器. (4) 控制器和被控对象的组合称为自动控制系统.,自动控制系统可有各种各样的形式. 但总的来说, 可分,为两种, 一种叫闭环自动控制系统, 一种叫开环自动控制系 统. 先以上面所介绍的直流电动机转速自动控制系统为例来 说明什么叫闭环自动控制系统. 为清楚说明系统中各装置或元件间的作用关系, 或者说 各装置或元件间的信号传递关系, 常用方框图表示系统, 直 流电动机转速自动控制系统可画成如下方框图:,图中每一个方框表示系统中的一个元件或几个元件组合 而成的一个装置; 带箭头的直线表示系统中信号流通的方向 小圆圈符号表示比较器, 正负号表示

3、信号在比较器中是被相 加还是被相减, 需特别提请注意的是: 在比较器中进行比较,的信号必须是同一种物理量, 否则不能进行比较. 在直流,电动机转速自动控制系统中, 需要进行比较的二个物理量 一个是电压, 一个是转速, 所以要把转速通过测速发电机 的转换, 变成电压后再比较. 方框图中信号的常用名称: r(t): 系统的输入信号, 其中使系统具有预定性能或预 定输出的, 又可称为给定输入信号或参考输入信号, 如电 位器的输出电压. c(t): 系统的输出信号, 或叫输出量, 又常叫做系统对 输入的响应, 如电动机的转速. b(t): 叫反馈信号. 而把系统中输出信号转换成反馈信 号的元件或装置,

4、 称为反馈元件或反馈装置, 如测速发电 机. e(t): 叫偏差信号. 是r(t)与b(t)比较的结果.,u(t): 是控制器的输出信号, 叫控制信号.,需特别指出的是: 以上所有信号都是时间 t 的函数. 还有一种信号, 叫干扰信号, 它的作用是破坏系统具有预 定性能或预定输出, 也是时间 t 的函数. 干扰信号根据具 体情况, 在系统中可有不同的作用点. 闭环系统的特点: 系统的输出信号经反馈与输入信号 进行比较, 系统按比较的结果e(t)进行控制, 凡具有这一特 点的系统叫闭环控制系统, 也常叫做反馈控制系统. 在反馈控制系统中, 如果反馈信号的作用是加强输入 信号的作用, 则称为正反馈

5、控制系统; 如果反馈信号的作 用是减弱输入信号的作用, 则称为负反馈控制系统. 自控 理论中主要研究的是负反馈控制系统. 假如系统的输出信号不反馈到系统的输入端与输入信 号进行比较, 则这类系统叫开环控制系统.,1-2 自动控制系统的类型,为便于研究自动控制系统的基本实质及确定正确的研 究方法和所应采用的数学工具, 在自控理论中, 将各种系 统划分成以下几个基本类型. 一单输入单输出线性连续定常系统 单输入单输出: 系统只有一个输入信号, 一个输出信号 连续: 系统中各元件的输入输出信号均是时间 t 的连续 函数. 但对于整个系统的输入信号r(t)而言, 允许有 间断点, 即分段连续. 定常: 系统中各元件的特性参数不随时间而变化. 线性: 系统中各元件的静特性必须是直线. 凡线性元件或 系统, 必满足叠加原理, 用数学语言可作如下表述 设一系统(或元件) 的输入为r(t), 输出为c(t),当系统静止时, 输入与输出的关系如下图所示, S是运算子,则:, 当输入为,时, 输出为,当输入为,时, 输出为, 当输入为,时, 输出为,对于线性连续定常系统, 可用线性常系数微分方程来描述其 运动特性, 一般可写成如下形式的微分方程:,上式中,为不随时间t而变化的确定的常数,二非线性系统,当系统中只要有一个元件具有非线性特性时, 就叫 做非线性系统, 如