《自动控制概论》PPT课件.ppt

课程名称：自动控制理论教材：自动控制原理（哈尔滨工业大学出版社，鄢景华）参考书籍：自动控制原理（国防工业出版社，胡寿松）自动控制理论（清华大学出版社，戴忠达）自动控制理论（中国轻工业出版社，毕效辉）,2023/7/29,自我介绍徐苏联系方式：，个人经历作业规定单张纸每次下课前交上次课的作业过时不候，补交不计成绩考核方法期末考试70%，平时30%,2023/7/29,课堂纪律手机噪音缺课学生负责人,2023/7/29,为什么选这门课？你怎么理解“自动控制”？生活中有哪些用到了自动控制原理的系统？,2023/7/29,2023/7/29,本章主要内容,控制理论的发展历程自动控制与自动控制系统的基本概念基本控制方式控制系统的类型对控制系统的基本要求,第1章 自动控制概论,2023/7/29,控制理论的发展历程,经典控制理论阶段自动控制领域的第一项重大成果18世纪詹姆斯瓦特为控制蒸汽机速度而设计的离心调节器。经典控制理论的辉煌总结 维纳于1948年出版了专著控制论“工程控制论”诞生1954年钱学森出版专著工程控制论系统地揭示了控制论对自动化、航空、航天、电子通信等工程技术领域的意义和深远影响标志着控制论学科分化而产生的第一个分支学科“工程控制论”的诞生。频率响应法和根轨迹法是经典控制理论的核心,2023/7/29,现代控制理论阶段 1960年开始，在“经典控制理论”的基础上形成“现代控制理论”数字计算机的出现以及工业、军事特别是空间技术的需求推动以时域方法为主的诸多分析设计方法迅猛发展人类在自动控制技术认识上的一次飞跃。状态空间方法时域方法，其核心是最优化技术以状态空间描述（实质上是一阶微分或差分方程组）作为数学模型利用计算机作为系统建模分析、设计乃至控制的手段，适应于多变量、非线性、时变系统在航天、航空、制导与军事武器控制中有成功的应用在工业生产过程控制中也得到逐步应用。,2023/7/29,智能控制理论阶段 智能控制理论传统控制理论与模糊逻辑、神经网络、遗传算法等人工智能技术相结合利用人类的控制知识对复杂系统进行控制是人工智能在控制上的应用智能控制体系形成的历史不长，理论还未完全成熟已有的应用成果和理论发展说明了智能控制正成为自动控制的前沿学科之一,2023/7/29,1.1 自动控制与自动控制系统,自动控制 在没有人直接参与的情况下，通过控制器使被控对象或过程自动的按照预定的规律运行。,自动控制系统 是指能够对被控对象的工作状态进行自动控制的系统，它由被控对象和控制装置组成。,举例,2023/7/29,自动控制系统的组成,反馈控制系统基本组成,给出与期望的输出相对应的系统输入量，是一类产生系统控制指令的装置（或软件界面）,为改善系统的动态和静态性能特性而附加的装置，其参数可灵活调整。工程上称为调节器或控制器。,将比较微弱的偏差信号加以放大，以足够的功率来推动执行机构或被控对象,其职能是直接推动被控对象，使其被控量发生变化。常见的执行元件有阀门，伺服电动机等,用来检测被控量的实际值。测量变送环节一般也称为反馈环节。,通常是一个设备、物体或过程（一般称任何被控制的运行状态为过程），其作用是完成一种特定的操作。它是控制系统所控制和操纵的对象，它接受控制量并输出被控量。,其作用是把测量元件检测到的实际输出值与给定环节给出的输入值进行比较，求出它们之间的偏差。常用的电量比较元件有差动放大器、电桥电路等。,2023/7/29,被控量：系统的输出，是一种被测量和被控制的量值或状态控制量：也称操纵量，是一种由控制器改变的量值或状态影响被控量（通常为系统的输出量）的值对系统的被控量的值进行测量，并且使控制量作用于系统，以修正或限制测量值对期望值的偏离参考输入：人为给定，使系统具有预定性能或预定输出的激发信号它代表输出的希望值又称为给定输入、给定值、期望输出等反馈：将系统（或环节）的输出量经变换、处理送到系统（或环节）的输入端。,名词术语,2023/7/29,偏差：给定输入量与主反馈量之差误差：是指系统输出量的实际值与希望值之差系统希望值是理想化系统的输出，实际很难达到，因此用与控制输入量有一定比例关系的信号来表示在单位反馈情况下，希望值就是系统的输入量，误差量就等于偏差量扰动：是一种对系统的输出量产生不利影响的信号扰动产生在系统的内部，称为内部扰动扰动产生在系统的外部，则称之为外部扰动。外部扰动也是系统的输入量控制量与扰动：通过调整控制量使得被控制量按照希望的规律变化扰动能影响被控制量变化，但是不被控制,名词术语,2023/7/29,自动控制系统举例,自动控制系统举例,2023/7/29,1.2 自动控制系统的基本方式,开环控制 系统的被控量对控制作用没有影响。特点：没有抗干扰能力，因此系统的元部件的质量要求很高。主要用于：自动售货机、自动洗衣机、产品生产自动线及自动车床等。,开环控制系统原理框图,2023/7/29,闭环控制系统的被控量对控制作用有影响的系统。特点：可以根据被控制量的变化进行控制，抗干扰能力强。主要用于：系统的控制量和干扰量无法预先预知的情况下。,闭环控制系统原理框图,2023/7/29,复合控制复合控制是闭环控制和开环控制相结合的一种方式在闭环控制回路的基础上，附加一个输入信号或扰动信号（是破坏系统输入量和输出量之间预定规律的信号）的顺馈通路，对该信号带来的干扰进行补偿，以达到精确的控制效果。复合控制的主要特点：具有很高的控制精度；可以抑制几乎所有的可量测扰动，其中包括低频强扰动；补偿器的参数要有较高的稳定性。,2023/7/29,线性/非线性系统连续/离散性系统定常/时变性系统确定/不确定系统,按控制方式分,按被控对象分,按系统性能分,按给定值变化规律分,按系统功用分,按给定值操纵的开环控制按干扰补偿的开环控制按偏差调节的闭环控制复合控制：闭环反馈为主，开环补偿为辅,恒值系统 随动系统程序控制系统,运动控制系统过程控制系统,温度控制系统压力控制系统位置控制系统,动画：液位恒值控制,动画：天线随动控制,1.3 控制系统的分类,2023/7/29,1.4 控制系统的组成与基本要求,控制系统的基本组成、测量元件：传感器、比较元件：对控制量与参考输入量进行比较，多和测量 或放大元件结合在一起、放大元件：使微弱信号具有足够的幅值和功率、执行元件：接受偏差信号的控制产生动作，改变控制量、校正元件：用于消除或减弱系统在控制过程中产生的震 荡,2023/7/29,控制系统分析系统输出量和反馈量总是迟于输入量的变化控制系统含有储能元件输入量发生变化，输出量从原平衡状态到新的平衡状态总要经历一定时间暂态过程：在输入量的作用下，系统的输出量由初始状态达到最终稳态的中间变化过程，又称为瞬态过程，动态过程，过渡过程稳态过程：过渡过程结束后的输出响应,2023/7/29,暂态过程特点:下图中,(a)、(b)非周期振荡；(c)发散振荡；(d)、(e)收敛振荡；(f)等幅振荡。,动画：系统响应曲线,动画：速度过渡过程,2023/7/29,对控制系统的要求:稳定性（稳）是保证控制系统正常工作的先决条件。快速性（快）动态性能，有指标。准确性（准）稳态（过渡结束后的）值应尽量与期望值一致。,作业,chapter1 1-12：画出下图的系统方块图,