自动控制的一般概念第一二讲.ppt

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1、自动控制原理,自电学院,知识改变命运，劳动创造财富。QQ:549152121 谭飞 13990060278,自动控制原理,自动控制原理,自电学院 自 动 控 制 原 理 教 学 组,液位控制系统,执行阀,减速器,电动机,电位器,浮子,用水开关,Q2,Q1,c,if,SM,教材：自动控制原理 晁勤 傅成华 主编,重庆大学出版社主要参考书：自动控制原理(五)胡寿松主编，科学学出版社自动控制原理 吴 麒主编，清华大学出版社自动控制理论 蔡尚峰主编，机械工业出版社 自动控制原理 李友善主编，国防工业出版社反馈控制系统分析与设计MATLAB语言应用 薛定宇 著，清华大学出版社,教材及参考文献目录,该课程

2、与其它课程的关系,自动控制原理,（第 1 讲）第一章 自动控制的一般概念 1.1 引言 1.2 自动控制理论发展概述 1.3 自动控制和自动控制系统的基本概念 1.4 自动控制系统的基本组成 1.5 控制系统示例,自动控制理论发展简史,经典控制理论(19世纪初)时域法 复域法(根轨迹法)频域法 现代控制理论(20世纪60年代)线性系统 自适应控制 最优控制 鲁棒控制 最佳估计 容错控制 系统辨识 集散控制 大系统复杂系统智能控制理论(20世纪70年代)专家系统 模糊控制 神经网络 遗传算法,总结：三阶段历史,源起（1940年以前）在风车、蒸气机、轮船、飞机、过程控制、电讯等应用中，早期反馈控制

3、的使用正式成为研究领域（19401945）第二次世界大战像野火一样传播着：教育、工业、研究组织第二波研究高潮（1960年以后）要求更苛刻的应用：航空、过程工业新器件：数字计算机,调速器工作原理图,自动控制原理,自动控制理论 是研究自动控制系统组成，进行系统分析设计的一般性理论 是研究自动控制过程共同规律的技术学科,自动控制,在无人直接参与的情况下，利用控制装置，使工作机械、或生产过程（被控对象）的某一个物理量（被控量）按预定的规律（给定量）运行。,使用常规仪表的中央控制室,现代操作室,现代的控制系统,基本控制方式,1.开环控制 2.闭环控制 3.复合控制,1.2 控制系统基本控制方式,闭环控制

4、,复合控制,开环控制,控制装置与受控对象之间只有顺向作用而无反向联系。,开环控制,前馈控制(开环),闭环控制系统的方框图,闭环控制系统的方框图,方框图中的几种表示法：,例 1 炉温控制系统,炉温控制系统方框图,炉温控制系统方框图,干扰,方框图中各符号的意义,元部件 方框（块）图 信号（物理量）及传递方向 中的符号 比较点 引出点 表示负反馈,负反馈原理,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。_ 构成闭环控制系统的核心 闭环(反馈)控制系统的特点：(1)系统内部存在反馈，信号流动构成闭回路(2)偏差起调节作用,控制中的反馈,“反馈

5、”是指：系统的输出又返回来影响系统输入的行为。分为正反馈、负反馈。正反馈：输出的信息返回来增强输入的作用的。负反馈：输出的信息返回来削弱输入的作用的。正反馈是使系统快速运动，并出现极限。负反馈是使系统平稳运动，可以按预期行为变化。,如何判断反馈还是前馈？,反馈,前馈,水温调节系统,水温调节系统工作原理图,水温调节系统,水温调节系统方框图,控制系统的组成(1),被控对象控制系统 测量元件 比较元件 控制装置 放大元件 执行机构 校正装置 给定元件,复合控制,将开环控制方式和闭环控制方式组合在一起的控制方式,控制系统的组成(2),课 程 小 结,1.自动控制的一般概念 基本控制方式 控制系统的基本

6、组成 2.要求掌握的知识点 负反馈控制系统的特点及原理 由系统工作原理图绘制方框图,闭环直流调速系统,自动控制理论,自动控制：在无人直接参加的情况下，利用控制装置使被控对象和过程自动地按预定规律变化的过程。自动控制系统：是由控制装置和被控对象所组成，它们以某种相互依赖的的方式组合成为一个有机整体，并对被控对象进行自动控制。被控对象：要求实现自动控制的机器，设备或生产过程。控制器：对被控对象起控制作用装置的总体，称做控制装置或控制器。被控量（输出量）：表现于控制对象或系统输出端，并要求实现自动控制的物理量。参考值（给定值、输入量）：作用于控制对象或系统输入端，并可使系统具有预定功能或预定输出的物

7、理量。扰动：除执行器改变的操纵量外，所有妨碍控制量对被控量按要求进行正常控制的因素，称为干扰量或扰动量。,自动控制与自动控制系统概念,控制器,被控对象,干扰,自动控制原理,1 1，3，4,本次课程作业,自动控制原理,2第一章 自动控制的一般概念 1.6 自动控制系统的分类 1.7 对控制系统性能的基本要求 1.8 本课程的研究内容,控制系统的分类,按给定信号的形式 恒值系统/随动系统 按系统是否满足叠加原理 线性系统/非线性系统按系统参数是否随时间变化 定常系统/时变系统按信号传递的形式 连续系统/离散系统按输入输出变量的多少 单变量系统/多变量系统,1.6自动控制系统的分类(1),按数学模型

8、的线性性分：线性系统、非线性系统,叠加性：当有几个输入信号同时作用于系统时，系统的总响应等于每个输入信号单独作用所产生响应之和（叠加）。,续1,均匀性：当输入信号倍乘一常数时，则响应也倍乘同一常数。即，若r(t)c(t)，则kr(t)kc(t)。,举例1：,设系统的输入信号为r(t)，输出信号为c(t)，试判断 c(t)=r(t)+5时，系统是否是线性系统？,解：,11种非线性(P11),自动控制系统的分类(2),按控制方式分 开环控制系统、闭环控制系统、复合控制系统,按信号性质分,连续系统,离散系统,连续控制系统和离散控制系统,按系统内部传输信号的性质分为连续控制和离散控制系统。,控制系统中

9、各部传输信号都是时间t的连续函数，则称这类系统为连续控制系统,计算机控制系统的方框图,若在控制系统内部有一个或一个以上的信号是时间t的离散信号，则称这类系统为离散控制系统。计算机控制系统是一种常见离散控制系统。,自动控制系统的分类(3),按参考输入信号的变化形式分,定值控制系统,随动控制系统,程序控制系统,按系统模型参数是否变化分 定常系统、时变系统,自动控制系统的分类,输入信号数量：单输入单输出系统 多输入多输出系统系统参数分布特征：集中参数系统、分布参数系统元件类型：机电系统、气动系统、液压系统、生物系统等系统功用：温度控制系统、压力控制系统、位置控制系统等按控制理论方法：最优控制、自适应

10、控制、模糊控制、预测控制等,按其他参数分,自动控制系统分类的补充说明,严格地讲，任何实际系统都是非线性的,严格地讲，任何系统都是时变的,严格地讲，任何系统都是随机的,对控制系统的要求,对控制系统的要求:1.稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。2.快速性：动态性能，有指标。3.准确性：稳态（过度结束后的）值应尽量与期望值一致。,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。,对控制系统的基本要求,1.稳：（基本要求 稳定）要求系统要稳定，并稳定性好2.准：（稳态要求）系统响应达到稳态时，输出跟踪精度要高3.快：（动态要求）系统阶跃响应的过渡过程 要平稳，快速,自动控制原理课程的任务与体系结构,自动控制原理,教学过程方框图,本课程要研究两大课题,对于一个具体的控制系统，如何从理论上对它的动态性能和稳定精度进行定性的分析和定量的计算。根据对系统性能的要求，如何合理地设计校正装置，使系统的性能能全面地满足技术上的要求。,课 程 小 结,1.自动控制的一般概念 基本控制方式 控制系统的基本组成 控制系统的分类 对控制系统的要求 课程研究的内容2.要求掌握的知识点 负反馈控制系统的特点及原理 由系统工作原理图绘制方框图,自动控制原理,1 5,7,本次课程作业（2）,少年强，则国强；少年盛，则国盛。,