自動(dòng)控制原理課件1.ppt

,第一章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念,1.1自動(dòng)控制的基本方式 1.2 閉環(huán)系統(tǒng)的基本組成 1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi) 1.4 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求,1.1自動(dòng)控制的基本方式 一、兩個(gè)定義： （1）自動(dòng)控制：在沒(méi)人直接參與的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象或過(guò)程自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律或數(shù)值運(yùn)行。 （2）自動(dòng)控制系統(tǒng)：能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)。一般由控制器(含測(cè)量元件)和控制對(duì)象組成。 例1：水位控制系統(tǒng),方法一：人工控制 眼（觀(guān)察） 腦（判斷） 手（操作） 目的：減少或消除h 方法二：自動(dòng)控制 受控對(duì)象：水池；輸出量：實(shí)際水位（h實(shí)）；輸入量：要求水位（h要） 浮子檢測(cè)裝置 控制電路檢測(cè)h，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)； 電動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 干擾輸入量：對(duì)系統(tǒng)輸出起反作用的輸入量，例如功率放大器信號(hào)的飄移。,二、三種基本控制方式 1、開(kāi)環(huán)控制方式 控制系統(tǒng)的輸出量對(duì)系統(tǒng)沒(méi)有控制作用，這種系統(tǒng)是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)： （1）系統(tǒng)輸出量對(duì)控制作用無(wú)影響 （2）無(wú)反饋環(huán)節(jié) （3）出現(xiàn)干擾靠人工消除 （4）無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度控制,例2： 開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)（不考慮測(cè)速反饋） 工作原理： 改變電位器滑動(dòng)端的位置，相應(yīng)地改變了電壓ug值的大小， 其值經(jīng)功率放大器放大后施加在直流電動(dòng)機(jī)的電樞兩端， 由于直流電動(dòng)機(jī)具有恒定的勵(lì)磁電流。因此，隨著電樞電壓值的不同，電動(dòng)機(jī)便以不同的轉(zhuǎn)速帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。于是，改變 ug的大小，便控制了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低。系統(tǒng)中，ug 是給定輸入量；電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n是系統(tǒng)的輸出量即被控量，功率放大器的電源電壓波動(dòng)、放大系數(shù)漂移、拖動(dòng)負(fù)載的變化等，是擾動(dòng)輸入量。 可見(jiàn)，系統(tǒng)的輸出量，即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速并沒(méi)有參予系統(tǒng)的控制。,開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)功能框圖 任何開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，從組成系統(tǒng)元部件的職能角度看，均可用下面的結(jié)構(gòu)框圖表示。 2、閉環(huán)控制方式： 把輸出量直接或間接地反饋到系統(tǒng)的輸入端，形成閉環(huán)，參與控制，這種系統(tǒng)叫閉環(huán)控制系統(tǒng)。 實(shí)際的閉環(huán)控制系統(tǒng)，都是于負(fù)反饋的形式出現(xiàn)。 明確：為什么要采用閉環(huán)控制系統(tǒng)？閉環(huán)控制系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)？,例3：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng)功能框圖 任何閉環(huán)控制系統(tǒng)，從組成系統(tǒng)元部件的職能角度看，均可用下面的結(jié)構(gòu)框圖表示。,3、復(fù)合控制方式 開(kāi)環(huán)控制+閉環(huán)控制 兩種結(jié)構(gòu)：按輸入信號(hào)補(bǔ)償 按擾動(dòng)信號(hào)補(bǔ)償,1.2 閉環(huán)系統(tǒng)的基本組成 一、基本組成 結(jié)構(gòu)方塊圖如圖所示,基本元部件： （1）控制對(duì)象：進(jìn)行控制的設(shè)備或過(guò)程。（工作機(jī)械） （2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接作用于控制對(duì)象。（電動(dòng)機(jī)） （3）檢測(cè)裝置：用來(lái)檢測(cè)被控量，并將其轉(zhuǎn)換成與給定量相同的物理量（測(cè)速發(fā)電機(jī)） （4）中間環(huán)節(jié)：一般指放大元件。（放大器，可控硅整流功放） （5）給定環(huán)節(jié)：設(shè)定被控量的給定值。（電位器） （6）比較環(huán)節(jié)：將所測(cè)的被控量與給定量比較，確定兩者偏差量。 （7）校正環(huán)節(jié)：用于改善系統(tǒng)性能。校正環(huán)節(jié)可加于偏差信號(hào)與輸出信號(hào)之間的通道內(nèi)，也可加于某一局部反饋通道內(nèi)。前者稱(chēng)為串聯(lián)校正，后者稱(chēng)為并聯(lián)校正或反饋校正。,二、閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）系統(tǒng)輸出量直接或簡(jiǎn)接地參予了對(duì)系統(tǒng)的控制作用 （2）有負(fù)反饋環(huán)節(jié)，并應(yīng)用反饋減小或消除誤差 （3）當(dāng)出現(xiàn)干擾時(shí)，可以自動(dòng)減弱其影響 （4）系統(tǒng)可能工作不穩(wěn)定,1.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi) 一、按數(shù)學(xué)描述形式分類(lèi)： 1線(xiàn)性系統(tǒng)和非線(xiàn)性系統(tǒng) （1）線(xiàn)性系統(tǒng)：用線(xiàn)性微分方程或線(xiàn)性差分方程描述的系統(tǒng)。 重要性質(zhì)：滿(mǎn)足疊加性和齊次性 當(dāng)系統(tǒng)輸入為 時(shí)，系統(tǒng)為 ， 則系統(tǒng)總的輸出為 疊加性 當(dāng)輸入為 ， 則輸出 齊次性 （2）非線(xiàn)性系統(tǒng)：用非線(xiàn)性微分方程或差分方程描述的系統(tǒng)。 重要性質(zhì)：不滿(mǎn)足疊加性和齊次性 注意：任何的物理系統(tǒng)都是非線(xiàn)性的，但是在一定條件下可以將某些非線(xiàn)性特性線(xiàn)性化，近似地用線(xiàn)性微分方程去描述，這樣就可以按照線(xiàn)性系統(tǒng)來(lái)處理。,2連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng) （1）連續(xù)系統(tǒng)：系統(tǒng)中各元件的輸入量和輸出量均為時(shí)間t的連續(xù)函數(shù)。連續(xù)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可用微分方程描述，系統(tǒng)中各部分信號(hào)都是模擬量。 （2）離散系統(tǒng)：系統(tǒng)中某一處或幾處的信號(hào)是以脈沖系列或數(shù)碼的形式傳遞的系統(tǒng)。離散系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以用差分方程來(lái)描述。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)就是典型的離散系統(tǒng)。 二、按給定信號(hào)分類(lèi) （1）恒值控制系統(tǒng)： 給定值不變，要求系統(tǒng)輸出量以一定的精度接近給定希望值的系統(tǒng)。如生產(chǎn)過(guò)程中的溫度、壓力、流量、液位高度、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等自動(dòng)控制系統(tǒng)屬于恒值系統(tǒng)。 （2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)： 給定值按未知時(shí)間函數(shù)變化，要求輸出跟隨給定值的變化。如跟隨衛(wèi)星的雷達(dá)天線(xiàn)系統(tǒng)。 （3）程序控制系統(tǒng)： 給定值按一定時(shí)間函數(shù)變化。如程控機(jī)床。,一、穩(wěn)定性 一個(gè)處于靜止或平衡工作狀態(tài)的系統(tǒng)，當(dāng)受到任何輸入（給定信號(hào)或干擾）作用后，就可能偏離原有的平衡狀態(tài)。當(dāng)作用消失后，系統(tǒng)中的狀態(tài)和輸出都能恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)的系統(tǒng)稱(chēng)為穩(wěn)定的系統(tǒng)。 若作用消失后，系統(tǒng)中的狀態(tài)和輸出發(fā)生增幅振蕩或單調(diào)增長(zhǎng)現(xiàn)象的系統(tǒng)稱(chēng)為不穩(wěn)定系統(tǒng)。 二、動(dòng)態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性就是反映系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)過(guò)程中，系統(tǒng)跟蹤控制信號(hào)或抑制擾動(dòng)的能力。動(dòng)態(tài)性能好的系統(tǒng)，既要求過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短，又要求過(guò)程平穩(wěn)、振蕩幅度小。 三、穩(wěn)態(tài)特性 系統(tǒng)在過(guò)渡過(guò)程結(jié)束后，其輸