自動(dòng)控制原理(11j1)

1、自動(dòng)控制原理Principle of Automatic Control 課程基本情況介紹 學(xué) 分： 4 學(xué)時(shí)： 64 參考書: 自動(dòng)控制原理 王建輝 清華大學(xué)出版社 自動(dòng)控制原理 程 鵬 高等教育出版社 現(xiàn)代控制工程 美 katsuhiko Ogata 盧伯英 譯 電子工業(yè)出版社 自動(dòng)控制原理 梅曉榕 科學(xué)出版社 現(xiàn)代控制系統(tǒng)(第八版) 美 Richard C. Dorf 高等教育出版社 自動(dòng)控制原理 (第四版) 胡壽松 科學(xué)出版社 Matlab應(yīng)用及有關(guān)該軟件的工具書 實(shí)驗(yàn)： 自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)( 1學(xué)分) ; Matlab仿真實(shí)驗(yàn) 第1章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念 本章主要內(nèi)容： 什么是自動(dòng)控制

2、和自動(dòng)控制系統(tǒng) 自動(dòng)控制的兩種基本模式 開環(huán)控制和閉環(huán)控制 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成及相關(guān)術(shù)語 控制系統(tǒng)的類型 對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求 2什么是控制 ？ 控制 控制是一種強(qiáng)迫作用。該作用迫使被控對(duì)象按 照控制者的指令行事，實(shí)現(xiàn)控制者的期望。 實(shí)現(xiàn)控制基本要素：控制對(duì)象、控制指令、控制環(huán)節(jié)（控制器）共同構(gòu)成完整系統(tǒng) 控制系統(tǒng)。 控制是一種特殊系統(tǒng)作用。物理描述：控制是不同對(duì)象之間（控制者、被控者之間）的一種特殊作用（強(qiáng)迫作用）；控制者通過某種方式迫使被控對(duì)象的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)按照控制指令變化。引 言： 基本概念：控制、自動(dòng)控制、自動(dòng)控制系統(tǒng)3自動(dòng)控制 在控制過程中，不需要人（控制者）的干預(yù)。 在無人直接干與

3、的前提下,利用專門的裝置 (控制器)來操縱某一種物理對(duì)象（被控對(duì)象：裝置、設(shè)備、過程等）的運(yùn)動(dòng)或變化，使被控對(duì)象的受控物理量（被控量）按照預(yù)定的規(guī)律變化。 自動(dòng)控制系統(tǒng) 是為實(shí)現(xiàn)某一控制作用及目標(biāo)所需要的各種環(huán)節(jié)的組合。 包括控制指令、被控對(duì)象、控制環(huán)節(jié)（控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器等）。人的工作：事先設(shè)計(jì)控制規(guī)律、設(shè)計(jì)控制器、設(shè)定輸入指令。4 自動(dòng)控制應(yīng)用極為廣泛，在工業(yè)、國(guó)防、航空航天、交通、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)管理、以及人們的日常生活，處處可見。 例1. 室溫自動(dòng)控制 例2. 水罐液位自動(dòng)控制 例3. 飛機(jī)飛行自動(dòng)控制5 本課程學(xué)習(xí)、研究自動(dòng)控制的共性規(guī)律。學(xué)習(xí)有關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成原理、基本概念、分

4、析方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)符合要求的自動(dòng)控制系統(tǒng)奠定基礎(chǔ) 基本控制理論。61.1 自動(dòng)控制的基本方式 開環(huán)控制和閉環(huán)控制一. 開環(huán)控制 開環(huán)控制示意圖 給定量 被控量 (輸入量) （輸出量） 開環(huán)控制方框圖 特點(diǎn)：信號(hào)從輸入到輸出，沿前向傳送； 按給定量實(shí)施控制； 輸出量對(duì)控制作用沒有影響（無反饋?zhàn)饔茫?爐溫（開環(huán)）控制系統(tǒng) 1開環(huán)控制實(shí)例（系統(tǒng)組成示意圖）(Pictorial diagram )如何實(shí)現(xiàn)控制？系統(tǒng)組成？被控量？被對(duì)象？8爐溫（開環(huán)）控制系統(tǒng) 2（系統(tǒng)組成示意圖）(Pictorial diagram )如何實(shí)現(xiàn)控制？系統(tǒng)組成？被控量？9特點(diǎn)：被控對(duì)象（被控量）對(duì)控制過程無反饋

5、作用。優(yōu)點(diǎn)：控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相對(duì)來說成本低。問題：對(duì)被控量偏離給定值的偏差沒有任何修正 能力，控制精度低，抗干擾能力差。開環(huán)控制小結(jié)10二. 閉環(huán)控制 基于負(fù)反饋原理、按偏差調(diào)節(jié)的負(fù)反饋控制閉環(huán)控制實(shí)例 （1）人工閉環(huán)控制爐溫（閉環(huán)）控制系統(tǒng)（系統(tǒng)組成示意圖）(Pictorial diagram )如何實(shí)現(xiàn)控制？系統(tǒng)組成？被控量？11(2) 自動(dòng)閉環(huán)控制（系統(tǒng)組成示意圖） (Pictorial diagram )系統(tǒng)組成？如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制？被控量？負(fù)反饋調(diào)節(jié)過程！特點(diǎn)： 輸出參與控制、偏差控制輸出 基于負(fù)反饋原理、 按偏差調(diào)節(jié)的負(fù)反饋控制.閉環(huán)控制基本規(guī)律 傳感器檢測(cè)被控對(duì)象狀態(tài)（被控量），

6、并以負(fù)反饋方式反饋到輸入端,與給定量進(jìn)行比較而產(chǎn)生偏差,偏差經(jīng)過控制器產(chǎn)生控制作用（控制量）,使被控量（系統(tǒng)輸出量）按照要求的規(guī)律變化。最終實(shí)現(xiàn)：C(t) = r(t)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖（Block diagram）C(t)r(t)13優(yōu)點(diǎn)： 1. 控制精度高. 2. 能有效的抑制作用于被控對(duì)象的干擾. 3. 對(duì)系統(tǒng)前向通道中元件參數(shù)變化不敏感. 4. 對(duì)系統(tǒng)本身部件的非線性影響不敏感. （所有優(yōu)點(diǎn)都由負(fù)反饋調(diào)節(jié)所決定）代價(jià): 增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性. 實(shí)際的控制系統(tǒng)幾乎都是閉環(huán)控制系統(tǒng).141.2 （SISO）自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般組成 r(t) 給定量 (設(shè)定量、參考輸入量、輸入量)c(t) 輸出量（被控量 ）b(t) 反饋量（一般為電信號(hào)）e(t) 偏差量 e(t) = r(t) - b(t)SISO控制系統(tǒng)的典型方塊圖（基本模型 ）基本環(huán)節(jié)：給定環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 被控對(duì)象、反饋環(huán)節(jié) 相關(guān)變量：閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖（王建輝，P5 圖18）16轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例1718自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例控制器氣動(dòng)閥門流入 Q1浮子水箱流出 Q2H水位自動(dòng)控制系統(tǒng)19控制任務(wù)：維持水箱內(nèi)水位恒定執(zhí)行機(jī)構(gòu)：氣動(dòng)閥門受控對(duì)象：水箱（供水系統(tǒng)）被控量：水箱內(nèi)水位高度H20給定值：控制器刻