自動控制原理-第1章-緒論課件

第一章緒論自動控制：

在沒有人直接參與的情況下，采用控制裝置或機械使被控制對象達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。第一章緒論自動控制：自動控制研究的內(nèi)容：經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論經(jīng)典控制理論主要研究對象:對單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題?，F(xiàn)代控制理論主要研究對象:多輸入、多輸出、時變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。自動控制研究的內(nèi)容：自動控制原理-第1章-緒論課件2.自動控制系統(tǒng)的概念2.自動控制系統(tǒng)的概念自動控制原理-第1章-緒論課件轉(zhuǎn)速表直流電動機人工控制直流電動機轉(zhuǎn)速示意圖如下所示:功率放大器激磁回路激磁電流電樞電壓人所起的三個作用:(1)觀察電機的轉(zhuǎn)速;(2)將觀察到的轉(zhuǎn)速與需要保持的轉(zhuǎn)速在頭腦中進(jìn)行比較;(3)根據(jù)比較得出的結(jié)論去調(diào)整電位器的輸出電壓.轉(zhuǎn)速表直流電動機人工控制直流電動機轉(zhuǎn)速示意圖如下所示:功率放實際行駛方向預(yù)期行駛方向

汽車駕駛控制原理框圖實際行駛方向預(yù)期行駛方向汽車駕駛控制原理框圖測量預(yù)期路線大腦方向盤汽車實際路線眼睛和其他

感覺器官手汽車駕駛控制原理框圖測量預(yù)期路線大腦方向盤汽車實際路線眼睛和其他

感覺器官手汽車根據(jù)以上例子自動控制的概念總結(jié)如下：自動控制：是指沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置（稱控制器），使整個生產(chǎn)過程或工作機械（稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。自動控制系統(tǒng)：能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制任務(wù)的系統(tǒng)，由控制器與控制對象組成?？刂茖ο罂刂破鬏斎肓枯敵隽繑_動量?根據(jù)以上例子自動控制的概念總結(jié)如下：自動控制：是指沒有人直接3、技術(shù)術(shù)語1）被控對象:是指要求實現(xiàn)自動控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。3）控制器：又稱調(diào)節(jié)器、控制裝置，由控制元件組成，它接受指令信號，輸出控制作用信號于被控對象。2）被控量：表征被控對象工作狀態(tài)的物理參量(或狀態(tài)參量)，如轉(zhuǎn)速、壓力、溫度、電壓、位移等。3、技術(shù)術(shù)語1）被控對象:是指要求實現(xiàn)自動控制的機器、設(shè)備或4）給定值或指令信號r(t)：要求控制系統(tǒng)按一定規(guī)律變化的信號，是系統(tǒng)的輸入信號。5）干擾信號n(t)：又稱擾動值，是一種對系統(tǒng)的被控量起破壞作用的信號。6）反饋信號b(t)：是指被控量經(jīng)測量元件檢測后回饋送到系統(tǒng)輸入端的信號。7）偏差信號e(t)：是指給定值與被控量的差值，或指令信號與反饋信號的差值。4）給定值或指令信號r(t)：要求控制系統(tǒng)按一定規(guī)律變化的信4、控制系統(tǒng)的職能方框圖（重點）

控制系統(tǒng)職能方框圖4、控制系統(tǒng)的職能方框圖（重點）控制系統(tǒng)職能方框圖控制器應(yīng)具有三種基本職能，即測量、比較和執(zhí)行。

1）測量元件的職能是檢測被控制的物理量，如果所測量的物理量為非電量，一般要將其轉(zhuǎn)換為電量。

2）比較元件的職能是將測量元件檢測到的被控量的實際值與給定值相比較，計算求出二者間的偏差?？刂破鲬?yīng)具有三種基本職能，即測量、比較和執(zhí)行。1）測量元件4）執(zhí)行元件的職能是直接推動被控對象，使被控量發(fā)生變化。3）放大元件的職能是將比較元件給出的偏差信號放大，以驅(qū)動執(zhí)行元件去控制被控對象。4）執(zhí)行元件的職能是直接推動被控對象，使被控量發(fā)生變化。31.2自動控制的基本方式

一、閉環(huán)控制

閉環(huán)控制框圖1.2自動控制的基本方式一、閉環(huán)控制閉環(huán)控制框圖反饋：控制的核心思想閉環(huán)控制特點：信息的雙向流動控制器被控

對象預(yù)期輸出r(t)實際輸出y(t)比較器測量

裝置誤差

e(t)控制量

u(t)被測變量測量值反饋：控制的核心思想閉環(huán)控制特點：信息的雙向流動控制器被控

二、開環(huán)控制

按給定值控制

例:

直流電動機轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)。

輸出量對輸入量沒有影響的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)

二、開環(huán)控制按給定值控制例:直流電動機轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系開環(huán)控制系統(tǒng)：

1.結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟

2.調(diào)試方便

3.抗干擾能力差，控制精度不高。閉環(huán)控制系統(tǒng)：

1.系統(tǒng)具有糾正偏差的能力。

2.抗擾性好，控制精度高。3.包含元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高。

4.參數(shù)應(yīng)選擇適當(dāng)。開環(huán)＋閉環(huán)＝復(fù)合控制系統(tǒng)（兼有兩者的優(yōu)點，精度很高）

開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較2.按干擾補償

按干擾補償框圖2.按干擾補償按干擾補償框圖3.復(fù)合控制復(fù)合控制框圖3.復(fù)合控制復(fù)合控制框圖

1.3對控制系統(tǒng)的性能要求

1.穩(wěn)：（基本要求）

被控制信號能跟蹤已變化的輸入信號，從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)，如果能做到，我們就認(rèn)為該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。2.準(zhǔn)：（穩(wěn)態(tài)要求）系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，輸出跟蹤精度要高3.快：（動態(tài)要求）系統(tǒng)階躍響應(yīng)的過渡過程要平穩(wěn)，快速1.3對控制系統(tǒng)的性能要求1.穩(wěn)：（基本要求）穩(wěn)定性：是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。快速性：動態(tài)性能，有指標(biāo)。準(zhǔn)確性：穩(wěn)態(tài)（過度結(jié)束后的）值應(yīng)盡量與期望值一致。tnn1(a)0(b)nt0n0n1t0n(c)n0t(e)n1n0t(d)n0n1n0t(f)

(a)、(b)非周期振蕩；(c)發(fā)散振蕩；(d)、(e)收斂振蕩；(f)等幅振蕩。穩(wěn)定性：是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。tnn1(a)0(1.4自動控制系統(tǒng)示例

例1爐溫控制系統(tǒng)1.4自動控制系統(tǒng)示例例1爐溫控制系統(tǒng)自動控制原理-第1章-緒論課件例2、渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理圖例2、渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制首先應(yīng)明確：1.被控對象：渦輪噴氣發(fā)動機2.被控量：渦輪轉(zhuǎn)速nc3.執(zhí)行元件：即是改變供油量的機構(gòu)，系統(tǒng)中與柱塞泵的斜盤以及和斜盤相連接的油缸活塞。斜盤傾角不同，泵在同樣轉(zhuǎn)速下供油量就不同。4.轉(zhuǎn)速測量：靠離心塊（轉(zhuǎn)速傳感器）來完成轉(zhuǎn)速測量，離心塊產(chǎn)生的離心力不同，作用在滑閥上（分油活門）的力的大小就代表了轉(zhuǎn)速的大小。首先應(yīng)明確：5.轉(zhuǎn)速給定：由油門的位置給定，油門位置不同，作用在滑閥上的起始彈簧力也不同，起始彈簧力的大小就代表了給定轉(zhuǎn)速的大小。6.比較元件：就是滑閥，離心力和彈簧力在閥芯上進(jìn)行比較，若兩個作用力不相等，則推動閥芯打開油路，輸出高壓燃油到燃燒室。

5.轉(zhuǎn)速給定：由油門的位置給定，油門位置不同，作用在滑閥上

渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)職能框圖渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)職能框圖

水箱原來處于一個平衡狀態(tài)，q1(t)=q2(t)=0。如果打開閥門，沖水，沖好后關(guān)上閥門，h(t)發(fā)生變化，水位下降，△h變大，通過浮子反饋到執(zhí)行機構(gòu)。機械杠桿帶動活塞打開，q1(t)變大，使△h變小，浮子上浮，活塞也上升，直至達(dá)到新的平衡。水箱原來處于一個平衡狀態(tài)，q1(t)=q2(t)原理方框圖：

這就是負(fù)反饋控制系統(tǒng)，檢測偏差，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)，使偏差減小，最后直至消除偏差。——按偏差控制。原理方框圖：這就是負(fù)反饋控制系統(tǒng)，檢測偏差，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)，本章小結(jié)1．正確理解自動控制的三種基本控制方式，尤其閉環(huán)負(fù)反饋按偏差控制的原理更要清楚。2．在已知自動控制系統(tǒng)工作原理圖的條件下，熟練地給出該系統(tǒng)的職能方框圖，正確標(biāo)示出系統(tǒng)各職能元件的名稱和信號的名稱。本章小結(jié)1．正確理解自動控制的三種基本控制方式，尤其閉環(huán)負(fù)反第一章緒論自動控制：

在沒有人直接參與的情況下，采用控制裝置或機械使被控制對象達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。第一章緒論自動控制：自動控制研究的內(nèi)容：經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論經(jīng)典控制理論主要研究對象:對單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題?，F(xiàn)代控制理論主要研究對象:多輸入、多輸出、時變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。自動控制研究的內(nèi)容：自動控制原理-第1章-緒論課件2.自動控制系統(tǒng)的概念2.自動控制系統(tǒng)的概念自動控制原理-第1章-緒論課件轉(zhuǎn)速表直流電動機人工控制直流電動機轉(zhuǎn)速示意圖如下所示:功率放大器激磁回路激磁電流電樞電壓人所起的三個作用:(1)觀察電機的轉(zhuǎn)速;(2)將觀察到的轉(zhuǎn)速與需要保持的轉(zhuǎn)速在頭腦中進(jìn)行比較;(3)根據(jù)比較得出的結(jié)論去調(diào)整電位器的輸出電壓.轉(zhuǎn)速表直流電動機人工控制直流電動機轉(zhuǎn)速示意圖如下所示:功率放實際行駛方向預(yù)期行駛方向

汽車駕駛控制原理框圖實際行駛方向預(yù)期行駛方向汽車駕駛控制原理框圖測量預(yù)期路線大腦方向盤汽車實際路線眼睛和其他

感覺器官手汽車駕駛控制原理框圖測量預(yù)期路線大腦方向盤汽車實際路線眼睛和其他

感覺器官手汽車根據(jù)以上例子自動控制的概念總結(jié)如下：自動控制：是指沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置（稱控制器），使整個生產(chǎn)過程或工作機械（稱被控對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。自動控制系統(tǒng)：能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制任務(wù)的系統(tǒng)，由控制器與控制對象組成?？刂茖ο罂刂破鬏斎肓枯敵隽繑_動量?根據(jù)以上例子自動控制的概念總結(jié)如下：自動控制：是指沒有人直接3、技術(shù)術(shù)語1）被控對象:是指要求實現(xiàn)自動控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。3）控制器：又稱調(diào)節(jié)器、控制裝置，由控制元件組成，它接受指令信號，輸出控制作用信號于被控對象。2）被控量：表征被控對象工作狀態(tài)的物理參量(或狀態(tài)參量)，如轉(zhuǎn)速、壓力、溫度、電壓、位移等。3、技術(shù)術(shù)語1）被控對象:是指要求實現(xiàn)自動控制的機器、設(shè)備或4）給定值或指令信號r(t)：要求控制系統(tǒng)按一定規(guī)律變化的信號，是系統(tǒng)的輸入信號。5）干擾信號n(t)：又稱擾動值，是一種對系統(tǒng)的被控量起破壞作用的信號。6）反饋信號b(t)：是指被控量經(jīng)測量元件檢測后回饋送到系統(tǒng)輸入端的信號。7）偏差信號e(t)：是指給定值與被控量的差值，或指令信號與反饋信號的差值。4）給定值或指令信號r(t)：要求控制系統(tǒng)按一定規(guī)律變化的信4、控制系統(tǒng)的職能方框圖（重點）

控制系統(tǒng)職能方框圖4、控制系統(tǒng)的職能方框圖（重點）控制系統(tǒng)職能方框圖控制器應(yīng)具有三種基本職能，即測量、比較和執(zhí)行。

1）測量元件的職能是檢測被控制的物理量，如果所測量的物理量為非電量，一般要將其轉(zhuǎn)換為電量。

2）比較元件的職能是將測量元件檢測到的被控量的實際值與給定值相比較，計算求出二者間的偏差?？刂破鲬?yīng)具有三種基本職能，即測量、比較和執(zhí)行。1）測量元件4）執(zhí)行元件的職能是直接推動被控對象，使被控量發(fā)生變化。3）放大元件的職能是將比較元件給出的偏差信號放大，以驅(qū)動執(zhí)行元件去控制被控對象。4）執(zhí)行元件的職能是直接推動被控對象，使被控量發(fā)生變化。31.2自動控制的基本方式

一、閉環(huán)控制

閉環(huán)控制框圖1.2自動控制的基本方式一、閉環(huán)控制閉環(huán)控制框圖反饋：控制的核心思想閉環(huán)控制特點：信息的雙向流動控制器被控

對象預(yù)期輸出r(t)實際輸出y(t)比較器測量

裝置誤差

e(t)控制量

u(t)被測變量測量值反饋：控制的核心思想閉環(huán)控制特點：信息的雙向流動控制器被控

二、開環(huán)控制

按給定值控制

例:

直流電動機轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)。

輸出量對輸入量沒有影響的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)

二、開環(huán)控制按給定值控制例:直流電動機轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系開環(huán)控制系統(tǒng)：

1.結(jié)構(gòu)簡單經(jīng)濟

2.調(diào)試方便

3.抗干擾能力差，控制精度不高。閉環(huán)控制系統(tǒng)：

1.系統(tǒng)具有糾正偏差的能力。

2.抗擾性好，控制精度高。3.包含元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高。

4.參數(shù)應(yīng)選擇適當(dāng)。開環(huán)＋閉環(huán)＝復(fù)合控制系統(tǒng)（兼有兩者的優(yōu)點，精度很高）

開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較2.按干擾補償

按干擾補償框圖2.按干擾補償按干擾補償框圖3.復(fù)合控制復(fù)合控制框圖3.復(fù)合控制復(fù)合控制框圖

1.3對控制系統(tǒng)的性能要求

1.穩(wěn)：（基本要求）

被控制信號能跟蹤已變化的輸入信號，從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)，如果能做到，我們就認(rèn)為該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。2.準(zhǔn)：（穩(wěn)態(tài)要求）系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，輸出跟蹤精度要高3.快：（動態(tài)要求）系統(tǒng)階躍響應(yīng)的過渡過程要平穩(wěn)，快速1.3對控制系統(tǒng)的性能要求1.穩(wěn)：（基本要求）穩(wěn)定性：是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件?？焖傩裕簞討B(tài)性能，有指標(biāo)。準(zhǔn)確性：穩(wěn)態(tài)（過度結(jié)束后的）值應(yīng)盡量與期望值一致。tnn1(a)0(b)nt0n0n1t0n(c)n0t(e)n1n0t(d)n0n1n0t(f)

(a)、(b)非周期振蕩；(c)發(fā)散振蕩；(d)、(e)收斂振蕩；(f)等幅振蕩。穩(wěn)定性：是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。tnn1(a)0(1.4自動控制系統(tǒng)示例

例1爐溫控制系統(tǒng)1.4自動控制系統(tǒng)示例例1爐溫控制系統(tǒng)自動控制原理-第1章-緒論課件例2、渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理圖例2、渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)渦輪噴氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制首先應(yīng)明確：1.被控對象：渦輪噴氣發(fā)動機2.被控量：渦輪轉(zhuǎn)速nc3.執(zhí)行元件：即是改變供油量的機構(gòu)，系統(tǒng)中與柱塞泵的斜盤以及和斜盤相連接的油缸活塞。斜盤傾角不同，泵在同樣轉(zhuǎn)速下供油量就不同。4.轉(zhuǎn)速測量：靠離心塊（轉(zhuǎn)速傳感器）來完成轉(zhuǎn)速測量，離心