天津大學(xué)812 自動(dòng)控制原理 第1章 自動(dòng)控制的一般概念課件

自動(dòng)控制原理一、主要內(nèi)容學(xué)習(xí)經(jīng)典控制的基本理論和基本方法，重點(diǎn)學(xué)習(xí)線性控制系統(tǒng)的基本理論和基本方法。主要內(nèi)容包括：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、控制系統(tǒng)的時(shí)域分析法、控制系統(tǒng)的根軌跡法、控制系統(tǒng)的頻域分析法、控制系統(tǒng)的常用校正方法等。視情況增加執(zhí)行器、離散控制系統(tǒng)基本知識(shí)二、所需相關(guān)知識(shí)電子學(xué)模擬部分、拉普拉斯變換、復(fù)變函數(shù)、MATLABFORWINDOWS語(yǔ)言等。三、教材及參考文獻(xiàn)[1]胡壽松等，《自動(dòng)控制原理》，科學(xué)出版社，第5版，2007[2]楊文敏等，《MATLAB高級(jí)語(yǔ)言在控制工程中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》，1998；[3]施陽(yáng)等，《MATLAB語(yǔ)言工具箱—TOOLBOX實(shí)用指南》，西北工業(yè)大學(xué)出版社，1999；四、教學(xué)安排

講課48課時(shí)，實(shí)驗(yàn)8課時(shí)第一章自動(dòng)控制的一般概念（4課時(shí)）第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（8課時(shí)）第三章線性系統(tǒng)的時(shí)域分析法（10課時(shí)）第四章線性系統(tǒng)的根軌跡法（6課時(shí)）第五章線性系統(tǒng)的頻域分析法（10課時(shí)）第六章線性系統(tǒng)的校正方法（10課時(shí)）第一章控制系統(tǒng)的一般概念1-1 自動(dòng)控制的基本原理與方式一、什么是自動(dòng)控制

指在沒(méi)有人的直接參與下，利用外加設(shè)備或裝置（控制裝置或控制器）使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。如：恒溫控制、溫度曲線控制、導(dǎo)彈自動(dòng)尋敵系統(tǒng)、直流穩(wěn)壓電源等。二、自動(dòng)控制理論的發(fā)展古典控制理論：17世紀(jì)反饋調(diào)節(jié)器（如瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)飛球離心調(diào)節(jié)器）--

1868年系統(tǒng)穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)（馬克斯威爾、數(shù)學(xué)家勞斯及赫爾維茨）--二戰(zhàn)期間，奈奎斯特提出了頻率響應(yīng)理論--1948年，萬(wàn)斯提出根軌跡法。

特點(diǎn)：以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，主要研究單輸入—單輸出、線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題。現(xiàn)代控制理論：發(fā)展于20世紀(jì)60年代初期。特點(diǎn)：主要研究具有高性能、高精度的多變量變參數(shù)系統(tǒng)的最優(yōu)控制問(wèn)題。采用以狀態(tài)為基礎(chǔ)的時(shí)域方法。模糊控制技術(shù)：發(fā)展于20世紀(jì)80年代，基于模糊數(shù)學(xué)、模糊推理方法

三、反饋控制原理反饋：系統(tǒng)輸出量送回到輸入端，與輸入信號(hào)相比較產(chǎn)生偏差信號(hào)的過(guò)程。利用反饋進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱為反饋控制系統(tǒng)。如溫度調(diào)節(jié)器：輸入量r（參考輸入）：輸入到控制系統(tǒng)的指令信號(hào)；主反饋b:與輸出成正比或某種函數(shù)關(guān)系，量綱與輸入相同；偏差e：等于參考輸入與主反饋之差；控制環(huán)節(jié)Gc：接受偏差信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換與運(yùn)算產(chǎn)生所需的控制量；控制量u：來(lái)自控制環(huán)節(jié)，作用于控制對(duì)象的信號(hào)；擾動(dòng)n：不希望的影響輸出的一些信號(hào)；被控對(duì)象G0：接受控制量，輸出被控制量；輸出c：反饋控制系統(tǒng)的被控制量；反饋環(huán)節(jié)H：將輸出轉(zhuǎn)換為主反饋信號(hào)的裝置；比較環(huán)節(jié)：獲得參考輸入與主反饋信號(hào)之差；

Ud為反向電動(dòng)勢(shì)，與轉(zhuǎn)速成正比；有

當(dāng)時(shí)，有從而消除了負(fù)載電流對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。畫框圖步驟

1、確定系統(tǒng)輸出量（被控量）為系統(tǒng)的最終輸出

2、確定被控對(duì)象被控量的載體，為一獨(dú)立裝置；

3、確定測(cè)量環(huán)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量元件測(cè)量被控量的環(huán)節(jié)；

4、確定輸入量與被控量相對(duì)應(yīng)（注意：有時(shí)輸入量會(huì)通過(guò)某環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為易于比較的形式）；

5、比較環(huán)節(jié)測(cè)量環(huán)節(jié)的輸出與輸入量相比較；

6、按系統(tǒng)信號(hào)傳遞的順序確定其它環(huán)節(jié)（控制器、執(zhí)行器等）；也可從被控對(duì)象開始，考察各環(huán)節(jié)的控制量和輸出量，從右到左逐一確定；

二、電阻爐微計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)P10

三、P17習(xí)題1-4水溫控制器1-3自動(dòng)控制系統(tǒng)分類按控制方式：1、開環(huán)控制2、閉環(huán)控制3、復(fù)合控制按系統(tǒng)性能可分為：線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)；連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)；定常系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)；確定性系統(tǒng)和不確定性系統(tǒng)；按輸入量變化規(guī)律：1、恒值控制系統(tǒng)2、隨動(dòng)控制系統(tǒng)3、程序控制系統(tǒng)恒值控制系統(tǒng)：輸入量為一常量，要求輸出量等于常量。系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是研究各種干擾對(duì)被控對(duì)象的影響以及抗擾動(dòng)的措施隨動(dòng)控制系統(tǒng)：輸入量是預(yù)先未知的隨時(shí)間變化的函數(shù)，要求被控量以盡可能小的誤差跟隨輸入量變化。系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是被控量跟隨的快速性和準(zhǔn)確性。如果被控量是機(jī)械位置或速度，則稱為伺服系統(tǒng)。程序控制系統(tǒng)：輸入量是按預(yù)定規(guī)律隨時(shí)間變化的函數(shù)，要求被控量快速、準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)。如溫度曲線控制器。1-4對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求一、基本要求：穩(wěn)定性、快速性和準(zhǔn)確性，即穩(wěn)、快、準(zhǔn)。穩(wěn)定性：保證系統(tǒng)正常工作的先決條件。被控量偏離期望值后，