自動控制理論的一般概念

自動控制理論的一般概念第一頁，共二十三頁，2022年，8月28日自動控制：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到預期的目標。第二頁，共二十三頁，2022年，8月28日一、開環(huán)控制控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制。溫度計

加熱電阻絲u~220Vk爐溫開環(huán)控制系統(tǒng)開關(guān)閉合后，不同的輸入電壓u對應于不同的溫度t。第三頁，共二十三頁，2022年，8月28日給定值輸出量典型開環(huán)控制的方框圖控制器被控制對象擾動輸出量

受控對象控制裝置

(電源)輸入量(溫度)擾動量開關(guān)電爐恒溫箱加熱電阻絲爐溫開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖第四頁，共二十三頁，2022年，8月28日控制方式：按給定值操縱。信號由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對應一定的輸出量。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。對于工作過程中受到的擾動或特性參數(shù)的變化無法自動補償。結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，多用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定和擾動信號較弱的場合.開環(huán)控制系統(tǒng)特點：信號從輸入到輸出無反饋,單向傳遞.

結(jié)構(gòu)簡單.

控制精度不高,無法抑制擾動.第五頁，共二十三頁，2022年，8月28日例:

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)

第六頁，共二十三頁，2022年，8月28日控制任務：保持工作機械恒速運行.控制過程：二、閉環(huán)控制第七頁，共二十三頁，2022年，8月28日反饋：

輸出量送回至輸入端并與輸入信號比較的過程負反饋：

反饋的信號與輸入信號相減而使偏差越來越小典型閉環(huán)系統(tǒng)方框圖第八頁，共二十三頁，2022年，8月28日閉環(huán)控制:

是指控制器與控制對象之間既有順向作用有反向聯(lián)系的控制過程。特點:

輸出影響輸入，所以能削弱或抑制干擾；低精度元件可組成高精度系統(tǒng)；因為可能發(fā)生超調(diào)，振蕩，所以穩(wěn)定性很重要第九頁，共二十三頁，2022年，8月28日主反饋

—與輸出成正比或某種函數(shù)關(guān)系，但量綱與給定信號相同；偏差

—給定信號與主反饋信號之差的信號；控制單元

—接受偏差信號，通過轉(zhuǎn)換與運算，產(chǎn)生期望的控制量；擾動

—對系統(tǒng)輸出產(chǎn)生不利影響的信號；反饋環(huán)節(jié)

—檢測輸出信號并轉(zhuǎn)換與給定輸入信號相同量綱的信號。三、閉環(huán)控制系統(tǒng)的術(shù)語和定義第十頁，共二十三頁，2022年，8月28日輸出量環(huán)節(jié)名稱（或特性）輸入量(a)

(-)(b)re=r-b

b(c)c引出點cc閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖

方框圖的組成：

擾動被控量偏差信號

(-)

參考輸入信號r(t)

調(diào)節(jié)器(或控制器)u(t)受控系統(tǒng)e(t)

c(t)反饋信號

控制量

給定

控制環(huán)節(jié)

放大

元件

執(zhí)行

機構(gòu)

受控

對象

反饋裝置

(測量元件)第十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日例爐溫控制系統(tǒng)

自動控制系統(tǒng)實例第十二頁，共二十三頁，2022年，8月28日爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控制系統(tǒng)方框圖第十三頁，共二十三頁，2022年，8月28日擾動(b)方框圖(-)utug給定裝置放大器電動機轉(zhuǎn)速反饋裝置觸發(fā)器晶闡管可控整流器控制裝置受控對象nueudo第十四頁，共二十三頁，2022年，8月28日五、復合控制

它是把按偏差控制與按擾動控制結(jié)合起來，對于主要擾動采用適當?shù)难a償裝置實現(xiàn)按擾動控制，同時再組成反饋控制系統(tǒng)實現(xiàn)按偏差控制，以消除其余擾動產(chǎn)生的偏差。按擾動補償輸入信號

(-)

電壓放大器功率放大器電動機測速發(fā)電機電壓放大器電阻R電動機速度復合控制系統(tǒng)方框圖第十五頁，共二十三頁，2022年，8月28日也稱鎮(zhèn)定系統(tǒng)。輸出量以一定的精度等于給定值，而給定值一般不變化或變化很緩慢，擾動可隨時變化的系統(tǒng)稱為恒值系統(tǒng)，在生產(chǎn)過程中，這類系統(tǒng)非常多。例如，冶金部門的恒溫系統(tǒng)，石油部門的恒壓系統(tǒng)等。1-3典型控制系統(tǒng)恒值系統(tǒng)：第十六頁，共二十三頁，2022年，8月28日

輸出量能以一定精度跟隨給定值變化的系統(tǒng)稱隨動系統(tǒng)，又稱為跟蹤系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)的給定值變化規(guī)律完全取決于事先不能確定的時間函數(shù)。例如，火炮系統(tǒng)，衛(wèi)星控制系統(tǒng)等。隨動系統(tǒng)：第十七頁，共二十三頁，2022年，8月28日例:一位置隨動系統(tǒng)的工作原理圖。控制任務：要求工作機械能夠跟隨指令機構(gòu)同步轉(zhuǎn)動,即要使工作機械的角位置跟隨給定指令轉(zhuǎn)角，亦即使：第十八頁，共二十三頁，2022年，8月28日首先確定以下基本問題：（1）受控對象:工作機械；（2）被控量:角位置；（3）指令轉(zhuǎn)角:給定值；（4）測量元件:通過兩個相同的電位計測量轉(zhuǎn)角及，并轉(zhuǎn)換為相應的電壓及；（5）計算比較:兩個測量電位計的橋式連接，即完成了減法運算，兩電刷之間的電壓代表了被控量對給定量的誤差；（6）執(zhí)行機械:電機減速裝置。系統(tǒng)的工作原理：

如果工作機械轉(zhuǎn)角等于指令轉(zhuǎn)角，則經(jīng)事先整定，即電機不動，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。當指令轉(zhuǎn)角改變，隨之改變，而工作機械仍處于原位，則從而使電動機拖動工作機械朝所要求的方向快速偏轉(zhuǎn)，直至電機停轉(zhuǎn)，此時系統(tǒng)在新的位置上處于與指令同步的平衡工作狀態(tài)，即完成了跟隨的任務。第十九頁，共二十三頁，2022年，8月28日

自動控制系統(tǒng)的被控制量如果是根據(jù)預先編好的程序進行控制的系統(tǒng)稱程序控制系統(tǒng)。例如，煉鋼爐中的微機控制系統(tǒng)，洲際彈道導彈的程序控制系統(tǒng)等。程序控制系統(tǒng)：第二十頁，共二十三頁，2022年，8月28日穩(wěn)定性

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，我們就認為該系統(tǒng)是穩(wěn)定的，這是對反饋控制系統(tǒng)提出的最基本要求?？焖傩?/p>

對過渡過程的形式和快慢提出要求，一般稱為動態(tài)性能。穩(wěn)定高射炮射角隨動系統(tǒng)，雖然炮身最終能跟蹤目標，但如果目標變動迅速，而炮身行動遲緩，仍然抓不住目標。準確性

用穩(wěn)態(tài)誤差來表示。在參考輸入信號作用下，當系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，這種誤差越小，表示系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高。1-4對自動控制系統(tǒng)系統(tǒng)的要求第二十一頁，共二十三頁，2022年，8月28日.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。.準確性：穩(wěn)態(tài)（過度結(jié)束后的）值應盡量與期望值一致。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。第二十二頁，共二十三頁，2022年，8