教學(xué)課件-自動(dòng)控制原理

自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制原理（第1講）第一章自動(dòng)控制的一般概念

§1.1引言§1.2自動(dòng)控制理論發(fā)展概述§1.3自動(dòng)控制和自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念§1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成§1.5控制系統(tǒng)示例自動(dòng)控制原理1—1，2，3，4本次課程作業(yè)（1）自動(dòng)控制理論發(fā)展簡(jiǎn)史經(jīng)典控制理論

(19世紀(jì)初)

時(shí)域法復(fù)域法(根軌跡法)

頻域法

現(xiàn)代控制理論(20世紀(jì)60年代)

線性系統(tǒng)自適應(yīng)控制最優(yōu)控制魯棒控制最佳估計(jì)容錯(cuò)控制系統(tǒng)辨識(shí)集散控制大系統(tǒng)復(fù)雜系統(tǒng)智能控制理論(20世紀(jì)70年代)

專家系統(tǒng)模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)遺傳算法調(diào)速器工作原理圖自動(dòng)控制原理自動(dòng)控制理論是研究自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，進(jìn)行系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)的一般性理論是研究自動(dòng)控制過(guò)程共同規(guī)律的技術(shù)學(xué)科自動(dòng)控制

在無(wú)人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機(jī)械、或生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象）的某一個(gè)物理量（被控量）按預(yù)定的規(guī)律（給定量）運(yùn)行?；究刂品绞?.開(kāi)環(huán)控制

2.閉環(huán)控制

3.復(fù)合控制

例1爐溫控制系統(tǒng)

爐溫控制系統(tǒng)方框圖爐溫控制系統(tǒng)方框圖方框圖中各符號(hào)的意義

元部件方框（塊）圖信號(hào)（物理量）及傳遞方向中的符號(hào)比較點(diǎn)引出點(diǎn)表示負(fù)反饋

例2函數(shù)記錄儀

函數(shù)記錄儀方框圖

負(fù)反饋原理

將系統(tǒng)的輸出信號(hào)引回輸入端，與輸入信號(hào)相比較，利用所得的偏差信號(hào)進(jìn)行控制，達(dá)到減小偏差、消除偏差的目的。

____構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心

閉環(huán)(反饋)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：

(1)系統(tǒng)內(nèi)部存在反饋，信號(hào)流動(dòng)構(gòu)成閉回路

(2)偏差起調(diào)節(jié)作用

控制系統(tǒng)的組成(1)

被控對(duì)象控制系統(tǒng)

測(cè)量元件比較元件

控制裝置

放大元件執(zhí)行機(jī)構(gòu)

校正裝置

給定元件控制系統(tǒng)的組成(2)

課程小結(jié)1.自動(dòng)控制的一般概念基本控制方式控制系統(tǒng)的基本組成控制系統(tǒng)的分類對(duì)控制系統(tǒng)的要求課程研究的內(nèi)容2.要求掌握的知識(shí)點(diǎn)負(fù)反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及原理由系統(tǒng)工作原理圖繪制方框圖自動(dòng)控制原理1—1，2，3，4本次課程作業(yè)（1）謝謝！

自動(dòng)控制原理（第2講）第一章自動(dòng)控制的一般概念

§1.5控制系統(tǒng)示例§1.6自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類§1.7對(duì)控制系統(tǒng)性能的基本要求§1.8本課程的研究?jī)?nèi)容

自動(dòng)控制原理1—7，10，11本次課程作業(yè)（2）自動(dòng)控制

在無(wú)人直接參與的情況下，利用控制裝置，使工作機(jī)械、或生產(chǎn)過(guò)程（被控對(duì)象）的某一個(gè)物理量（被控量）按預(yù)定的規(guī)律（給定量）運(yùn)行?；究刂品绞?.開(kāi)環(huán)控制

2.閉環(huán)控制

3.復(fù)合控制

例2函數(shù)記錄儀

函數(shù)記錄儀方框圖

負(fù)反饋原理

將系統(tǒng)的輸出信號(hào)引回輸入端，與輸入信號(hào)相比較，利用所得的偏差信號(hào)進(jìn)行控制，達(dá)到減小偏差、消除偏差的目的。

____構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)的核心

閉環(huán)(反饋)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：

(1)系統(tǒng)內(nèi)部存在反饋，信號(hào)流動(dòng)構(gòu)成閉回路

(2)偏差起調(diào)節(jié)作用

控制系統(tǒng)的組成(1)

被控對(duì)象控制系統(tǒng)

測(cè)量元件比較元件

控制裝置

放大元件執(zhí)行機(jī)構(gòu)

校正裝置

給定元件控制系統(tǒng)的組成(2)

水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作原理圖水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)水溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)的分類按給定信號(hào)的形式恒值系統(tǒng)/隨動(dòng)系統(tǒng)按系統(tǒng)是否滿足疊加原理線性系統(tǒng)/非線性系統(tǒng)按系統(tǒng)參數(shù)是否隨時(shí)間變化定常系統(tǒng)/時(shí)變系統(tǒng)按信號(hào)傳遞的形式連續(xù)系統(tǒng)/離散系統(tǒng)按輸入輸出變量的多少單變量系統(tǒng)/多變量系統(tǒng)

對(duì)控制系統(tǒng)的基本要求1.穩(wěn)：（基本要求）要求系統(tǒng)要穩(wěn)定2.準(zhǔn)：（穩(wěn)態(tài)要求）系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，輸出跟蹤精度要高3.快：（動(dòng)態(tài)要求）系統(tǒng)階躍響應(yīng)的過(guò)渡過(guò)程要平穩(wěn)，快速演示自動(dòng)控制原理課程的任務(wù)與體系結(jié)構(gòu)自動(dòng)控制原理教學(xué)過(guò)程方框圖課程小結(jié)1.自動(dòng)控制的一般概念基本控制方式控制系統(tǒng)的基本組成控制系統(tǒng)的分類對(duì)控制系統(tǒng)的要求課程研究的內(nèi)容2.要求掌握的知識(shí)點(diǎn)負(fù)反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及原理由系統(tǒng)工作原理圖繪制方框圖自動(dòng)控制原理1—7，10，11本次課程作業(yè)（2）謝謝！

自動(dòng)控制原理

本次課程作業(yè)（3）

2—1,2,3附加作業(yè):1已知f(t)，求F(s),求f(0),f(∞)。自動(dòng)控制原理

（第3講）第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型§2.1引言§2.2控制系統(tǒng)的時(shí)域數(shù)學(xué)模型復(fù)習(xí)：拉普拉斯變換有關(guān)知識(shí)自動(dòng)控制原理課程的任務(wù)與體系結(jié)構(gòu)§2控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型自動(dòng)控制原理時(shí)域模型—微分方程復(fù)域模型—傳遞函數(shù)§2控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型2.1引言數(shù)學(xué)模型:

描述系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式

建模方法：

解析法，實(shí)驗(yàn)法2.2時(shí)域數(shù)學(xué)模型——

微分方程線性元部件、線性系統(tǒng)微分方程的建立非線性系統(tǒng)微分方程的線性化§2.1引言數(shù)學(xué)模型描述系統(tǒng)輸入、輸出變量以及內(nèi)部各變量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式

建模方法

解析法（機(jī)理分析法）根據(jù)系統(tǒng)工作所依據(jù)的物理定律列寫運(yùn)動(dòng)方程

實(shí)驗(yàn)法（系統(tǒng)辨識(shí)法）給系統(tǒng)施加某種測(cè)試信號(hào)，記錄輸出響應(yīng)，并用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型去逼近系統(tǒng)的輸入輸出特性§2.2控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型—微分方程線性定常系統(tǒng)微分方程的一般形式§2.2控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型—微分方程§2.2.1

線性元部件及系統(tǒng)的微分方程例1R-L-C串連電路§2.2.1線性元部件及系統(tǒng)的微分方程（1）例2彈簧—阻尼器系統(tǒng)§2.2.1線性元部件及系統(tǒng)的微分方程電磁力矩：

—安培定律電樞反電勢(shì)：

—楞次定律電樞回路：

—克希霍夫力矩平衡：

—牛頓定律電機(jī)時(shí)間常數(shù)電機(jī)傳遞系數(shù)消去中間變量i,Mm,Eb

可得：例3電樞控制式直流電動(dòng)機(jī)§2.2.1線性元部件及系統(tǒng)的微分方程（3）反饋口：放大器：電動(dòng)機(jī)：減速器：繩輪：電橋：消去中間變量可得：例4X-Y記錄儀§2.2.2非線性系統(tǒng)微分方程的線性化（舉例1）取一次近似，且令

既有

例5

已知某裝置的輸入輸出特性如下，求小擾動(dòng)線性化方程。解.在工作點(diǎn)(x0,y0)處展開(kāi)泰勒級(jí)數(shù)§2.2.2非線性系統(tǒng)微分方程的線性化（舉例2）解.在處泰勒展開(kāi)，取一次近似

代入原方程可得在平衡點(diǎn)處系統(tǒng)滿足

上兩式相減可得線性化方程

例6

某容器的液位高度h與液體流入量Q滿足方程式中S為液位容器的橫截面積。若h與Q在其工作點(diǎn)附近做微量變化，試導(dǎo)出h關(guān)于Q的線性化方程。

線性定常微分方程求解微分方程求解方法

復(fù)習(xí)拉普拉斯變換有關(guān)內(nèi)容（1）1復(fù)數(shù)有關(guān)概念

（1）復(fù)數(shù)、復(fù)函數(shù)復(fù)數(shù)復(fù)函數(shù)例1（2）模、相角（3）復(fù)數(shù)的共軛（4）解析

若F(s)在s點(diǎn)的各階導(dǎo)數(shù)都存在，則F(s)在s點(diǎn)解析。模相角

復(fù)習(xí)拉普拉斯變換有關(guān)內(nèi)容（2）2拉氏變換的定義

（1）階躍函數(shù)像原像3常見(jiàn)函數(shù)的拉氏變換（2）指數(shù)函數(shù)

復(fù)習(xí)拉普拉斯變換有關(guān)內(nèi)容（3）（3）正弦函數(shù)

復(fù)習(xí)拉普拉斯變換有關(guān)內(nèi)容（4）（1）線性性質(zhì)4拉氏變換的幾個(gè)重要定理（2）微分定理證明：0初條件下有：

復(fù)習(xí)拉普拉斯變換有關(guān)內(nèi)容（5）例2求解.例3求解.

復(fù)習(xí)拉普拉斯變換有關(guān)內(nèi)容（6）（3）積分定理零初始條件下有：進(jìn)一步有：

例4求L[t]=?

解.例5求解.

復(fù)習(xí)拉普拉斯變換有關(guān)內(nèi)容（7）（4）實(shí)位移定理證明：例6解