自動控制系統(tǒng)的概念ppt

1、12課程的性質(zhì)和特點(diǎn)課程的性質(zhì)和特點(diǎn) 自動控制是一門技術(shù)學(xué)科，從方法論的角度來研究系自動控制是一門技術(shù)學(xué)科，從方法論的角度來研究系統(tǒng)的建立、分析與設(shè)計(jì)。統(tǒng)的建立、分析與設(shè)計(jì)。 自動控制原理自動控制原理是本學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，是自動控是本學(xué)科的專業(yè)基礎(chǔ)課，是自動控制理論的基礎(chǔ)課程，該課程與其它課程的關(guān)系如下。制理論的基礎(chǔ)課程，該課程與其它課程的關(guān)系如下。微積分（含微分方程微積分（含微分方程）電機(jī)與拖動電機(jī)與拖動模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)線性代數(shù)線性代數(shù)電路理論電路理論信號與系統(tǒng)信號與系統(tǒng)自動控制理論自動控制理論復(fù)變函數(shù)、拉普拉斯變換復(fù)變函數(shù)、拉普拉斯變換大學(xué)物理（力學(xué)、熱力學(xué)）大學(xué)物理（力學(xué)、熱力學(xué)

2、）3課程的性質(zhì)和特點(diǎn)課程的性質(zhì)和特點(diǎn)討論的對象：討論的對象：因果系統(tǒng)因果系統(tǒng) 、工程系統(tǒng)、工程系統(tǒng)系統(tǒng)的廣義性：系統(tǒng)的廣義性：經(jīng)濟(jì)、社會、工程、生物、環(huán)境等經(jīng)濟(jì)、社會、工程、生物、環(huán)境等課程特點(diǎn)：課程特點(diǎn)：研究系統(tǒng)的共性問題研究系統(tǒng)的共性問題 數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)模型模型實(shí)際實(shí)際系統(tǒng)系統(tǒng)物理物理模型模型方法（系統(tǒng)組成方法（系統(tǒng)組成分析、設(shè)計(jì)）分析、設(shè)計(jì)） 自動控制理論已經(jīng)發(fā)展為理論嚴(yán)密、系統(tǒng)完整、邏輯自動控制理論已經(jīng)發(fā)展為理論嚴(yán)密、系統(tǒng)完整、邏輯性很強(qiáng)的一門學(xué)科。從基本反饋控制原理發(fā)展到：自適應(yīng)性很強(qiáng)的一門學(xué)科。從基本反饋控制原理發(fā)展到：自適應(yīng)控制、優(yōu)化控制、魯棒控制、大系統(tǒng)控制、智能控制?？刂?、優(yōu)化控制

3、、魯棒控制、大系統(tǒng)控制、智能控制。45一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式 1 1、自動控制技術(shù)及其應(yīng)用、自動控制技術(shù)及其應(yīng)用 所謂自動控制，是指沒有人直接參與的情況下，利所謂自動控制，是指沒有人直接參與的情況下，利用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、用外加的設(shè)備或裝置（稱控制裝置或控制器），使機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控量）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱被控量）的某個(gè)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(yùn)行。（即被控量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。 飛機(jī)導(dǎo)航飛機(jī)導(dǎo)航6哈勃望遠(yuǎn)鏡特殊地衛(wèi)星哈勃望遠(yuǎn)鏡特殊地衛(wèi)星中巴資源衛(wèi)星中巴資源衛(wèi)星 人造地

4、球衛(wèi)星人造地球衛(wèi)星控制其準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收控制其準(zhǔn)確地進(jìn)入預(yù)定軌道運(yùn)行并回收一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式7無人駕駛飛機(jī)按預(yù)定軌跡飛行無人駕駛飛機(jī)按預(yù)定軌跡飛行漸露鋒芒地?zé)o人駕駛飛機(jī)漸露鋒芒地?zé)o人駕駛飛機(jī)一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式8制導(dǎo)導(dǎo)彈制導(dǎo)導(dǎo)彈 現(xiàn)代的高新技術(shù)讓導(dǎo)彈長上了“眼睛”和“大腦”，利用負(fù)反饋控制原理去緊緊盯住目標(biāo)我國研制的地空導(dǎo)彈我國研制的地空導(dǎo)彈一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式9自動控制技術(shù)應(yīng)用于其他領(lǐng)域自動控制技術(shù)應(yīng)用于其他領(lǐng)域 由于計(jì)算機(jī)等技術(shù)的誕生和飛速發(fā)展，使得控制由于計(jì)算機(jī)等技術(shù)

5、的誕生和飛速發(fā)展，使得控制技術(shù)水平不斷提高，已擴(kuò)大到經(jīng)濟(jì)與社會生活的各個(gè)技術(shù)水平不斷提高，已擴(kuò)大到經(jīng)濟(jì)與社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，如通信、交通、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)管理等領(lǐng)域，如通信、交通、醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)管理等領(lǐng)域，控制技術(shù)已成為現(xiàn)代社會不可缺少的重要組成領(lǐng)域，控制技術(shù)已成為現(xiàn)代社會不可缺少的重要組成部分。部分。 近年來，我國在自動化儀表、工業(yè)調(diào)節(jié)器、數(shù)字近年來，我國在自動化儀表、工業(yè)調(diào)節(jié)器、數(shù)字控制技術(shù)、航天工程、核動力工程等方面的研究和應(yīng)控制技術(shù)、航天工程、核動力工程等方面的研究和應(yīng)用取得了長足進(jìn)展。用取得了長足進(jìn)展。一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式10 11現(xiàn)代化

6、的工廠現(xiàn)代化的工廠12(1)(1)、最早的穩(wěn)定性研究、最早的穩(wěn)定性研究 J.C.MaxwellJ.C.Maxwell（麥克斯韋爾）（麥克斯韋爾），18681868年發(fā)表年發(fā)表論調(diào)節(jié)器論調(diào)節(jié)器，研究，研究調(diào)節(jié)器的微分方程，線性化處理，系統(tǒng)穩(wěn)定性取決于微分方程的調(diào)節(jié)器的微分方程，線性化處理，系統(tǒng)穩(wěn)定性取決于微分方程的特征根是否都具有一對負(fù)的實(shí)部，針對二階和三階系統(tǒng)討論了使特征根是否都具有一對負(fù)的實(shí)部，針對二階和三階系統(tǒng)討論了使特征根具有負(fù)實(shí)部時(shí)，特征多項(xiàng)式系列應(yīng)滿足的條件。特征根具有負(fù)實(shí)部時(shí)，特征多項(xiàng)式系列應(yīng)滿足的條件。(2)(2)、系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)則、系統(tǒng)穩(wěn)定準(zhǔn)則 由由HurwitzHurwitz（霍

7、爾維茨）（霍爾維茨）和和 E.J.RouthE.J.Routh（勞斯）（勞斯）提出的勞斯霍提出的勞斯霍爾維茨穩(wěn)定判據(jù)。爾維茨穩(wěn)定判據(jù)。 A.M.LyapunovA.M.Lyapunov（李雅普諾夫）（李雅普諾夫）提出了李雅普諾夫第一法與第二法提出了李雅普諾夫第一法與第二法 H.NyquistH.Nyquist（奈魁斯特）（奈魁斯特）提出奈氏判據(jù)，提出奈氏判據(jù)，Bode(Bode(波德）波德）提出了對數(shù)提出了對數(shù)頻率特性的方法。頻率特性的方法。 二戰(zhàn)期間，軍事科學(xué)的需要大大促進(jìn)了反饋控制理論的發(fā)展。美二戰(zhàn)期間，軍事科學(xué)的需要大大促進(jìn)了反饋控制理論的發(fā)展。美國麻省理工學(xué)院雷達(dá)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們將反饋

8、放大器理論、國麻省理工學(xué)院雷達(dá)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們將反饋放大器理論、 PIDPID（比例（比例- -積分積分- -微分）控制以及微分）控制以及N.WienerN.Wiener（維納）（維納）的隨機(jī)過程理論的隨機(jī)過程理論等結(jié)合在一起，形成了一整套被稱為隨動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。等結(jié)合在一起，形成了一整套被稱為隨動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。2 2、自動控制理論、自動控制理論一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式13 一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式(3)(3)、根軌跡方法、根軌跡方法 W.R.EvansW.R.Evans（伊萬斯）（伊萬斯）提出的方法和規(guī)則是當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)

9、變化時(shí)特征方程式提出的方法和規(guī)則是當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí)特征方程式根變化的幾何軌跡。根變化的幾何軌跡。 (4)(4)、經(jīng)典自動控制理論、經(jīng)典自動控制理論 以反饋控制原理為基礎(chǔ)的自動控制理論已形成比較完整的體系。其特點(diǎn)以反饋控制原理為基礎(chǔ)的自動控制理論已形成比較完整的體系。其特點(diǎn)相對言，生產(chǎn)技術(shù)水平較低，控制對象結(jié)構(gòu)較簡單，被控參數(shù)較單一，要求相對言，生產(chǎn)技術(shù)水平較低，控制對象結(jié)構(gòu)較簡單，被控參數(shù)較單一，要求達(dá)到的預(yù)期效果（性能指標(biāo)）也不高。主要研究對象為單輸入，單輸出的單達(dá)到的預(yù)期效果（性能指標(biāo)）也不高。主要研究對象為單輸入，單輸出的單變量系統(tǒng)（屬于線性定常時(shí)不變系統(tǒng)）。變量系統(tǒng)（屬于線性定常時(shí)不變

10、系統(tǒng)）。(5)(5)、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展 從從5050年代末期開始，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的重點(diǎn)從設(shè)計(jì)許多可行系統(tǒng)中的年代末期開始，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題的重點(diǎn)從設(shè)計(jì)許多可行系統(tǒng)中的一種系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變到設(shè)計(jì)在某種意義上的一種最佳系統(tǒng)。一種系統(tǒng)，轉(zhuǎn)變到設(shè)計(jì)在某種意義上的一種最佳系統(tǒng)。 大約從大約從19601960年開始，數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為復(fù)雜系統(tǒng)的時(shí)域分析提供了可年開始，數(shù)字計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)為復(fù)雜系統(tǒng)的時(shí)域分析提供了可能性，利用狀態(tài)變量、基于時(shí)域分析的現(xiàn)代控制理論應(yīng)運(yùn)而生。能性，利用狀態(tài)變量、基于時(shí)域分析的現(xiàn)代控制理論應(yīng)運(yùn)而生。 從從19601960年到年到19801980年，確定性系統(tǒng)的最佳控

11、制，隨機(jī)系統(tǒng)的最佳控制，乃年，確定性系統(tǒng)的最佳控制，隨機(jī)系統(tǒng)的最佳控制，乃至復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)和學(xué)習(xí)控制，都得到了充分的研究。至復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)和學(xué)習(xí)控制，都得到了充分的研究。 從從19801980年到現(xiàn)在，現(xiàn)代控制理論的進(jìn)展集中于魯棒控制、年到現(xiàn)在，現(xiàn)代控制理論的進(jìn)展集中于魯棒控制、HH控制及其相控制及其相關(guān)的課題。關(guān)的課題。14 反饋控制是這樣的一種控制過程，它能構(gòu)在存在擾動的反饋控制是這樣的一種控制過程，它能構(gòu)在存在擾動的情況下，力圖減小系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（也稱參據(jù)量）情況下，力圖減小系統(tǒng)的輸出量與參考輸入量（也稱參據(jù)量）之間的偏差，而其工作正是基于這一偏差基礎(chǔ)之上的，這就之間的偏差

12、，而其工作正是基于這一偏差基礎(chǔ)之上的，這就是反饋控制的原理。是反饋控制的原理。 如人取桌上書的過程（見下圖）：如人取桌上書的過程（見下圖）：眼睛大腦手臂、手眼睛輸出量（手位置）輸入信號（書位置）被控對象被控量測量元件一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式3 3、反饋控制原理、反饋控制原理同學(xué)們試著畫一下該系統(tǒng)的反饋控制原理方框圖同學(xué)們試著畫一下該系統(tǒng)的反饋控制原理方框圖15龍門刨床速度控制系統(tǒng)原理圖龍門刨床速度控制系統(tǒng)原理圖 在工業(yè)控制中，龍門刨床速度控制系統(tǒng)就是按照反在工業(yè)控制中，龍門刨床速度控制系統(tǒng)就是按照反饋控制原理進(jìn)行工作的。當(dāng)負(fù)載波動時(shí)，必然會引起速饋控制原理進(jìn)行工

13、作的。當(dāng)負(fù)載波動時(shí)，必然會引起速度變化，由于龍門刨床不允許速度變化過大，因此必須度變化，由于龍門刨床不允許速度變化過大，因此必須對速度進(jìn)行控制。對速度進(jìn)行控制。一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式164 4、反饋控制系統(tǒng)的基本組成、反饋控制系統(tǒng)的基本組成反饋控制系統(tǒng)是由各種不同的元部件組成的。反饋控制系統(tǒng)是由各種不同的元部件組成的。 a) a) 測量元件：檢測被控制的物理量。測量元件：檢測被控制的物理量。 b) b) 給定元件：給出與期望的被控制量相對應(yīng)的系統(tǒng)輸入量給定元件：給出與期望的被控制量相對應(yīng)的系統(tǒng)輸入量（即參據(jù)量）。（即參據(jù)量）。 c) c) 比較元件：把測量元件

14、檢測的被控量的實(shí)際值與給定元比較元件：把測量元件檢測的被控量的實(shí)際值與給定元件給出的參據(jù)量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。件給出的參據(jù)量進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式注意：注意： 龍門刨床速度控制系統(tǒng)是一個(gè)有精差系統(tǒng)。速度最終龍門刨床速度控制系統(tǒng)是一個(gè)有精差系統(tǒng)。速度最終達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值與原始給定速度之間始終有一個(gè)差值存在，達(dá)到的穩(wěn)態(tài)值與原始給定速度之間始終有一個(gè)差值存在，這個(gè)差值是用來產(chǎn)生一個(gè)附加的電動機(jī)電樞電壓，以補(bǔ)償這個(gè)差值是用來產(chǎn)生一個(gè)附加的電動機(jī)電樞電壓，以補(bǔ)償因增加負(fù)載而引起的速度下降。這個(gè)差值的存在是保證系因增加負(fù)載而引起的速度下

15、降。這個(gè)差值的存在是保證系統(tǒng)正常工作所必需的，一般稱為統(tǒng)正常工作所必需的，一般稱為穩(wěn)態(tài)誤差穩(wěn)態(tài)誤差。如果從結(jié)構(gòu)上。如果從結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，可以消除這個(gè)穩(wěn)態(tài)誤差。加以改進(jìn)，可以消除這個(gè)穩(wěn)態(tài)誤差。17典型的反饋控制系統(tǒng)基本組成框圖：典型的反饋控制系統(tǒng)基本組成框圖：串連補(bǔ)償元件放大元件執(zhí)行元件被控對象反饋補(bǔ)償元件測量元件輸輸出出量量主主反反饋饋局局部部反反饋饋輸輸入入量量一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式d) d) 放大元件：偏差信號的放大，用以推動執(zhí)行元件。放大元件：偏差信號的放大，用以推動執(zhí)行元件。e) e) 執(zhí)行元件：直接推動被控對象，使被控量發(fā)生變化。執(zhí)行元件：直接推動被

16、控對象，使被控量發(fā)生變化。f) f) 校正元件：也叫補(bǔ)償元件以改善系統(tǒng)性能。校正元件：也叫補(bǔ)償元件以改善系統(tǒng)性能。185 5、自動控制系統(tǒng)基本控制方式、自動控制系統(tǒng)基本控制方式(1)(1)、反饋控制方式、反饋控制方式 按偏差進(jìn)行控制，具有抑制擾動對被控量產(chǎn)生影響的按偏差進(jìn)行控制，具有抑制擾動對被控量產(chǎn)生影響的能力和較高的控制精度。能力和較高的控制精度。一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式19(2)(2)、開環(huán)控制方式、開環(huán)控制方式 指控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向指控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程。聯(lián)系的控制過程。一、自動控制的基本原

17、理與方式一、自動控制的基本原理與方式20一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式21(3)(3)、復(fù)合控制方式、復(fù)合控制方式按偏差控制和按擾動控制相結(jié)合的控制方式稱為復(fù)合控制按偏差控制和按擾動控制相結(jié)合的控制方式稱為復(fù)合控制方式。方式。一、自動控制的基本原理與方式一、自動控制的基本原理與方式22二、自動控制系統(tǒng)示例二、自動控制系統(tǒng)示例 1 1、家用電冰箱溫控系統(tǒng)、家用電冰箱溫控系統(tǒng) 控制器設(shè)定溫度與冰箱比較，產(chǎn)生偏差值，當(dāng)偏差電壓達(dá)控制器設(shè)定溫度與冰箱比較，產(chǎn)生偏差值，當(dāng)偏差電壓達(dá)到使繼電器接通時(shí)，壓縮機(jī)工作，將蒸發(fā)器中高溫低壓氣態(tài)制到使繼電器接通時(shí)，壓縮機(jī)工作，將蒸發(fā)器中高溫

18、低壓氣態(tài)制冷液送制冷卻器散熱，降溫后的低溫低壓制冷液壓縮成高壓液冷液送制冷卻器散熱，降溫后的低溫低壓制冷液壓縮成高壓液態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器，急速降壓擴(kuò)散成氣體，吸收箱體內(nèi)熱量，使冰態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器，急速降壓擴(kuò)散成氣體，吸收箱體內(nèi)熱量，使冰箱溫度下降，如此循環(huán)操作，使箱體溫度達(dá)到希望溫度，此時(shí)箱溫度下降，如此循環(huán)操作，使箱體溫度達(dá)到希望溫度，此時(shí)繼電器斷開，壓縮機(jī)停止工作。繼電器斷開，壓縮機(jī)停止工作。23下圖為家用冰箱恒溫系統(tǒng)的方框圖下圖為家用冰箱恒溫系統(tǒng)的方框圖二、自動控制系統(tǒng)示例二、自動控制系統(tǒng)示例242 2、鍋爐液位控制系統(tǒng)、鍋爐液位控制系統(tǒng) 當(dāng)蒸汽的耗汽量與鍋爐進(jìn)水量相等時(shí)，液位保持在正當(dāng)蒸汽的耗汽

19、量與鍋爐進(jìn)水量相等時(shí)，液位保持在正常標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)過鍋爐給水量不變，而蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，常標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)過鍋爐給水量不變，而蒸汽負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，液位也相應(yīng)發(fā)生變化；或者當(dāng)蒸汽負(fù)荷不變，而給水管道液位也相應(yīng)發(fā)生變化；或者當(dāng)蒸汽負(fù)荷不變，而給水管道水壓發(fā)生變化時(shí)，引起鍋爐液位發(fā)生變化。但水壓發(fā)生變化時(shí)，引起鍋爐液位發(fā)生變化。但只要實(shí)際液位高度與只要實(shí)際液位高度與正常給定液位之間出正常給定液位之間出現(xiàn)偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器均現(xiàn)偏差時(shí)，調(diào)節(jié)器均應(yīng)立即進(jìn)行控制，去應(yīng)立即進(jìn)行控制，去開大或者關(guān)小給水閥開大或者關(guān)小給水閥門，使液位恢復(fù)到給門，使液位恢復(fù)到給定值。定值。二、自動控制系統(tǒng)示例二、自動控制系統(tǒng)示例25下圖為鍋爐

20、液位控制系統(tǒng)的方框圖下圖為鍋爐液位控制系統(tǒng)的方框圖二、自動控制系統(tǒng)示例二、自動控制系統(tǒng)示例26 3 3、龍門刨床速度控制系統(tǒng)、龍門刨床速度控制系統(tǒng) 下圖示為龍門刨床速度控制系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)載發(fā)生下圖示為龍門刨床速度控制系統(tǒng)。當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，如何控制速度。變化時(shí)，如何控制速度。 例如：例如：nuuuuuunMaktt)(0二、自動控制系統(tǒng)示例二、自動控制系統(tǒng)示例27下圖為龍門刨床速度控制系統(tǒng)的方框圖下圖為龍門刨床速度控制系統(tǒng)的方框圖二、自動控制系統(tǒng)示例二、自動控制系統(tǒng)示例284 4、電爐溫度控制系統(tǒng)、電爐溫度控制系統(tǒng) 電阻絲通過晶閘管主電路加熱，爐溫期望值預(yù)先設(shè)定，爐溫實(shí)際電阻絲通過晶閘管主電路加熱

21、，爐溫期望值預(yù)先設(shè)定，爐溫實(shí)際值由熱電偶檢測，并轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)放大、濾波后，由值由熱電偶檢測，并轉(zhuǎn)換成電壓，經(jīng)放大、濾波后，由A/DA/D轉(zhuǎn)換后送入計(jì)轉(zhuǎn)換后送入計(jì)算機(jī)，并與所設(shè)置的期望溫度進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號，計(jì)算機(jī)根據(jù)控算機(jī)，并與所設(shè)置的期望溫度進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號，計(jì)算機(jī)根據(jù)控制算法計(jì)算相應(yīng)控制量，再經(jīng)制算法計(jì)算相應(yīng)控制量，再經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換成電流，通過觸發(fā)器控制晶閘管導(dǎo)轉(zhuǎn)換成電流，通過觸發(fā)器控制晶閘管導(dǎo)通角，從而改變電阻絲中電流大小，達(dá)到控制爐溫的目的。通角，從而改變電阻絲中電流大小，達(dá)到控制爐溫的目的。二、自動控制系統(tǒng)示例二、自動控制系統(tǒng)示例29下圖為電爐溫度控制系統(tǒng)的方框圖下圖

22、為電爐溫度控制系統(tǒng)的方框圖二、自動控制系統(tǒng)示例二、自動控制系統(tǒng)示例30三、自動控制系統(tǒng)的分類三、自動控制系統(tǒng)的分類 自動控制系統(tǒng)有多種分類方法，一般，為了全面反映自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)有多種分類方法，一般，為了全面反映自動控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，常常將各種分類方法組合應(yīng)用。的特點(diǎn)，常常將各種分類方法組合應(yīng)用。開環(huán)控制開環(huán)控制閉環(huán)控制閉環(huán)控制( (反饋控制反饋控制) )復(fù)合控制復(fù)合控制機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)恒張力系統(tǒng)電氣系統(tǒng)恒張力系統(tǒng)電氣系統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)機(jī)電系統(tǒng)全自動照相機(jī)，光機(jī)電結(jié)合全自動照相機(jī)，光機(jī)電結(jié)合液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)伺服液壓缸，汽車發(fā)動機(jī)，大型的仿真模擬臺伺服液壓缸，汽車發(fā)動機(jī)，大型的仿真模擬臺氣動系統(tǒng)

23、氣動系統(tǒng) 生物系統(tǒng)生物系統(tǒng)按按元元件件類類型型分分按系統(tǒng)功用分按系統(tǒng)功用分31三、自動控制系統(tǒng)的分類三、自動控制系統(tǒng)的分類321 1、線形連續(xù)控制系統(tǒng)、線形連續(xù)控制系統(tǒng)這類系統(tǒng)可以用線形微分方程式描述，其一般形式為：這類系統(tǒng)可以用線形微分方程式描述，其一般形式為：)()()()()()()()(1111011110trbtrdtdbtrdtdbtrdtdbtcatcdtdatcdtdatcdtdammmmmmnnnnnn 系數(shù)系數(shù)a a0 0， ， a an n，b b0 0, , b bn n是常數(shù)時(shí)，稱為定常系統(tǒng)；系數(shù)是常數(shù)時(shí)，稱為定常系統(tǒng)；系數(shù)a a0 0，a an n，b b0 0,

24、, b bn n隨時(shí)間變化時(shí)，稱為時(shí)變系統(tǒng)。線性定隨時(shí)間變化時(shí)，稱為時(shí)變系統(tǒng)。線性定常連續(xù)系統(tǒng)按其輸入量的變化規(guī)律又可分為恒值控制系常連續(xù)系統(tǒng)按其輸入量的變化規(guī)律又可分為恒值控制系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。統(tǒng)、隨動系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。三、自動控制系統(tǒng)的分類三、自動控制系統(tǒng)的分類33(1)(1)、恒值控制系統(tǒng)、恒值控制系統(tǒng) 這類控制系統(tǒng)的參據(jù)量是一個(gè)常值，要求被控量亦等于一個(gè)常這類控制系統(tǒng)的參據(jù)量是一個(gè)常值，要求被控量亦等于一個(gè)常值，故又稱為調(diào)節(jié)器。值，故又稱為調(diào)節(jié)器。 在恒值控制系統(tǒng)中，參據(jù)量可以隨生產(chǎn)條件的變化而改變，但在恒值控制系統(tǒng)中，參據(jù)量可以隨生產(chǎn)條件的變化而改變，但是，一經(jīng)調(diào)整后，

25、被控量就應(yīng)與調(diào)整好的參據(jù)量保持一致。在工業(yè)控是，一經(jīng)調(diào)整后，被控量就應(yīng)與調(diào)整好的參據(jù)量保持一致。在工業(yè)控制中，如果被控量是生產(chǎn)過程參量時(shí)，這種控制系統(tǒng)則稱為過程控制制中，如果被控量是生產(chǎn)過程參量時(shí)，這種控制系統(tǒng)則稱為過程控制系統(tǒng)，它們大多數(shù)屬于恒值控制系統(tǒng)。系統(tǒng)，它們大多數(shù)屬于恒值控制系統(tǒng)。三、自動控制系統(tǒng)的分類三、自動控制系統(tǒng)的分類(2)(2)、隨動系統(tǒng)、隨動系統(tǒng) 系統(tǒng)的參據(jù)量是預(yù)先未知的隨時(shí)間任意變化的函數(shù)，要求被控量以系統(tǒng)的參據(jù)量是預(yù)先未知的隨時(shí)間任意變化的函數(shù)，要求被控量以盡可能小的誤差跟隨參據(jù)量的變化，故又稱為盡可能小的誤差跟隨參據(jù)量的變化，故又稱為跟隨系統(tǒng)跟隨系統(tǒng)。在隨動系統(tǒng)中。在

26、隨動系統(tǒng)中。擾動的影響是次要的，系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是研究被控量跟隨的快速擾動的影響是次要的，系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是研究被控量跟隨的快速性和準(zhǔn)確性。性和準(zhǔn)確性。 在隨動系統(tǒng)中，如果被控量是機(jī)械位或其導(dǎo)數(shù)時(shí)，這類系統(tǒng)稱之在隨動系統(tǒng)中，如果被控量是機(jī)械位或其導(dǎo)數(shù)時(shí)，這類系統(tǒng)稱之為為伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)。34(3)(3)、程序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng) 系統(tǒng)的參據(jù)量時(shí)按預(yù)定規(guī)律隨時(shí)間變化的函數(shù)，要求被控量系統(tǒng)的參據(jù)量時(shí)按預(yù)定規(guī)律隨時(shí)間變化的函數(shù)，要求被控量迅速、準(zhǔn)確地加以復(fù)現(xiàn)。程序控制系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)的參據(jù)量都是迅速、準(zhǔn)確地加以復(fù)現(xiàn)。程序控制系統(tǒng)和隨動系統(tǒng)的參據(jù)量都是時(shí)間函數(shù)，不過前者是已知的時(shí)間函數(shù)，后者是

27、未知的任意時(shí)間時(shí)間函數(shù)，不過前者是已知的時(shí)間函數(shù)，后者是未知的任意時(shí)間函數(shù)，函數(shù)，而恒值控制系統(tǒng)也可視為程序控制系統(tǒng)的特例。而恒值控制系統(tǒng)也可視為程序控制系統(tǒng)的特例。三、自動控制系統(tǒng)的分類三、自動控制系統(tǒng)的分類2 2、線性定常離散控制系統(tǒng)、線性定常離散控制系統(tǒng) 離散系統(tǒng)是指系統(tǒng)的某處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)碼形離散系統(tǒng)是指系統(tǒng)的某處或多處的信號為脈沖序列或數(shù)碼形式，因而信號在時(shí)間上是離散的。離散系統(tǒng)一般用差分方程描述，式，因而信號在時(shí)間上是離散的。離散系統(tǒng)一般用差分方程描述，其一般形式可用下式表示：其一般形式可用下式表示： )() 1() 1()()() 1() 1()(110110krbk

28、rbmkrbmkrbkcakcankcankcammnn 353 3、非線性控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng) 系統(tǒng)中只要有一個(gè)元部件的輸入輸出特性是非線系統(tǒng)中只要有一個(gè)元部件的輸入輸出特性是非線性的，這類系統(tǒng)就稱為非線性控制系統(tǒng)，性的，這類系統(tǒng)就稱為非線性控制系統(tǒng)， 實(shí)際物理系統(tǒng)中都含有不同程度的非線性元部件，實(shí)際物理系統(tǒng)中都含有不同程度的非線性元部件，如放大器和電磁元件的飽和特性，運(yùn)動部件的死區(qū)、間如放大器和電磁元件的飽和特性，運(yùn)動部件的死區(qū)、間隙和摩擦特性等。隙和摩擦特性等。對于非線性程度不大的情況，可在一對于非線性程度不大的情況，可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行線性化。定范圍內(nèi)進(jìn)行線性化。)()()()(2trytytyty 三、自動控制系統(tǒng)的分類三、自動控制系統(tǒng)的分類36四、對自動控制系統(tǒng)的基本要求四、對自動控制系統(tǒng)的基本要求1、基本要求的提法、基本要求的提法 可以歸結(jié)為可以歸結(jié)為穩(wěn)穩(wěn)定性（長期穩(wěn)定性）、定性（長期穩(wěn)定性）、準(zhǔn)準(zhǔn)確性（精度）確性（精度）和和快快速性（相對穩(wěn)定性）速性（相對穩(wěn)定性）。 穩(wěn)穩(wěn) 準(zhǔn)準(zhǔn) 快快 穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：