電班用年自動(dòng)控制原理簡(jiǎn)介及第一章一般概念_第1頁(yè)
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1、自動(dòng)控制(z dn kn zh)原理共九十九頁(yè)任課教師及答疑(d y)安排任課教師: 任麗紅辦公室: 自動(dòng)化教研室 主樓4204聯(lián)系方式:8129 2149答疑安排(npi):周四下午 4204共九十九頁(yè)教材(jioci)及參考書(shū)目教材: 胡壽松 主編.自動(dòng)控制原理(第五版). 北京: 科學(xué)出版社參考書(shū):1、自動(dòng)控制原理 清華大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)等 特點(diǎn):傳統(tǒng)教材,有利于考研。2、自動(dòng)控制系統(tǒng)(第八版)(Automatic Control Systems) 美 Benjamin C. Kuoden等著 高等教育出版社2004.7. 特點(diǎn):經(jīng)典與現(xiàn)代結(jié)合,把控制理論、實(shí)

2、際例子與計(jì)算機(jī)工具有機(jī)結(jié)合,給出了計(jì)算軟件和虛擬實(shí)驗(yàn)室。47. 9元 3、現(xiàn)代控制系統(tǒng)(第八版)(Modern Control Systems) 美 Richard C. Dorf等著 高等教育出版社2001.6. 特點(diǎn): 給出了大量的實(shí)際例子,特別(tbi)是以磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)作為“循序漸進(jìn)設(shè)計(jì)示例”,每章分別研究了磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同方面。55. 00元4、現(xiàn)代控制工程 (第三版)(Modern Control Engineering) 美 Katsuhiko Ogata著電子工業(yè)出版社2000.5. 特點(diǎn):經(jīng)典與現(xiàn)代結(jié)合,引入Matlab,國(guó)外電子信息科學(xué)經(jīng)典教材系列。90.00元

3、共九十九頁(yè)學(xué)時(shí)(xush)安排與成績(jī)?cè)u(píng)定總學(xué)時(shí):64學(xué)時(shí)(其中實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí):4*2學(xué)時(shí))成績(jī)(chngj)評(píng)定: 閉卷 17周周一、 期末閉卷考試(70%) +實(shí)驗(yàn)成績(jī)(20%) +平時(shí)成績(jī)(10%)作業(yè): 每星期二 交作業(yè)(準(zhǔn)備兩個(gè)作業(yè)本)共九十九頁(yè)課程(kchng)簡(jiǎn)介自動(dòng)控制原理是信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)平臺(tái)課程,電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)標(biāo)志性課程,必修課,核心課,是多個(gè)專(zhuān)業(yè)的考研課程之一。 考研:自動(dòng)控制原理:經(jīng)典(jngdin)(本課程) +現(xiàn)代(下學(xué)期開(kāi))電氣信息類(lèi)專(zhuān)業(yè):自動(dòng)化、電氣工程及其自動(dòng)化 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、通信工程、電子信息工程、 電子科學(xué)與技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程等7個(gè)專(zhuān)業(yè)。 教育部普通高等

4、學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)設(shè)置(2001版)共九十九頁(yè)怎樣(znyng)學(xué)好理論課研究(ynji)共性的問(wèn)題,是指具有嚴(yán)格的理論體系,需要定量描述和抽象思維的一類(lèi)課程 。(1)廣泛閱讀參考書(shū),相互印證,深刻理解理論體系。 (2)完成大量練習(xí),積極討論問(wèn)題。在試做習(xí)題之前,一定要對(duì)有關(guān)理論內(nèi)容,有初步的理解,不然則是事倍功半。個(gè)人的理解有時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏差,通過(guò)集體討論可以糾正錯(cuò)誤理解或相互補(bǔ)充。 (3)理論聯(lián)系實(shí)際,演繹歸納并重。許多理論課程采用的是演繹體系,即由一般到個(gè)別的過(guò)程。但是,工程實(shí)踐類(lèi)的知識(shí)往往是歸納體系,即由個(gè)別到一般的過(guò)程。 在學(xué)習(xí)理論課時(shí),需要正確把握演繹方法和歸納方法的正確運(yùn)用。共九十九頁(yè)學(xué)習(xí)

5、(xux)方法微積分(含微分方程)復(fù)變函數(shù)、拉普拉斯變換大學(xué)物理(力學(xué)、熱力學(xué))自動(dòng)控制理論模擬電子技術(shù)線(xiàn)性代數(shù)電路理論1、 注意(zh y)與已修課程的聯(lián)系2、數(shù)學(xué)應(yīng)用較多,課程有一定難度,要下工夫, 多做題,一定要獨(dú)立完成作業(yè)共九十九頁(yè)學(xué)習(xí)(xux)方法3、重視系統(tǒng)(xtng)思維方式的建立,建立的越早對(duì)課程的理解越容易。系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)和影響事物。4、每章結(jié)束,一定要寫(xiě)小結(jié),這是固定作業(yè)。實(shí)際系統(tǒng)物理模型數(shù)學(xué)模型方法(系統(tǒng)組成分析、設(shè)計(jì))共九十九頁(yè) 本課程是一門(mén)比較抽象、涉及面廣的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)它既不能陷于專(zhuān)業(yè)技術(shù)中,僅研究專(zhuān)業(yè)技術(shù)問(wèn)題,但又必須緊密結(jié)合工程實(shí)踐。課程以數(shù)學(xué)、物理及有關(guān)科學(xué)為

6、其理論基礎(chǔ),運(yùn)用信息的傳遞、處理與反饋進(jìn)行控制(kngzh)這一正確的思維方法與觀點(diǎn),在數(shù)理基礎(chǔ)課程與專(zhuān)業(yè)課程之間架起一道橋梁。 本課程(kchng)幾乎要涉及到工科專(zhuān)業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程(kchng)前所學(xué)的全部數(shù)學(xué)知識(shí),特別是高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)和積分變換、線(xiàn)性代數(shù)等,以及必要的電學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)。應(yīng)當(dāng)指出,在學(xué)習(xí)本課程時(shí),不必過(guò)分追求數(shù)學(xué)論證上的嚴(yán)密性,但一定要充分注意到數(shù)學(xué)結(jié)論的準(zhǔn)確性與物理概念的明晰性。 控制理論不僅是一門(mén)重要的學(xué)科,而且是一門(mén)卓越的方法論。在學(xué)習(xí)本課程時(shí),既要十分重視抽象思維,了解一般規(guī)律,又得充分注意結(jié)合實(shí)際,聯(lián)系專(zhuān)業(yè),努力實(shí)踐。要重視實(shí)驗(yàn),要重視習(xí)題,仔細(xì)研讀教材,

7、獨(dú)立完成作業(yè),這些都有助于對(duì)基本概念的理解與基本方法的運(yùn)用。課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法共九十九頁(yè)第一章 自動(dòng)控制(z dn kn zh)的一般概念1.1 自動(dòng)控制理論的發(fā)展過(guò)程及本課程內(nèi)容1.2 一般概念: 自動(dòng)控制、自動(dòng)控制系統(tǒng)及組成、 系統(tǒng)方塊圖表示、常用術(shù)語(yǔ)1.3 基本控制方式及工作原理(yunl)1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)典型示例1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)1.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本性能指標(biāo)共九十九頁(yè)第一章 自動(dòng)控制的一般(ybn)概念1.1 自動(dòng)控制理論的發(fā)展過(guò)程及本課程內(nèi)容1.2 一般概念: 自動(dòng)控制、自動(dòng)控制系統(tǒng)及組成、 系統(tǒng)方塊圖表示、常用術(shù)語(yǔ)(shy)1.3 基本控制方式及工作原理1.4 自動(dòng)

8、控制系統(tǒng)典型示例1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)1.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本性能指標(biāo)共九十九頁(yè)完整的自動(dòng)控制理論(lln)形成于20世紀(jì)40年代末 四個(gè)階段: 經(jīng)典控制理論階段 現(xiàn)代控制理論階段 大系統(tǒng)控制理論階段 智能控制理論階段但自動(dòng)控制技術(shù)卻早有應(yīng)用,其廣泛應(yīng)用開(kāi)始于歐洲工業(yè)革命時(shí)期。1. 1 自動(dòng)控制(z dn kn zh)理論的發(fā)展過(guò)程共九十九頁(yè)自動(dòng)(zdng)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用1. 1 自動(dòng)控制(z dn kn zh)理論的發(fā)展過(guò)程公元1788年 ,James Watt 為控制蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)了離心式調(diào)速器,將離心式調(diào)速器與蒸汽機(jī)的閥門(mén)連接起來(lái),構(gòu)成蒸汽機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng) 。是自動(dòng)控制領(lǐng)

9、域的第一項(xiàng)重大成果共九十九頁(yè)19世紀(jì)60年代開(kāi)始進(jìn)入控制系統(tǒng)高速發(fā)展的時(shí)期1868年:以離心式調(diào)速器為背景,麥克斯韋爾 (J.C.Maxwell)基于線(xiàn)性微分方程的描述給 出了反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件1877年:勞斯(Routh) 1895年:霍爾維茨(Hurwitz) 分別給出了高階線(xiàn)性系統(tǒng)的代數(shù)穩(wěn)定性判據(jù)1892年:李亞普諾夫(Lyapunov)提出(t ch)李亞普諾夫穩(wěn) 定性理論,給出了線(xiàn)性、非線(xiàn)性系統(tǒng)穩(wěn)定性判據(jù)1. 1 自動(dòng)控制理論的發(fā)展(fzhn)過(guò)程共九十九頁(yè)1922年:米羅斯基(Minorsky)給出了位置控制系統(tǒng)的分 析,并對(duì)PID三作用控制給出了控制規(guī)律公式(gngsh)194

10、2年:齊格勒(Zigler)和尼克爾斯(Nichols) 給出了PID參數(shù)的整定方法1925年 英國(guó)電氣工程師亥維賽Heaviside應(yīng)用拉普拉斯 變換求解電網(wǎng)絡(luò),創(chuàng)立了運(yùn)算微積分,不久被應(yīng) 用到自動(dòng)控制系統(tǒng)的分析中。在拉普拉斯變換基 礎(chǔ)上引入傳遞函數(shù)來(lái)描述系統(tǒng)。1. 1 自動(dòng)控制(z dn kn zh)理論的發(fā)展過(guò)程20世紀(jì)20年代以前 時(shí)域分析法占主要地位共九十九頁(yè)1932年: Nyquist提出了著名的基于頻率特性判斷閉環(huán)系 統(tǒng)穩(wěn)定性的乃奎斯特穩(wěn)定性判據(jù)1940年: Bode提出頻率特性的對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖描述方法, 使頻域特性的繪制更適用于工程設(shè)計(jì)頻率響應(yīng)法為閉環(huán)控制系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)提供了一種可行

11、方法。1948年, N. Wiener發(fā)表了著名的控制論, 標(biāo)志(biozh)經(jīng)典控制理論的形成。1948年: Evans提出根軌跡法,進(jìn)一步充實(shí)經(jīng)典控制論。而后又添加了非線(xiàn)性系統(tǒng)控制和離散系統(tǒng)控制理論,形成了 完整的經(jīng)典控制理論體系1. 1 自動(dòng)控制(z dn kn zh)理論的發(fā)展過(guò)程共九十九頁(yè)經(jīng)典控制理論(本課程學(xué)習(xí)的內(nèi)容)研究(ynji)對(duì)象:?jiǎn)屋斎雴屋敵?、線(xiàn)性、定常系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型:微分方程、傳遞函數(shù)、頻率特性分析設(shè)計(jì)方法:時(shí)域法、根軌跡法、頻域法, 常采用圖解法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)強(qiáng)調(diào) 穩(wěn)定性 ,并滿(mǎn)足一組適當(dāng)?shù)男阅?要求,但不是某種意義上的最優(yōu)系統(tǒng)1. 1 自動(dòng)控制(z dn kn zh)理論

12、的發(fā)展過(guò)程共九十九頁(yè)現(xiàn)代控制理論階段20世紀(jì)50年代末,控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題的重點(diǎn)(zhngdin)從設(shè)計(jì)許多可行系統(tǒng)中的一種系統(tǒng),轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)在某種意義上的最優(yōu)系統(tǒng)??茖W(xué)技術(shù)發(fā)展的需要、設(shè)備復(fù)雜、工藝要求高,多輸入多輸出的問(wèn)題開(kāi)始需要。20世紀(jì)60年代,數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展為復(fù)雜系統(tǒng)的基于時(shí)域分析的現(xiàn)代控制理論提供了可能。1. 1 自動(dòng)控制理論(lln)的發(fā)展過(guò)程在現(xiàn)代控制理論發(fā)展中,特別應(yīng)該提到三位學(xué)者的重大貢獻(xiàn):1956年,前蘇聯(lián)科學(xué)家Pontryagin 提出的極大值原理;1957年,美國(guó)學(xué)者Bellman提出動(dòng)態(tài)規(guī)劃;1960年,美國(guó)的Kalman提出了Kalman濾波理論和狀態(tài)空間 分

13、析方法;他們的工作對(duì)現(xiàn)代控制理論的建立有著特別重要的作用。共九十九頁(yè)現(xiàn)代控制理論 時(shí)域分析中主要以狀態(tài)空間法為基礎(chǔ), 研究多輸入-多輸出、時(shí)變、非線(xiàn)性一類(lèi)控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)(shj)問(wèn)題。 系統(tǒng)具有高精度和高效能的特點(diǎn)。 1. 1 自動(dòng)控制(z dn kn zh)理論的發(fā)展過(guò)程共九十九頁(yè)20世紀(jì)70年代開(kāi)始,計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展,并在自動(dòng)控制系統(tǒng)中應(yīng)用大系統(tǒng)控制理論(理論的廣度拓展)(1)現(xiàn)代頻域方法,該方法以傳遞函數(shù)矩陣為數(shù)學(xué)模型,研究線(xiàn)性定常多變量系統(tǒng);(2)自適應(yīng)控制理論和方法,該方法以系統(tǒng)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)為基礎(chǔ),處理被控對(duì)象不確定和緩時(shí)變,在實(shí)時(shí)辨識(shí)基礎(chǔ)上在線(xiàn)確定最優(yōu)控制規(guī)律;(3)魯棒

14、控制方法,該方法在保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和其它性能基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)不變的魯棒控制器,以處理數(shù)學(xué)模型的不確定性; (4)預(yù)測(cè)控制方法,該方法為一種計(jì)算機(jī)控制算法,在預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上采用滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正,可以處理多變量系統(tǒng)。大系統(tǒng)理論是過(guò)程控制與信息處理相結(jié)合的綜合自動(dòng)化理論基礎(chǔ),是動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)工程理論,具有規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能(gngnng)綜合、目標(biāo)多樣、因素眾多等特點(diǎn)。它是一個(gè)多輸入、多輸出、多干擾、多變量的系統(tǒng)。1. 1 自動(dòng)控制(z dn kn zh)理論的發(fā)展過(guò)程共九十九頁(yè)智能控制理論(理論的深度拓展)智能控制的指導(dǎo)思想是依據(jù)人的思維方式和處理問(wèn)題的技巧,解決那些目前需要人的智能才能解決的復(fù)雜

15、的控制問(wèn)題。被控對(duì)象的復(fù)雜性體現(xiàn)為:模型的不確定性,高度非線(xiàn)性,分布式的傳感器和執(zhí)行器,動(dòng)態(tài)突變,多時(shí)間標(biāo)度,復(fù)雜的信息模式,龐大的數(shù)據(jù)量,以及嚴(yán)格的特性指標(biāo)等。而環(huán)境的復(fù)雜性則表現(xiàn)為變化的不確定性和難以辨識(shí)。試圖用傳統(tǒng)的控制理論和方法去解決復(fù)雜的對(duì)象,復(fù)雜的環(huán)境和復(fù)雜的任務(wù)是不可能(knng)的。 智能控制的方法包括模糊控制,神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制,專(zhuān)家控制等方法。自動(dòng)控制理論的建立和發(fā)展,不僅推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展,而且還向多學(xué)科綜合應(yīng)用方面發(fā)展。不僅應(yīng)用在工程領(lǐng)域,還應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)系統(tǒng)等領(lǐng)域,已成為現(xiàn)代社會(huì)不可缺少的組成部分1. 1 自動(dòng)控制理論的發(fā)展(fzhn)過(guò)程共九十九頁(yè)建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模

16、型系統(tǒng)分析: 指定一個(gè)具體系統(tǒng),如何建立該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并從理論上對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能進(jìn)行定性和定量的分析計(jì)算。系統(tǒng)校正和設(shè)計(jì): 指已知對(duì)系統(tǒng)的各種( zhn)性能要求,如何根據(jù)已知的實(shí)際情況,合理地確定控制裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù),使得系統(tǒng)達(dá)到性能要求。自動(dòng)控制(z dn kn zh)原理課程的主要任務(wù)共九十九頁(yè)本課程內(nèi)容-經(jīng)典(jngdin)控制理論主要內(nèi)容:自動(dòng)控制的一般概念(ginin)、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線(xiàn)性系統(tǒng)的時(shí)域分析法、線(xiàn)性系統(tǒng)的根軌跡分析法、線(xiàn)性系統(tǒng)的頻域分析法、線(xiàn)性系統(tǒng)的校正方法、線(xiàn)性離散系統(tǒng)的分析與校正、非線(xiàn)性控制系統(tǒng)的分析等。 重點(diǎn)掌握:控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模; 線(xiàn)性系統(tǒng)

17、的時(shí)域分析及穩(wěn)定性分析:勞斯判據(jù);根軌跡畫(huà)法;系統(tǒng)的頻率特性,幅相曲線(xiàn)、對(duì)數(shù)幅頻相頻曲線(xiàn)的繪制,奈奎斯特判據(jù);線(xiàn)性系統(tǒng)的校正;線(xiàn)性離散系統(tǒng)中的信號(hào)采樣與保持,Z變換及性能分析;非線(xiàn)性系統(tǒng)的相平面分析法及描述函數(shù)法分析法等。共九十九頁(yè)第一章 自動(dòng)控制的一般(ybn)概念1.1 自動(dòng)控制(z dn kn zh)理論的發(fā)展過(guò)程及本課程內(nèi)容1.2 一般概念: 自動(dòng)控制、自動(dòng)控制系統(tǒng)及組成、 系統(tǒng)方塊圖表示、常用術(shù)語(yǔ)1.3 基本控制方式及工作原理1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)典型示例1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)1.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本性能指標(biāo)共九十九頁(yè)人工(rngng)(手動(dòng))控制控制水槽液位保持一定1. 2 自動(dòng)

18、控制的一般(ybn)概念人在參與控制中起了以下三方面的作用: 1) 測(cè)量過(guò)程:測(cè)量實(shí)際液面高度h1用眼睛。 2) 決策過(guò)程:將測(cè)得實(shí)際液面h1與希望液面的高度h0相比較,發(fā)出控制命令 用腦。 3) 執(zhí)行過(guò)程:根據(jù)控制命令,改變進(jìn)水閥的開(kāi)度,改變進(jìn)水流量用手。共九十九頁(yè)抽象成控制系統(tǒng)方塊圖:實(shí)際液面高度 h1液面(人工)反饋控制系統(tǒng)的框圖人工控制的特點(diǎn):1、人直接參與控制(kngzh)2、控制精度低3、勞動(dòng)強(qiáng)度大,勞動(dòng)效率低4、危險(xiǎn)性。由于有人直接參與控制,所以(suy)稱(chēng)為人工控制。共九十九頁(yè)利用外加的設(shè)備取代人的勞動(dòng),設(shè)備應(yīng)具有(jyu)類(lèi)似于人的眼睛、大腦、手的功能,依其功能分別稱(chēng)為測(cè)量元

19、件、比較元件和執(zhí)行元件,統(tǒng)稱(chēng)控制裝置控制閥減速器電動(dòng)機(jī)電位器浮子用水開(kāi)關(guān)Q2Q1h0ifSM液位(自動(dòng))反饋(fnku)控制系統(tǒng)共九十九頁(yè)自動(dòng)控制是指在沒(méi)有人直接參與的條件下,利用控制裝置使被控對(duì)象的工作狀態(tài)(zhungti)或參數(shù)(即被控量)按照預(yù)定的技術(shù)要求進(jìn)行工作??刂蒲b置:外加的設(shè)備、裝置被控對(duì)象:被控制的設(shè)備、裝置或生產(chǎn)過(guò)程1.2 自動(dòng)控制(z dn kn zh)的一般概念自動(dòng)控制的作用保證控制精度,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率, 改善生活質(zhì)量,探索未知世界。共九十九頁(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)是指能夠?qū)Ρ豢貙?duì)象的工作狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)控制(z dn kn zh)的系統(tǒng),它由被控對(duì)象和控制裝置組成。控制裝置:對(duì)被控對(duì)

20、象起控制作用的設(shè)備總體 由具有一定(ydng)職能的各種基本元件組成的??刂蒲b置主要包括:測(cè)量元件、給定元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件、校正元件1. 2 自動(dòng)控制的一般概念被控對(duì)象:被控制的設(shè)備、裝置或生產(chǎn)過(guò)程 共九十九頁(yè)測(cè)量元件(yunjin)測(cè)量被控變量。傳感器,測(cè)量?jī)x表如果被控量為電信號(hào),一般不需要專(zhuān)門(mén)的元件進(jìn)行測(cè)量。如果被控量是非電量,則需要專(zhuān)門(mén)的元件進(jìn)行測(cè)量,并轉(zhuǎn)換為電信號(hào),以便處理。例如:測(cè)速電機(jī):檢測(cè)電動(dòng)機(jī)軸的速度并轉(zhuǎn)換為電壓 熱電偶:測(cè)溫度并轉(zhuǎn)換為電壓 電位器:將位置、角度轉(zhuǎn)換為電壓給定元件給出與期望的被控量相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)輸入量 (電位器中點(diǎn))??刂崎y減速器 電動(dòng)機(jī) 電位器浮

21、子用水開(kāi)關(guān)Q2Q1h0ifSM共九十九頁(yè)控制閥減速器 電動(dòng)機(jī) 電位器浮子用水開(kāi)關(guān)Q2Q1h0ifSM比較元件對(duì)測(cè)量元件與給定元件給出的信號(hào)(xnho)進(jìn)行比較,給出二者的差值。差動(dòng)放大器、差動(dòng)變壓器、差動(dòng)齒輪組和電橋等都是常用的比較元件。電信號(hào)可通過(guò)反向串聯(lián)得到偏差電壓。(電位器)放大元件比較元件給出的偏差信號(hào)通常微弱,不足以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件動(dòng)作時(shí),一般都需要放大元件進(jìn)行電壓和功率放大,來(lái)推動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象 各種電子放大器是最常用的放大元件共九十九頁(yè)執(zhí)行元件直接推動(dòng)被控對(duì)象或其某一部件,使被控量發(fā)生改變 電動(dòng)機(jī)、閥、液壓馬達(dá)等是常用的執(zhí)行元件 (電機(jī)、減速器和閥)校正元件(補(bǔ)償元件)為了改

22、善控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的動(dòng)、靜態(tài)性能而加上的某種形式的校正裝置。有的自動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)中也可沒(méi)有校正元件控制閥減速器 電動(dòng)機(jī) 電位器浮子用水開(kāi)關(guān)Q2Q1h0ifSM共九十九頁(yè)分析(fnx)系統(tǒng)的功能,常將系統(tǒng)抽象成 功能方塊圖 表示方塊(框)圖:用方塊表示(biosh)系統(tǒng)中的各個(gè)元件(硬件)部分,方塊內(nèi)寫(xiě)出元件的名稱(chēng)。用箭頭表示(biosh)信號(hào)線(xiàn)的流向。進(jìn)入方塊的箭頭表示(biosh)各元件的輸入量,離開(kāi)方塊的箭頭表示(biosh)方塊的輸出量。方框圖中的幾種表示法:比較環(huán)節(jié)1. 2 自動(dòng)控制的一般概念共九十九頁(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的基本組成方

23、塊圖反饋(fnku)控制系統(tǒng)的基本組成干擾反饋控制系統(tǒng)的基本組成1. 2 自動(dòng)控制的一般概念共九十九頁(yè)干擾反饋控制系統(tǒng)的基本(jbn)組成常用(chn yn)術(shù)語(yǔ):被控對(duì)象 :指需要給以控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程。 是控制系統(tǒng)的主體。如水槽、鍋爐、電爐、機(jī)器人、電冰箱等控制裝置:則指對(duì)被控對(duì)象起控制作用的設(shè)備總體。 組成輸入量:也叫給定值、給定信號(hào)、輸入信號(hào)、參考輸入、參據(jù)量 作用于系統(tǒng)輸入端并作為控制依據(jù)的物理量,是有用輸入, 一般放在方塊圖的最左端輸出量:也叫被控變量、輸出信號(hào)、輸出變量、 是被控對(duì)象的輸出,是要被控制的參數(shù)變量,也是系統(tǒng)的輸出 一般放在方塊圖的最右端共九十九頁(yè)干擾干擾:又

24、稱(chēng)擾動(dòng),會(huì)破壞輸入量對(duì)系統(tǒng)的控制。 是系統(tǒng)不希望的外部作用。 除給定值之外,凡能引起被控量變化的因素,都是干擾。偏差信號(hào):輸入信號(hào)與主反饋(fnku)信號(hào)的差 ,常用 e(t) 表示誤差信號(hào):輸出的期望值與實(shí)際值的差, 當(dāng)主反饋為單位反饋時(shí),誤差信號(hào)等于偏差信號(hào)控制量(信號(hào)):控制器的輸出(送到執(zhí)行元件的信號(hào))操作變量:執(zhí)行元件的輸出共九十九頁(yè)干擾反饋控制系統(tǒng)的基本(jbn)組成前向通路:信號(hào)從輸入端沿箭頭(jintu)方向到達(dá)輸出端的傳輸通路主反饋通路:系統(tǒng)輸出量經(jīng)測(cè)量元件反饋到輸入端的傳輸通路主回路:前向通路與主反饋通路共同構(gòu)成 此外,還有局部反饋通路以及由它構(gòu)成的內(nèi)回路。單回路系統(tǒng):只包

25、含一個(gè)主反饋通路的系統(tǒng)多回路系統(tǒng):有兩個(gè)或兩個(gè)以上反饋通路的系統(tǒng)共九十九頁(yè)第一章 自動(dòng)控制(z dn kn zh)的一般概念1.1自動(dòng)控制理論的發(fā)展過(guò)程及本課程內(nèi)容1.2 一般概念: 自動(dòng)控制、自動(dòng)控制系統(tǒng)及組成、 系統(tǒng)方塊圖表示、常用(chn yn)術(shù)語(yǔ)1.3 基本控制方式及工作原理1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)典型示例1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)1.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本性能指標(biāo)共九十九頁(yè)三種(sn zhn)基本的控制方式開(kāi)環(huán)控制方式反饋控制方式(閉環(huán)控制)復(fù)合控制方式1. 3 自動(dòng)控制(kngzh)系統(tǒng)的基本控制(kngzh)方式共九十九頁(yè)開(kāi)環(huán)控制(kngzh)可按給定量控制方式組成,也可以按擾動(dòng)控制

26、方式組成。輸入量(或干擾)和輸出量之間只有前向通道,沒(méi)有反饋通道。不對(duì)輸出量進(jìn)行檢測(cè),或者雖然(surn)進(jìn)行檢測(cè),但對(duì)系統(tǒng)工作不起控制作用共九十九頁(yè) 按給定量(dngling)控制的開(kāi)環(huán)控制:其控制作用直接由系統(tǒng)的輸入量產(chǎn)生,給定一個(gè)輸入量,就有一個(gè)輸出量與之相對(duì)應(yīng),控制精度完全取決于所用的元件及校準(zhǔn)的精度。沒(méi)有自動(dòng)修正偏差的能力,抗擾動(dòng)性較差。但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低,適用于在精度要求不高或擾動(dòng)影響較小的場(chǎng)合。 按擾動(dòng)(rodng)控制的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng):是利用可測(cè)的擾動(dòng)(rodng)量,產(chǎn)生一種補(bǔ)償作用,以減小或抵消擾動(dòng)(rodng)對(duì)輸出量的影響,這種控制方式也稱(chēng)順饋控制、前饋控制。直接從擾動(dòng)

27、取得信息來(lái)改變被控量,因此抗干擾性強(qiáng),控制精度較高,但只適用于擾動(dòng)可測(cè)的場(chǎng)合。自動(dòng)售貨機(jī)、自動(dòng)洗衣機(jī)、產(chǎn)品自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)、數(shù)控車(chē)床、指揮交通的紅綠燈的控制都屬于這種開(kāi)環(huán)控制共九十九頁(yè)開(kāi)環(huán)控制(kngzh)例題3:電爐溫度開(kāi)環(huán)控制(kngzh)系統(tǒng)例題4 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)共九十九頁(yè)開(kāi)環(huán)控制例題5:按擾動(dòng)(rodng)開(kāi)環(huán)控制的速度控制系統(tǒng)(前饋)一般的直流速度控制系統(tǒng)中,轉(zhuǎn)速常常隨負(fù)載的增加而下降,且其轉(zhuǎn)速的下降是由于電樞回路的電壓降引起的。如果設(shè)法將負(fù)載引起的電流變化測(cè)量出來(lái),并按其大小產(chǎn)生一個(gè)(y )附加的控制作用,用以補(bǔ)償由它引起的轉(zhuǎn)速下降,這樣就可以構(gòu)成按擾動(dòng)控制的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),如右上

28、圖所示。可見(jiàn),這種按擾動(dòng)控制的開(kāi)環(huán)控制方式是直接從擾動(dòng)取得信息,并據(jù)以改變被控量,因此,其抗擾動(dòng)性好,控制精度也較高,但它只適用于擾動(dòng)是可測(cè)量的場(chǎng)合。共九十九頁(yè)反饋控制(閉環(huán)控制)組成及工作(gngzu)原理反饋(fnku)(閉環(huán))控制系統(tǒng)的方框圖 四大基本組成:被控對(duì)象、測(cè)量變送器、控制器、執(zhí)行器共九十九頁(yè)反饋(fnku)(閉環(huán))控制系統(tǒng)的方框圖 反饋控制原理:把輸出量檢測(cè)出來(lái),經(jīng)過(guò)變換(binhun),再反饋到輸入端;和給定值進(jìn)行比較,得到偏差信號(hào);根據(jù)偏差的大小,產(chǎn)生控制作用;控制信號(hào)通過(guò)執(zhí)行器的操作,逐步減少或消除偏差,從而實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)共九十九頁(yè)反饋(fnku)(閉環(huán))控制系統(tǒng)的方框圖

29、 反饋:被控量經(jīng)測(cè)量后的信號(hào)回送到輸入端 分為正反饋和負(fù)反饋負(fù)反饋:控制作用的方向與偏差的方向相反, (如:偏差增大,控制作用應(yīng)使偏差減?。?使被控對(duì)象輸出趨于希望值自動(dòng)控制系統(tǒng)中主要(zhyo)討論負(fù)反饋共九十九頁(yè) 偏差=給定值反饋信號(hào)值負(fù)反饋閉環(huán)控制的本質(zhì):按偏差進(jìn)行控制。只要出現(xiàn)偏差,必定會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的控制作用去減小或消除偏差,使被控(bi kn)量與期望值趨于一致。優(yōu)點(diǎn):1、能抑制各種擾動(dòng)對(duì)被控量產(chǎn)生影響的能力 2、控制精度較高 3、系統(tǒng)使用元件較多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,系統(tǒng)的性能分析和設(shè)計(jì) 也較麻煩。閉環(huán)控制在自動(dòng)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用反饋(fnku)(閉環(huán))控制系統(tǒng)的方框圖 共九十九頁(yè)閉環(huán)控制

30、系統(tǒng)(xtng)的例題1液位(自動(dòng))反饋(fnku)控制系統(tǒng)Q2Q1 (-)水位hug uf (-)電動(dòng)機(jī)減速器閥門(mén)V1水箱電位器-杠桿-浮子 電位計(jì)M+-hQ1 電動(dòng)機(jī)-+Q2 閥門(mén)V2 閥門(mén)V1 水箱浮子 減速器共九十九頁(yè)被控對(duì)象:水槽被控變量:液位的高度給定值(參據(jù)量):與期望液位對(duì)應(yīng)的給定電壓(電位器 中點(diǎn)電壓,為0)測(cè)量變送元件:浮子、杠桿、電位器觸頭(電刷)執(zhí)行元件:電動(dòng)機(jī)、減速器、閥工作原理:當(dāng)電位器電刷位于中點(diǎn)位置時(shí),反饋信號(hào)等于給定值,偏差(pinch)為0,電動(dòng)機(jī)電樞電壓為0,電動(dòng)機(jī)不動(dòng),控制閥門(mén)有一定的開(kāi)度,使水箱中流入水量與流出水量相等,從而液面保持在希望高度h0上。一

31、旦流入水量或流出水量發(fā)生變化,水箱液面高度便相應(yīng)變化。如當(dāng)液面升高時(shí),浮子位置亦相應(yīng)升高,通過(guò)杠桿作用使電位器電刷從中點(diǎn)位置下移,從而給電動(dòng)機(jī)提供一定的控制電壓,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器減小閥門(mén)開(kāi)度,使進(jìn)入水箱的流量減少。這樣,水箱液面下降,浮子位置相應(yīng)下降,直到電位器電刷回到中點(diǎn)位置,系統(tǒng)重新處于平衡狀態(tài),液面恢復(fù)給定高度。反之,若水箱液位下降,則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)增大閥門(mén)開(kāi)度,加大流入水量,使液位升到給定高度h0 。共九十九頁(yè)閉環(huán)控制系統(tǒng)(xtng)的例題2:電動(dòng)機(jī)速度閉環(huán)控制系統(tǒng)(xtng)共九十九頁(yè)復(fù)合(fh)控制是把 按偏差的閉環(huán)控制 和 按擾動(dòng)的開(kāi)環(huán)控制 結(jié)合起來(lái)的控制方式對(duì)于主要擾動(dòng)采用適當(dāng)

32、的補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)(shxin)按擾動(dòng)控制,同時(shí),再組成反饋控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)(shxin)按偏差控制,以消除其余擾動(dòng)產(chǎn)生的偏差。這樣,系統(tǒng)的主要擾動(dòng)已被補(bǔ)償,反饋控制系統(tǒng)就比較容易設(shè)計(jì),控制效果也會(huì)更好。共九十九頁(yè)復(fù)合控制的例題(lt)6:電動(dòng)機(jī)速度復(fù)合控制共九十九頁(yè)第一章 自動(dòng)控制的一般(ybn)概念1.1自動(dòng)控制理論的發(fā)展過(guò)程及本課程內(nèi)容1.2 一般概念: 自動(dòng)控制、自動(dòng)控制系統(tǒng)及組成、 系統(tǒng)方塊圖表示、常用術(shù)語(yǔ)1.3 基本控制方式及工作原理1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)典型示例(shl)1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)1.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本性能指標(biāo)共九十九頁(yè)分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作(gngzu)原理,畫(huà)出原理方

33、塊圖讀懂題意,明確控制的目的,并做如下分析:1、被控(bi kn)對(duì)象? 被控(bi kn)變量(輸出量)?2、控制裝置?具體 P4 :測(cè)量變送元件?給定元件? 系統(tǒng)的輸入量(給定值、期望值)?比較元件?控制器:校正元件?放大元件?執(zhí)行元件?3 、開(kāi)環(huán)控制? 閉環(huán)控制? 復(fù)合控制? 畫(huà)出方塊圖4、分析工作原理共九十九頁(yè)閉環(huán)控制系統(tǒng)(xtng)基本組成方塊圖說(shuō)明:1、輸入量在最左端,輸出在最右端2、比較元件一般不用方塊表示,而用圖中的比較環(huán)節(jié)單獨(dú)表示3、負(fù)反饋:要在反饋信號(hào)線(xiàn)附近標(biāo)注負(fù)號(hào)“”4、四大組成:被控對(duì)象、測(cè)量變送、控制器、執(zhí)行器5、若存在干擾(gnro),可如圖表示6、注意信號(hào)線(xiàn)的方向

34、干擾被控對(duì)象被控量(輸出量)給定元件校正元件測(cè)量變送元件輸入量 (給定值)反饋信號(hào)偏差放大元件執(zhí)行元件控制器(調(diào)節(jié)器)控制量共九十九頁(yè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)基本組成方塊圖干擾被控對(duì)象被控量(輸出量)控制裝置輸入量 (給定值)按輸入量進(jìn)行的開(kāi)環(huán)控制干擾被控對(duì)象被控量(輸出量)控制裝置輸入量 (給定值)測(cè)量變送按可測(cè)擾動(dòng)量進(jìn)行的開(kāi)環(huán)控制共九十九頁(yè)復(fù)合控制系統(tǒng)基本(jbn)組成方塊圖干擾被控對(duì)象被控量(輸出量)給定元件校正元件測(cè)量變送元件輸入量 (給定值)反饋信號(hào)偏差放大元件執(zhí)行元件控制器(調(diào)節(jié)器)控制量測(cè)量變送元件復(fù)合控制圖: 按可測(cè)擾動(dòng)(rodng)開(kāi)環(huán)控制+閉環(huán)控制共九十九頁(yè)1、

35、液位控制系統(tǒng)2、發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)3、液位控制系統(tǒng)(已講過(guò))4、電爐微型(wixng)計(jì)算機(jī)溫度控制系統(tǒng)5、谷物濕度控制系統(tǒng)6、熱處理爐溫度控制系統(tǒng) 被控對(duì)象?被控變量?測(cè)量元件?給定值?執(zhí)行元件?系統(tǒng)方塊圖?開(kāi)環(huán)控制?閉環(huán)控制?復(fù)合控制?系統(tǒng)工作原理?1. 4 自動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)示例共九十九頁(yè) 一個(gè)液位控制系統(tǒng)原理圖如下。自動(dòng)控制器通過(guò)比較實(shí)際液位與希望(xwng)液位,并通過(guò)調(diào)整氣動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)度,對(duì)誤差進(jìn)行修正,從而保持液位不變。試畫(huà)出相應(yīng)的控制系統(tǒng)的方框圖及人工操縱液位控制系統(tǒng)方塊圖。例題(lt)1-1共九十九頁(yè)控制器:比較、放大的作用浮子:液面高度的反饋元件(yun

36、jin) Q2為系統(tǒng)的干擾量氣動(dòng)閥門(mén):執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象:水箱共九十九頁(yè)共九十九頁(yè) 有一發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)如圖所示。其工作原理是操縱者轉(zhuǎn)動(dòng)操縱電位計(jì)的手柄,可使電位計(jì)的輸出電壓Ur改變大小(dxio)和方向。經(jīng)前置放大器和直流發(fā)電機(jī)兩極放大,使加在伺服電機(jī)上的端電壓也隨之改變大小(dxio)和方向。從而使負(fù)載具有所要求的轉(zhuǎn)速。試說(shuō)明該系統(tǒng)的給定值、被控量和干擾量,并畫(huà)出方塊圖。 例題(lt)1-2共九十九頁(yè)共九十九頁(yè) 電位計(jì)M+-hQ1 電動(dòng)機(jī)-+Q2 閥門(mén)V2 閥門(mén)V1 水箱浮子 減速器Q2Q1 (-)水位hug uf (-)電動(dòng)機(jī)減速器閥門(mén)V1水箱電位器-杠桿-浮子例題(lt)1-3共九

37、十九頁(yè)爐溫(l wn)ug uf (-)放大(fngd)電機(jī)、減速器變壓器電爐熱電偶給定電位計(jì)例題1-4共九十九頁(yè)輸出谷物濕度給定濕度 (-)濕度測(cè)量裝置調(diào)節(jié)器閥門(mén)濕度測(cè)量裝置傳送裝置 (-)輸入谷物濕度濕度例題(lt)1-5共九十九頁(yè)例題(lt)1-6共九十九頁(yè)第一章 自動(dòng)控制的一般(ybn)概念1.1自動(dòng)控制理論的發(fā)展過(guò)程及本課程內(nèi)容1.2 一般概念: 自動(dòng)控制、自動(dòng)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)及組成、 系統(tǒng)方塊圖表示、常用術(shù)語(yǔ)1.3 基本控制方式及工作原理1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)典型示例1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)1.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本性能指標(biāo)共九十九頁(yè)1. 5 自動(dòng)(zdng)控制系統(tǒng)

38、的分類(lèi)按控制方式可分為:開(kāi)環(huán)控制、反饋控制、復(fù)合控制等按元件類(lèi)型可分為:機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等按系統(tǒng)功用可分為:溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)等按系統(tǒng)性能分類(lèi):1)線(xiàn)性自動(dòng)控制系統(tǒng):線(xiàn)性定常自動(dòng)控制系統(tǒng);線(xiàn)性時(shí)變自動(dòng)控制系統(tǒng);2)非線(xiàn)性自動(dòng)控制系統(tǒng)按系統(tǒng)中傳遞信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi):1)連續(xù)系統(tǒng);2)離散系統(tǒng)按輸入信號(hào)變化規(guī)律分類(lèi):1)恒值控制系統(tǒng)(自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)或鎮(zhèn)定(zhndng)系統(tǒng)); 2)程序控制系統(tǒng);3)隨動(dòng)系統(tǒng)共九十九頁(yè)開(kāi)環(huán)控制(kngzh)閉環(huán)控制(負(fù)反饋控制、偏差控制)復(fù)合控制 按控制(kngzh)方式分1. 5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)(重點(diǎn)

39、分類(lèi))工作原理? 特點(diǎn)?共九十九頁(yè)線(xiàn)性系統(tǒng)(定常,時(shí)變(sh bin))非線(xiàn)性系統(tǒng)按系統(tǒng)(xtng)性能,分1. 5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)(重點(diǎn)分類(lèi))連續(xù)系統(tǒng)離散系統(tǒng)按信號(hào)類(lèi)型,分本課程只研究線(xiàn)性定常連續(xù)系統(tǒng)共九十九頁(yè)線(xiàn)性連續(xù)系統(tǒng)(只考慮集中(jzhng)參數(shù)系統(tǒng))組成系統(tǒng)(xtng)的全部元件都是線(xiàn)性的。數(shù)學(xué)模型如下: 方程左端為輸出變量及其各階導(dǎo)數(shù)的線(xiàn)性組合,右端為輸入變量及其各階導(dǎo)數(shù)的線(xiàn)性組合 定常(時(shí)不變)系統(tǒng):各系數(shù)為常數(shù),不隨時(shí)間變化 時(shí)變:系數(shù)隨時(shí)間變化共九十九頁(yè)線(xiàn)性連續(xù)(linx)系統(tǒng)滿(mǎn)足疊加性和齊次性即:設(shè)系統(tǒng)的輸入(shr)分別為 r1(t) 和 r2(t) 時(shí), 對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)

40、輸出分別為 c1(t) 和 c2(t) ,則當(dāng)輸入為 r(t) =a1r1(t) +a2r2(t) 時(shí),系統(tǒng)輸出為 c(t) =a1c1(t) +a2c2(t) 其中:a1和a2為常數(shù)可用來(lái)判斷是否為線(xiàn)性系統(tǒng)共九十九頁(yè)非線(xiàn)性連續(xù)(linx)系統(tǒng)系統(tǒng)中含有非線(xiàn)性元件(元件的輸入輸出特性是非線(xiàn)性的)如果可用非線(xiàn)性方程(fngchng)微分方程(fngchng)描述,則有下面特點(diǎn):方程的系數(shù)與輸入輸出變量有關(guān) 或方程中含有輸入輸出變量及其各階導(dǎo)數(shù)的高次冪或乘積項(xiàng)共九十九頁(yè)共九十九頁(yè)1. 5 自動(dòng)(zdng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)(重點(diǎn)分類(lèi))恒值控制系統(tǒng)(kn zh x tn)隨動(dòng)系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)按給定值變化

41、規(guī)律,分共九十九頁(yè)按給定值變化(binhu)情況(1)恒值控制系統(tǒng) 參考輸入為常值,要求被控量也等于(dngy)常值。 擾動(dòng)的存在,會(huì)被控量偏離參考量而出現(xiàn)偏差, 控制系統(tǒng)根據(jù)偏差產(chǎn)生控制作用,以克服擾動(dòng) 的影響,使被控量恢復(fù)到給定的常值。 主要研究各種擾動(dòng)對(duì)被控對(duì)象的影響以及抗干擾 措施共九十九頁(yè)按給定值變化(binhu)情況(2)隨動(dòng)系統(tǒng)參考輸入是預(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(n su)參考輸入的變化 也稱(chēng)跟蹤系統(tǒng)主要研究被控量跟隨的快速性和準(zhǔn)確性伺服系統(tǒng):當(dāng)隨動(dòng)系統(tǒng)的被控量為機(jī)械位置或其導(dǎo) 數(shù)時(shí),此隨動(dòng)系統(tǒng)稱(chēng)為伺服系統(tǒng)共九十九頁(yè)按給定值變化(binhu)情

42、況(3)程序控制系統(tǒng)參考輸入是按預(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)程序控制與隨動(dòng)系統(tǒng)(xtng): 給定值都是時(shí)間的函數(shù), 程序控制系統(tǒng):已知的時(shí)間函數(shù) 隨動(dòng)系統(tǒng): 未知恒值控制系統(tǒng) 是 特殊的 程序控制系統(tǒng)共九十九頁(yè)1. 5 自動(dòng)(zdng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)按控制方式可分為:開(kāi)環(huán)控制、反饋控制、復(fù)合控制等按元件類(lèi)型(lixng)可分為:機(jī)械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)等按系統(tǒng)功用可分為:溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、位置控制系統(tǒng)等按系統(tǒng)性能分類(lèi):1)線(xiàn)性自動(dòng)控制系統(tǒng):線(xiàn)性定常自動(dòng)控制系統(tǒng);線(xiàn)性時(shí)變自動(dòng)控制系統(tǒng);2)非線(xiàn)性自動(dòng)控制系統(tǒng)按系統(tǒng)中傳遞信號(hào)的

43、性質(zhì)分類(lèi):1)連續(xù)系統(tǒng);2)離散系統(tǒng)按輸入信號(hào)變化規(guī)律分類(lèi):1)恒值控制系統(tǒng)(自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)或鎮(zhèn)定系統(tǒng)); 2)程序控制系統(tǒng);3)隨動(dòng)系統(tǒng)共九十九頁(yè)第一章 自動(dòng)控制的一般(ybn)概念1.1自動(dòng)控制理論的發(fā)展過(guò)程及本課程內(nèi)容1.2 一般概念: 自動(dòng)控制、自動(dòng)控制系統(tǒng)及組成、 系統(tǒng)方塊圖表示、常用術(shù)語(yǔ)1.3 基本控制方式及工作原理(yunl)1.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)典型示例1.5 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)1.6 自動(dòng)控制系統(tǒng)基本性能指標(biāo)共九十九頁(yè)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的性能通常研究:典型輸入信號(hào)作用下,系統(tǒng)輸出(被控量)變化(binhu)的全過(guò)程包括:動(dòng)態(tài)(暫態(tài))過(guò)程和穩(wěn)態(tài)(靜態(tài))過(guò)程動(dòng)態(tài)過(guò)程:典

44、型輸入信號(hào)作用下,輸出從初始狀態(tài)到最終狀態(tài)所經(jīng)過(guò)的響應(yīng)過(guò)程穩(wěn)態(tài)過(guò)程:典型輸入信號(hào)作用下,當(dāng)時(shí)間t趨于無(wú)窮時(shí),輸出的表現(xiàn)方式共九十九頁(yè)典型(dinxng)輸入信號(hào)(一)階躍信號(hào) 階躍信號(hào)的表達(dá)式為: 當(dāng)A=1時(shí),稱(chēng)為單位階躍信號(hào), 常用(chn yn) 1(t) 表示 r(t)= 1(t) 階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)、拋物線(xiàn)信號(hào)、脈沖信號(hào)、正弦信號(hào)一般:給定輸入電壓的接通,指令的突然轉(zhuǎn)換,負(fù)荷的突變 都可視為階躍輸入共九十九頁(yè)(二)斜坡信號(hào) 在t =0時(shí)為零,并隨時(shí)間線(xiàn)性增加,所以也叫速度信號(hào)。它等于階躍信號(hào)對(duì)時(shí)間的積分,而它對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)(do sh)就是階躍信號(hào)。斜坡信號(hào)的表達(dá)式為: A=1,稱(chēng)為單位

45、斜坡信號(hào) r(t)=t 典型(dinxng)輸入信號(hào)階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)、拋物線(xiàn)信號(hào)、脈沖信號(hào)、正弦信號(hào)共九十九頁(yè)(三)拋物線(xiàn)信號(hào) 也叫加速度信號(hào),可以通過(guò)對(duì)斜坡(xip)信號(hào)的積分而得。拋物線(xiàn)信號(hào)的表達(dá)式為: 當(dāng)A =1時(shí),則稱(chēng)為單位拋物線(xiàn)信號(hào) 典型(dinxng)輸入信號(hào)階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)、拋物線(xiàn)信號(hào)、脈沖信號(hào)、正弦信號(hào)共九十九頁(yè)(四)脈沖信號(hào): 單位脈沖信號(hào)的表達(dá)式為: 如上圖,脈沖信號(hào)是一寬度為e ,高度為1e 的矩形脈沖,當(dāng)e 趨于零時(shí)(ln sh)就得理想的單位脈沖信號(hào)(亦稱(chēng) d(t) 函數(shù))。典型輸入(shr)信號(hào)階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)、拋物線(xiàn)信號(hào)、脈沖信號(hào)、正弦信號(hào)脈沖電壓信號(hào),沖擊

46、力,陣風(fēng)等都可近似為脈沖作用共九十九頁(yè)(五)正弦信號(hào)(xnho) 正弦信號(hào)的表達(dá)式為 : 其中A為幅值,w 為角頻率。 圖3-5 正弦信號(hào) 典型(dinxng)輸入信號(hào)階躍信號(hào)、斜坡信號(hào)、拋物線(xiàn)信號(hào)、脈沖信號(hào)、正弦信號(hào)海浪對(duì)艦艇的擾動(dòng)力,伺服振動(dòng)臺(tái)的輸入指令, 電源及機(jī)械振動(dòng)的噪聲都可近似為正弦作用共九十九頁(yè) 對(duì)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的要求對(duì)控制系統(tǒng)(kn zh x tn)的要求:1.穩(wěn)定性:是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。2.快速性:動(dòng)態(tài)性能,有指標(biāo)。3.準(zhǔn)確性:穩(wěn)態(tài)(過(guò)度結(jié)束后的)值應(yīng)盡量與期望值一致。 動(dòng)態(tài)過(guò)程特點(diǎn):下圖中,(a)單調(diào)收斂,(b)非周期振蕩;(c)發(fā)散振蕩;(d)、(e)收斂振蕩;(f)等幅振蕩。共九十九頁(yè)(a)單調(diào)過(guò)程: 被控量y(t)單調(diào)變化,緩慢地到達(dá)(dod)新的平衡狀態(tài)(新的穩(wěn)態(tài)值)。如左上圖所示。一般這種動(dòng)態(tài)過(guò)程具有較長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程時(shí)間(即到達(dá)(dod)新的平衡狀態(tài)所需的時(shí)間)。 (b)衰減振蕩過(guò)程:被控量y(t)的動(dòng)態(tài)過(guò)程是一個(gè)振蕩過(guò)

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