自動(dòng)控制原理-第1章-緒論課件

第一章緒論自動(dòng)控制：

在沒有人直接參與的情況下，采用控制裝置或機(jī)械使被控制對(duì)象達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。第一章緒論自動(dòng)控制：自動(dòng)控制研究的內(nèi)容：經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論經(jīng)典控制理論主要研究對(duì)象:對(duì)單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題?，F(xiàn)代控制理論主要研究對(duì)象:多輸入、多輸出、時(shí)變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題。自動(dòng)控制研究的內(nèi)容：自動(dòng)控制原理-第1章-緒論課件2.自動(dòng)控制系統(tǒng)的概念2.自動(dòng)控制系統(tǒng)的概念自動(dòng)控制原理-第1章-緒論課件轉(zhuǎn)速表直流電動(dòng)機(jī)人工控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速示意圖如下所示:功率放大器激磁回路激磁電流電樞電壓人所起的三個(gè)作用:(1)觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速;(2)將觀察到的轉(zhuǎn)速與需要保持的轉(zhuǎn)速在頭腦中進(jìn)行比較;(3)根據(jù)比較得出的結(jié)論去調(diào)整電位器的輸出電壓.轉(zhuǎn)速表直流電動(dòng)機(jī)人工控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速示意圖如下所示:功率放實(shí)際行駛方向預(yù)期行駛方向

汽車駕駛控制原理框圖實(shí)際行駛方向預(yù)期行駛方向汽車駕駛控制原理框圖測(cè)量預(yù)期路線大腦方向盤汽車實(shí)際路線眼睛和其他

感覺器官手汽車駕駛控制原理框圖測(cè)量預(yù)期路線大腦方向盤汽車實(shí)際路線眼睛和其他

感覺器官手汽車根據(jù)以上例子自動(dòng)控制的概念總結(jié)如下：自動(dòng)控制：是指沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置（稱控制器），使整個(gè)生產(chǎn)過程或工作機(jī)械（稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)：能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制任務(wù)的系統(tǒng)，由控制器與控制對(duì)象組成?？刂茖?duì)象控制器輸入量輸出量擾動(dòng)量?根據(jù)以上例子自動(dòng)控制的概念總結(jié)如下：自動(dòng)控制：是指沒有人直接3、技術(shù)術(shù)語1）被控對(duì)象:是指要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。3）控制器：又稱調(diào)節(jié)器、控制裝置，由控制元件組成，它接受指令信號(hào)，輸出控制作用信號(hào)于被控對(duì)象。2）被控量：表征被控對(duì)象工作狀態(tài)的物理參量(或狀態(tài)參量)，如轉(zhuǎn)速、壓力、溫度、電壓、位移等。3、技術(shù)術(shù)語1）被控對(duì)象:是指要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器、設(shè)備或4）給定值或指令信號(hào)r(t)：要求控制系統(tǒng)按一定規(guī)律變化的信號(hào)，是系統(tǒng)的輸入信號(hào)。5）干擾信號(hào)n(t)：又稱擾動(dòng)值，是一種對(duì)系統(tǒng)的被控量起破壞作用的信號(hào)。6）反饋信號(hào)b(t)：是指被控量經(jīng)測(cè)量元件檢測(cè)后回饋送到系統(tǒng)輸入端的信號(hào)。7）偏差信號(hào)e(t)：是指給定值與被控量的差值，或指令信號(hào)與反饋信號(hào)的差值。4）給定值或指令信號(hào)r(t)：要求控制系統(tǒng)按一定規(guī)律變化的信4、控制系統(tǒng)的職能方框圖（重點(diǎn)）

控制系統(tǒng)職能方框圖4、控制系統(tǒng)的職能方框圖（重點(diǎn)）控制系統(tǒng)職能方框圖控制器應(yīng)具有三種基本職能，即測(cè)量、比較和執(zhí)行。

1）測(cè)量元件的職能是檢測(cè)被控制的物理量，如果所測(cè)量的物理量為非電量，一般要將其轉(zhuǎn)換為電量。

2）比較元件的職能是將測(cè)量元件檢測(cè)到的被控量的實(shí)際值與給定值相比較，計(jì)算求出二者間的偏差?？刂破鲬?yīng)具有三種基本職能，即測(cè)量、比較和執(zhí)行。1）測(cè)量元件4）執(zhí)行元件的職能是直接推動(dòng)被控對(duì)象，使被控量發(fā)生變化。3）放大元件的職能是將比較元件給出的偏差信號(hào)放大，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。4）執(zhí)行元件的職能是直接推動(dòng)被控對(duì)象，使被控量發(fā)生變化。31.2自動(dòng)控制的基本方式

一、閉環(huán)控制

閉環(huán)控制框圖1.2自動(dòng)控制的基本方式一、閉環(huán)控制閉環(huán)控制框圖反饋：控制的核心思想閉環(huán)控制特點(diǎn)：信息的雙向流動(dòng)控制器被控

對(duì)象預(yù)期輸出r(t)實(shí)際輸出y(t)比較器測(cè)量

裝置誤差

e(t)控制量

u(t)被測(cè)變量測(cè)量值反饋：控制的核心思想閉環(huán)控制特點(diǎn)：信息的雙向流動(dòng)控制器被控

二、開環(huán)控制

按給定值控制

例:

直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)。

輸出量對(duì)輸入量沒有影響的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)

二、開環(huán)控制按給定值控制例:直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系開環(huán)控制系統(tǒng)：

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)

2.調(diào)試方便

3.抗干擾能力差，控制精度不高。閉環(huán)控制系統(tǒng)：

1.系統(tǒng)具有糾正偏差的能力。

2.抗擾性好，控制精度高。3.包含元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高。

4.參數(shù)應(yīng)選擇適當(dāng)。開環(huán)＋閉環(huán)＝復(fù)合控制系統(tǒng)（兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，精度很高）

開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較2.按干擾補(bǔ)償

按干擾補(bǔ)償框圖2.按干擾補(bǔ)償按干擾補(bǔ)償框圖3.復(fù)合控制復(fù)合控制框圖3.復(fù)合控制復(fù)合控制框圖

1.3對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求

1.穩(wěn)：（基本要求）

被控制信號(hào)能跟蹤已變化的輸入信號(hào)，從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)，如果能做到，我們就認(rèn)為該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。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)的過渡過程要平穩(wěn)，快速1.3對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求1.穩(wěn)：（基本要求）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(dòng)態(tài)性能，有指標(biāo)。準(zhǔn)確性：穩(wěn)態(tài)（過度結(jié)束后的）值應(yīng)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。穩(wěn)定性：是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。tnn1(a)0(1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)示例

例1爐溫控制系統(tǒng)1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)示例例1爐溫控制系統(tǒng)自動(dòng)控制原理-第1章-緒論課件例2、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理圖例2、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制首先應(yīng)明確：1.被控對(duì)象：渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)2.被控量：渦輪轉(zhuǎn)速nc3.執(zhí)行元件：即是改變供油量的機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)中與柱塞泵的斜盤以及和斜盤相連接的油缸活塞。斜盤傾角不同，泵在同樣轉(zhuǎn)速下供油量就不同。4.轉(zhuǎn)速測(cè)量：靠離心塊（轉(zhuǎn)速傳感器）來完成轉(zhuǎn)速測(cè)量，離心塊產(chǎn)生的離心力不同，作用在滑閥上（分油活門）的力的大小就代表了轉(zhuǎn)速的大小。首先應(yīng)明確：5.轉(zhuǎn)速給定：由油門的位置給定，油門位置不同，作用在滑閥上的起始彈簧力也不同，起始彈簧力的大小就代表了給定轉(zhuǎn)速的大小。6.比較元件：就是滑閥，離心力和彈簧力在閥芯上進(jìn)行比較，若兩個(gè)作用力不相等，則推動(dòng)閥芯打開油路，輸出高壓燃油到燃燒室。

5.轉(zhuǎn)速給定：由油門的位置給定，油門位置不同，作用在滑閥上

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)職能框圖渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)職能框圖

水箱原來處于一個(gè)平衡狀態(tài)，q1(t)=q2(t)=0。如果打開閥門，沖水，沖好后關(guān)上閥門，h(t)發(fā)生變化，水位下降，△h變大，通過浮子反饋到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。機(jī)械杠桿帶動(dòng)活塞打開，q1(t)變大，使△h變小，浮子上浮，活塞也上升，直至達(dá)到新的平衡。水箱原來處于一個(gè)平衡狀態(tài)，q1(t)=q2(t)原理方框圖：

這就是負(fù)反饋控制系統(tǒng)，檢測(cè)偏差，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)，使偏差減小，最后直至消除偏差?！雌羁刂?。原理方框圖：這就是負(fù)反饋控制系統(tǒng)，檢測(cè)偏差，然后進(jìn)行調(diào)節(jié)，本章小結(jié)1．正確理解自動(dòng)控制的三種基本控制方式，尤其閉環(huán)負(fù)反饋按偏差控制的原理更要清楚。2．在已知自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理圖的條件下，熟練地給出該系統(tǒng)的職能方框圖，正確標(biāo)示出系統(tǒng)各職能元件的名稱和信號(hào)的名稱。本章小結(jié)1．正確理解自動(dòng)控制的三種基本控制方式，尤其閉環(huán)負(fù)反第一章緒論自動(dòng)控制：

在沒有人直接參與的情況下，采用控制裝置或機(jī)械使被控制對(duì)象達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。第一章緒論自動(dòng)控制：自動(dòng)控制研究的內(nèi)容：經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論經(jīng)典控制理論主要研究對(duì)象:對(duì)單輸入單輸出線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題?，F(xiàn)代控制理論主要研究對(duì)象:多輸入、多輸出、時(shí)變參數(shù)、高精度復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)問題。自動(dòng)控制研究的內(nèi)容：自動(dòng)控制原理-第1章-緒論課件2.自動(dòng)控制系統(tǒng)的概念2.自動(dòng)控制系統(tǒng)的概念自動(dòng)控制原理-第1章-緒論課件轉(zhuǎn)速表直流電動(dòng)機(jī)人工控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速示意圖如下所示:功率放大器激磁回路激磁電流電樞電壓人所起的三個(gè)作用:(1)觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速;(2)將觀察到的轉(zhuǎn)速與需要保持的轉(zhuǎn)速在頭腦中進(jìn)行比較;(3)根據(jù)比較得出的結(jié)論去調(diào)整電位器的輸出電壓.轉(zhuǎn)速表直流電動(dòng)機(jī)人工控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速示意圖如下所示:功率放實(shí)際行駛方向預(yù)期行駛方向

汽車駕駛控制原理框圖實(shí)際行駛方向預(yù)期行駛方向汽車駕駛控制原理框圖測(cè)量預(yù)期路線大腦方向盤汽車實(shí)際路線眼睛和其他

感覺器官手汽車駕駛控制原理框圖測(cè)量預(yù)期路線大腦方向盤汽車實(shí)際路線眼睛和其他

感覺器官手汽車根據(jù)以上例子自動(dòng)控制的概念總結(jié)如下：自動(dòng)控制：是指沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置（稱控制器），使整個(gè)生產(chǎn)過程或工作機(jī)械（稱被控對(duì)象）的某個(gè)工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)：能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制任務(wù)的系統(tǒng)，由控制器與控制對(duì)象組成?？刂茖?duì)象控制器輸入量輸出量擾動(dòng)量?根據(jù)以上例子自動(dòng)控制的概念總結(jié)如下：自動(dòng)控制：是指沒有人直接3、技術(shù)術(shù)語1）被控對(duì)象:是指要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。3）控制器：又稱調(diào)節(jié)器、控制裝置，由控制元件組成，它接受指令信號(hào)，輸出控制作用信號(hào)于被控對(duì)象。2）被控量：表征被控對(duì)象工作狀態(tài)的物理參量(或狀態(tài)參量)，如轉(zhuǎn)速、壓力、溫度、電壓、位移等。3、技術(shù)術(shù)語1）被控對(duì)象:是指要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)器、設(shè)備或4）給定值或指令信號(hào)r(t)：要求控制系統(tǒng)按一定規(guī)律變化的信號(hào)，是系統(tǒng)的輸入信號(hào)。5）干擾信號(hào)n(t)：又稱擾動(dòng)值，是一種對(duì)系統(tǒng)的被控量起破壞作用的信號(hào)。6）反饋信號(hào)b(t)：是指被控量經(jīng)測(cè)量元件檢測(cè)后回饋送到系統(tǒng)輸入端的信號(hào)。7）偏差信號(hào)e(t)：是指給定值與被控量的差值，或指令信號(hào)與反饋信號(hào)的差值。4）給定值或指令信號(hào)r(t)：要求控制系統(tǒng)按一定規(guī)律變化的信4、控制系統(tǒng)的職能方框圖（重點(diǎn)）

控制系統(tǒng)職能方框圖4、控制系統(tǒng)的職能方框圖（重點(diǎn)）控制系統(tǒng)職能方框圖控制器應(yīng)具有三種基本職能，即測(cè)量、比較和執(zhí)行。

1）測(cè)量元件的職能是檢測(cè)被控制的物理量，如果所測(cè)量的物理量為非電量，一般要將其轉(zhuǎn)換為電量。

2）比較元件的職能是將測(cè)量元件檢測(cè)到的被控量的實(shí)際值與給定值相比較，計(jì)算求出二者間的偏差?？刂破鲬?yīng)具有三種基本職能，即測(cè)量、比較和執(zhí)行。1）測(cè)量元件4）執(zhí)行元件的職能是直接推動(dòng)被控對(duì)象，使被控量發(fā)生變化。3）放大元件的職能是將比較元件給出的偏差信號(hào)放大，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件去控制被控對(duì)象。4）執(zhí)行元件的職能是直接推動(dòng)被控對(duì)象，使被控量發(fā)生變化。31.2自動(dòng)控制的基本方式

一、閉環(huán)控制

閉環(huán)控制框圖1.2自動(dòng)控制的基本方式一、閉環(huán)控制閉環(huán)控制框圖反饋：控制的核心思想閉環(huán)控制特點(diǎn)：信息的雙向流動(dòng)控制器被控

對(duì)象預(yù)期輸出r(t)實(shí)際輸出y(t)比較器測(cè)量

裝置誤差

e(t)控制量

u(t)被測(cè)變量測(cè)量值反饋：控制的核心思想閉環(huán)控制特點(diǎn)：信息的雙向流動(dòng)控制器被控

二、開環(huán)控制

按給定值控制

例:

直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系統(tǒng)。

輸出量對(duì)輸入量沒有影響的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)

二、開環(huán)控制按給定值控制例:直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速開環(huán)控制系開環(huán)控制系統(tǒng)：

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)

2.調(diào)試方便

3.抗干擾能力差，控制精度不高。閉環(huán)控制系統(tǒng)：

1.系統(tǒng)具有糾正偏差的能力。

2.抗擾性好，控制精度高。3.包含元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高。

4.參數(shù)應(yīng)選擇適當(dāng)。開環(huán)＋閉環(huán)＝復(fù)合控制系統(tǒng)（兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)，精度很高）

開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較開環(huán)控制系統(tǒng)：開環(huán)與閉環(huán)系統(tǒng)的比較2.按干擾補(bǔ)償

按干擾補(bǔ)償框圖2.按干擾補(bǔ)償按干擾補(bǔ)償框圖3.復(fù)合控制復(fù)合控制框圖3.復(fù)合控制復(fù)合控制框圖

1.3對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求

1.穩(wěn)：（基本要求）

被控制信號(hào)能跟蹤已變化的輸入信號(hào)，從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)，如果能做到，我們就認(rèn)為該系統(tǒng)是穩(wěn)定的。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)的過渡過程要平穩(wěn)，快速1.3對(duì)控制系統(tǒng)的性能要求1.穩(wěn)：（基本要求）穩(wěn)定性：是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件?？焖傩裕簞?dòng)態(tài)性能，有指標(biāo)。準(zhǔn)確性：穩(wěn)態(tài)（過度結(jié)束后的）值應(yīng)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。穩(wěn)定性：是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。tnn1(a)0(1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)示例

例1爐溫控制系統(tǒng)1.4自動(dòng)控制系統(tǒng)示例例1爐溫控制系統(tǒng)自動(dòng)控制原理-第1章-緒論課件例2、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)原理圖例2、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制首先應(yīng)明確：1.被控對(duì)象：渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)2.被控量：渦輪轉(zhuǎn)速nc3.執(zhí)行元件：即是改變供油量的機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)中與柱塞泵的斜盤以及和斜盤相連接的油缸活塞。斜盤傾角不同，泵在同樣轉(zhuǎn)速下供油量就不同。4.轉(zhuǎn)速測(cè)量：靠離心塊（轉(zhuǎn)速傳感器）來完成轉(zhuǎn)速測(cè)量，離心