自動控制原理第一章概論

自動控制原理第一章概論第一頁，共二十七頁，2022年，8月28日2要求1、出勤（請假）2、作業(yè)3、考試（閉卷，大作業(yè)，實際電路分析）4、評價機制第二頁，共二十七頁，2022年，8月28日3第一章

緒論1-1自動控制理論的意義1-2自動控制的基本概念1-3自動控制系統(tǒng)的分類1-4閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成1-5自動控制系統(tǒng)的基本要求1-6自動控制系統(tǒng)建模方法第三頁，共二十七頁，2022年，8月28日4§1

自動控制理論的意義1、通過自動控制的學習，應用理論知識來改善系統(tǒng)的性能，使系統(tǒng)達到設計要求；2、自動控制理論對許多領域都有應用價值，如成本、投資組合等；3、自動控制理論對分析事物更加明了（功能模塊）；4、根據需要進行系統(tǒng)設計，并采用相關設備進行實現。1)當系統(tǒng)給定，輸入已知，求系統(tǒng)的輸出響應，通過輸出響應來研究系統(tǒng)本身的各種問

題，即系統(tǒng)分析。2)系統(tǒng)確定，求輸入，使輸出盡可能符合給定的最優(yōu)要求，即最優(yōu)控制問題。3)輸入已知，使輸出盡可能復現輸入給定的最佳要求，即最優(yōu)設計問題。4)輸出已知，確定系統(tǒng)，識別輸入中的有關信息，即濾波與預測問題。5)輸入和輸出已知，確定系統(tǒng)的結構和參數，即建立數學模型，稱為系統(tǒng)辨識問題。第四頁，共二十七頁，2022年，8月28日5§2

基本概念第五頁，共二十七頁，2022年，8月28日6汽車自動焊接生產線§2

基本概念自動立體倉庫第六頁，共二十七頁，2022年，8月28日7§2

基本概念應用概念第七頁，共二十七頁，2022年，8月28日8§2

基本概念2、自動控制原理：自動控制基本理論和分析設計控制系統(tǒng)的基本方法。1、自動控制：指在沒有人直接參與的情況下，利用控制裝置（控制器），使機器、設備或生產過程（被控對象）的某一工作狀態(tài)或參數（被控量）自動按照預定的規(guī)律運行。自動控制理論經典控制理論現代控制理論以傳遞函數為工具和基礎，以頻域法、根軌跡法為核心，研究單變量控制系統(tǒng)的分析和設計。在20世紀50年代就已經發(fā)展成熟，至今在實踐中得到廣泛的應用。以狀態(tài)空間法作為標志和基礎，研究多變量控制系統(tǒng)和復雜系統(tǒng)的分析和設計，以便滿足軍事、空間技術和復雜的工業(yè)領域對精度、速度、加速度和成本等的嚴格要求。從1960年開始迅速發(fā)展。西方工業(yè)革命對應航空航天第八頁，共二十七頁，2022年，8月28日9§2

基本概念第九頁，共二十七頁，2022年，8月28日（1）按照控制方式和控制策略可分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制§3

系統(tǒng)的基本分類優(yōu)點：系統(tǒng)結構簡單，調試方便缺點：抗干擾能力差，對環(huán)境和元件要求比較

嚴格優(yōu)點：抗干擾能力強缺點：系統(tǒng)結構復雜，調試難，易產生不穩(wěn)定系統(tǒng)的輸出端與輸入端不存在反饋回路系統(tǒng)的輸出端與輸入端存在反饋回路第十頁，共二十七頁，2022年，8月28日11開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)§3

系統(tǒng)的基本分類第十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日12（2）按輸入信號分為定值控制、伺服系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)輸入信號為恒值。如室溫控制系統(tǒng)、電機轉速控制系統(tǒng)輸入信號為變化規(guī)律未知的任意時間函數，系統(tǒng)的任務是使被控變量按同樣的規(guī)律變化并與輸入信號的誤差保持在規(guī)定的范圍內。如火炮自動跟蹤系統(tǒng)輸入信號按已知規(guī)律要求被控變量也按相應的規(guī)律隨輸入信號變化，誤差不超過規(guī)定值?！?

系統(tǒng)的基本分類第十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日13火炮自動跟蹤系統(tǒng)——“火炮打飛機”伺服系統(tǒng)§3系統(tǒng)的基本分類第十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日14系統(tǒng)的某一處或幾處信號以脈沖序列或數碼形式傳遞的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中用脈沖開關或采樣開關，將連續(xù)信號轉變?yōu)殡x散信號。其中離散信號以脈沖形式傳遞的系統(tǒng)又叫脈沖控制系統(tǒng)，離散信號以數碼形式傳遞的系統(tǒng)又叫數字控制系統(tǒng)。（3）按系統(tǒng)傳輸信號的性質可分為連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)離散特點：系統(tǒng)各部分信號都是模擬的連續(xù)函數。目前工業(yè)中普遍采用的常規(guī)儀表PID調節(jié)器控制的系統(tǒng)?！?系統(tǒng)的基本分類第十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日15輸入輸出控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的組成：輸入部分、控制系統(tǒng)部分和輸出部分?！?控制系統(tǒng)的基本組成輸入信號——系統(tǒng)控制目標的反映，是人的意志的具體體現。控制系統(tǒng)——主要完成對有關信號的變換、處理，發(fā)出控制量，驅動執(zhí)行機構完成控制功能。輸出信號——系統(tǒng)的控制結果，反映了被控對象的運行狀態(tài)。從物理角度上看，自動控制研究的是特定激勵作用下的系統(tǒng)響應變化情況；從數學角度上看，研究的是輸入與輸出之間的映射關系。第十五頁，共二十七頁，2022年，8月28日16§4

系統(tǒng)的基本組成控制目標：爐子的溫度恒定在期望值。人工控制例第十六頁，共二十七頁，2022年，8月28日17自動控制§4

系統(tǒng)的基本組成第十七頁，共二十七頁，2022年，8月28日§4

系統(tǒng)的基本組成第十八頁，共二十七頁，2022年，8月28日19

爐溫控制系統(tǒng)方框圖§4

系統(tǒng)的基本組成第十九頁，共二十七頁，2022年，8月28日20§4

系統(tǒng)的基本組成控制系統(tǒng)的基本組成控制系統(tǒng)中控制對象以外的部件成為控制元件，根據控制元件在系統(tǒng)中的作用和功能可將控制元件分成四類：（1）執(zhí)行元件執(zhí)行元件的功能是直接帶動控制對象，直接改變被控變量，如加熱器、機電控制中的各種電機等；（2）放大元件將微弱的信號放大，使信號具有足夠大的幅度或功率前置放大：如由運放構成的前置放大器放大電壓，而輸出電流小

功率放大：它輸出信號可直接帶動執(zhí)行元件運轉和動作，如功率晶體管組成的功率放大器，同時輸出足夠的電壓和電流，能直接帶動直流電機轉動。

第二十頁，共二十七頁，2022年，8月28日21§4

系統(tǒng)的基本組成（3）測量元件將一種物理量檢測出來，并按某種規(guī)律轉換成容易處理和使用的另一種物理量，一般稱為傳感器；（4）補償元件為了保證系統(tǒng)能正常工作并提高工作性能，控制系統(tǒng)中還要一些元件，統(tǒng)稱補償元件，又稱校正元件。典型的反饋控制系統(tǒng)的結構圖反饋補償反饋元件：測量被調量，產生主反饋信號，該信號與輸出量之間存在確定的函數關系（通常是比例關系）。如：調速系統(tǒng)的測速發(fā)電機第二十一頁，共二十七頁，2022年，8月28日22內燃機轉速控制系統(tǒng)

應用瓦特式轉速調節(jié)器的內燃機轉速控制系統(tǒng)第二十二頁，共二十七頁，2022年，8月28日23§4

系統(tǒng)的基本要求基本要求可歸納為3個方面：穩(wěn)定性、準確性、快速性與平穩(wěn)性（1）穩(wěn)定性不穩(wěn)定指系統(tǒng)失控，被控變量不是趨向所希望的數值，而且趨向所能達到的最大值或者在兩個較大值之間波動或振蕩。（2）準確性要求被控變量與設定值之間的誤差達到所要求的范圍（精度）。（3）快速性與平穩(wěn)性指其過渡過程的形式和快慢。第二十三頁，共二十七頁，2022年，8月28日24§5

系統(tǒng)的建模方法控制系統(tǒng)數學模型是對實際物理系統(tǒng)的一種數學抽象，是描述系統(tǒng)內部物理量和變量之間關系的表達式。數學模型靜態(tài)模型靜態(tài)條件下（即變量各階導數為零），描述變量間關系的代數方程。動態(tài)模型用微分（差分）方程描述的變量在動態(tài)過程中的關系控制系統(tǒng)數學模型表現形式：圖形、計算機程序、數學公式控制系統(tǒng)建模方法：分析法和實驗法分析法對系統(tǒng)各部分的運動機理進行分析，列出相應的運動方程（如電學中的基爾霍夫定律，力學中的牛頓定律等）。實驗法對系統(tǒng)施加某種信號，記錄其輸出響應，并用適當的數學模型去逼近，也稱系統(tǒng)辨識。第二十四頁，共二十七頁，2022年，8月28日25§5

系統(tǒng)的建模方法確定系統(tǒng)的時間變化特性。線性定常微分方程的求解方法有經典法和拉普拉斯變換法第