微機(jī)原理課件

自動(dòng)控制原理1第一章前言學(xué)習(xí)本課程的意義和作用意義：1.本專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，通過學(xué)習(xí)該課程掌握控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法。2.為進(jìn)一步學(xué)習(xí)先進(jìn)控制方法打下基礎(chǔ)。本課程的要求和主要學(xué)習(xí)內(nèi)容1.基本要求：獲得自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本理論掌握系統(tǒng)的基本分析為設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)打下基礎(chǔ)22.學(xué)習(xí)內(nèi)容：基本概念（概述）自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（傳遞函數(shù)）自動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)域分析自動(dòng)控制系統(tǒng)的頻域分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性根軌跡法設(shè)計(jì)及校正系統(tǒng)離散（數(shù)字）控制系統(tǒng)3ξ1－1自動(dòng)控制(autocontrol)系統(tǒng)的概述一、自動(dòng)控制的系統(tǒng)的工作方式和基本組成自動(dòng)控制在現(xiàn)代各行業(yè)中應(yīng)用廣泛，如：電冰箱，洗衣機(jī)，汽車，電力生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)控制等等，都以自動(dòng)控制為基礎(chǔ)。1.自動(dòng)控制：一般指無人直接或經(jīng)常參與，而通過某些裝置，對(duì)某對(duì)象施加某種作用來達(dá)到預(yù)期目的（如：電冰箱的溫度）。4調(diào)壓器220V例1：爐溫控制系統(tǒng)UgUf52.自動(dòng)控制系統(tǒng)基本環(huán)節(jié)七個(gè)環(huán)節(jié)：給定、比較、校正、放大、執(zhí)行、被控對(duì)象、檢測(cè)裝置上例中：給定環(huán)節(jié)：滑動(dòng)變阻器，給定信號(hào)：Ug

比較環(huán)節(jié)和放大環(huán)節(jié)：放大器執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電動(dòng)機(jī)控制對(duì)象：電爐絲檢測(cè)裝置：熱電偶被控參數(shù)為：爐溫（加熱電壓）6例2.電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)：7測(cè)速發(fā)電機(jī)CF將輸出量（轉(zhuǎn)速）檢測(cè)出來，轉(zhuǎn)換為電壓Uf，與Ug相比較，經(jīng)偏差放大后，控制可控硅電壓來提供電機(jī)以達(dá)到某一轉(zhuǎn)速?？刂茖?duì)象：電機(jī)被控參數(shù)：電機(jī)轉(zhuǎn)速控制器：放大器，觸發(fā)器，可控硅檢測(cè)裝置：測(cè)速電機(jī)8自動(dòng)控制系統(tǒng)就是指能夠?qū)刂茖?duì)象的工作狀態(tài)（如：爐溫，轉(zhuǎn)速）進(jìn)行自動(dòng)控制的系統(tǒng)。一般由控制元件通過某種目的有機(jī)地聯(lián)結(jié)成一個(gè)進(jìn)行自動(dòng)控制的總體。定義：自動(dòng)控制原理，也稱自動(dòng)控制理論，是以控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，找出各系統(tǒng)的普遍規(guī)律，在此基礎(chǔ)上將理論用于工程實(shí)際的途徑。也就是利用自動(dòng)控制原理的知識(shí)對(duì)任何一個(gè)需要自動(dòng)控制的系統(tǒng)進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。分析系統(tǒng)：在給出系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，確定系統(tǒng)的性能（比如：系統(tǒng)的穩(wěn)定性，抗干擾性能等等）設(shè)計(jì)系統(tǒng)：指對(duì)系統(tǒng)性能按照權(quán)利要求提出要求的基礎(chǔ)上確定一個(gè)的系統(tǒng)模型9二、自動(dòng)控制原理的發(fā)展

第一代：18,19世紀(jì)，理論沒有形成體系，解決了個(gè)別簡(jiǎn)單的控制問題。理論成果：李亞普諾夫（Liapurv）穩(wěn)定理論，勞斯（Routh）穩(wěn)定理論，赫爾維茨(Hurwits)穩(wěn)定理論。10飛球調(diào)節(jié)器

11當(dāng)蒸汽機(jī)的負(fù)載減輕或者蒸汽溫度升高等原因?qū)е抡羝麢C(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，飛球調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速也升高，離心力增加，飛球升高，帶著套環(huán)上升，操縱汽閥聯(lián)結(jié)器關(guān)小蒸汽閥門，從而降低蒸汽機(jī)速度。反之，當(dāng)蒸汽機(jī)的負(fù)載增加或者蒸汽溫度下降等原因?qū)е抡羝麢C(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，飛球調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速也下降，離心力減小，飛球降低，帶著套環(huán)下降，操縱汽閥聯(lián)結(jié)器開大蒸汽閥門，從而提高蒸汽機(jī)速度。因此當(dāng)負(fù)載、蒸汽溫度變化時(shí)，蒸汽機(jī)速度仍然可以穩(wěn)定在設(shè)定值上。12第二代經(jīng)典控制（上世紀(jì)40－50年代）第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，基本形成，50年代達(dá)到鼎盛時(shí)期。主要解決單變量線性時(shí)不變系統(tǒng)。理論成果：Nyquist奈魁斯特穩(wěn)定理論，Bode反饋放大理論，Evans伊萬根軌跡法，Wiener維納控制論。13第三代現(xiàn)代控制采用時(shí)域法即狀態(tài)空間法。主要解決多變量系統(tǒng)最優(yōu)控制。70年代進(jìn)入成就階段。理論成果：龐德金極大值原理，Bellman動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，卡爾曼（kalman）在狀態(tài)空間的研究李氏穩(wěn)定理論，卡爾曼濾波。主要研究方向：最優(yōu)控制，最佳濾波，系統(tǒng)辨識(shí)及自適應(yīng)控制第四代：（設(shè)想，無方法）大系統(tǒng)理論，灰色系統(tǒng)理論，多變量系統(tǒng)的頻域設(shè)計(jì)法等等。14ξ1－2自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類一、據(jù)有無反饋可分為：開環(huán)控制系統(tǒng)（無反饋）閉環(huán)控制系統(tǒng)（有反饋）復(fù)合控制系統(tǒng)。反饋：控制器獲取被控對(duì)象輸出端的輸出變量。即輸出量對(duì)系統(tǒng)有控制作用

151、電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)

被控量轉(zhuǎn)速N受控于控制量Ur，但被控量N對(duì)于控制量Ur沒有影響。

由于振動(dòng)的存在，被控量N相對(duì)期望值出現(xiàn)偏差時(shí)，系統(tǒng)無法有自修復(fù)偏差的能力。

這種被控量只受控于控制量，而被控量對(duì)控制量無影響的控制，稱為開環(huán)控制。這種系統(tǒng)稱為開環(huán)控制系統(tǒng)。16開環(huán)控制特點(diǎn)：1.簡(jiǎn)單性：有輸入就有輸出2.精度差：要使系統(tǒng)有要求的精度值，系統(tǒng)的各部分特性參數(shù)不能變。3.抗干擾性差：系統(tǒng)有振動(dòng)時(shí)，輸出量就就變化。（為什么有時(shí)用開環(huán)控制）

開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖172.閉環(huán)控制系統(tǒng)

電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)控制過程：設(shè)給定電壓不變時(shí)，電機(jī)按期望轉(zhuǎn)速N運(yùn)行，由于外部或內(nèi)部的作用，如負(fù)載的增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降ΔN，即此時(shí)N↓＝N－ΔN。負(fù)載變化（變大）：N↓（－ΔN）→↓→↑→Ud↑→N↑（ΔN）使電機(jī)按速度N來運(yùn)行18閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖閉環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：與開環(huán)相比，增加了檢測(cè)和比較環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜利用偏差量作為控制信號(hào)，能糾正輸出量與期望輸出量之間的誤差，系統(tǒng)精度高。抗干擾性良好。193.復(fù)合控制系統(tǒng)按負(fù)反饋原則和按補(bǔ)償擾動(dòng)原則結(jié)合起來的系統(tǒng)。復(fù)合控制系統(tǒng)方框圖20二、基本類型按自動(dòng)控制系統(tǒng)是否形成回路分類開環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、前饋－反饋復(fù)合控制系統(tǒng)按給定值信號(hào)分為：恒值控制系統(tǒng)、隨動(dòng)控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)按元件特性分類線性控制系統(tǒng)、非線性控制系統(tǒng)按傳遞信號(hào)分為：連續(xù)（模擬）控制系統(tǒng)、離散（數(shù)字）控制系統(tǒng)21ξ1－3反饋控制系統(tǒng)的基本要求一、反饋控制系統(tǒng)基本調(diào)節(jié)過程：把被調(diào)量處于變化狀態(tài)的過程稱為動(dòng)態(tài)過程或暫態(tài)過程。把被控量處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)稱為靜態(tài)或穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)誤差：指系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)