自動控制與自動控制系統(tǒng)

1、第1章 緒 論 1.1自動控制與自動控制系統(tǒng) 自動控制 所謂自動控制，是指在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），使機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程（統(tǒng)稱控制對象）的某個工作狀態(tài)或參數(shù)（即被控量）自動地按照預(yù)定的規(guī)律運行。 自動控制系統(tǒng) 完成自動控制的系統(tǒng)稱為自動控制系統(tǒng),它是由控制器和被控對象構(gòu)成的整體。1例1-1 水箱的水位控制系統(tǒng) 控制要求：水箱的水位保持一定的高度 控制原理：若水位比要求的水位高，則操縱控制閥，使其開度減小；若水位比要求的水位低，則使控制閥開度增大 2水箱是被控對象 要求的水位高度是給定量或稱系統(tǒng)輸入量 實際高度是被控制量或稱輸出量 出水量、進(jìn)水壓力等

2、為擾動量 控制閥是執(zhí)行元件 實際水位下降，浮子下移，通過杠桿機構(gòu)使控制閥開度增大 實際水位上升，浮子上移，推動杠桿機構(gòu)使控制閥開度減小 控制要求：水箱的水位保持一定的高度 工作原理：浮子及杠桿機構(gòu)起測量比較作用 將系統(tǒng)輸出量與輸入量進(jìn)行比較的控制方式稱為反饋控制方式 3例1-2 位置控制系統(tǒng) 控制要求：輸出量跟隨輸入量 工作原理：電動機負(fù)載齒輪機構(gòu)負(fù)載是被控對象 輸入量 輸出量 負(fù)載及電網(wǎng)電壓變化等為擾動量 電動機和傳動機構(gòu)是執(zhí)行元件 電橋、電壓放大器、功率放大器 等 為控制裝置系統(tǒng)中包含局部反饋-速度負(fù)反饋4例1-3 熱壓爐溫度控制系統(tǒng) 控制要求：保持爐內(nèi)溫度為設(shè)定值 5例1-4 機器人機械

3、手的計算機控制 61.2 自動控制系統(tǒng)的組成自動控制系統(tǒng)的組成 自動控制系統(tǒng)是由各種結(jié)構(gòu)不同的元部件組成的。從完成自動控制這一職能來看，一個系統(tǒng)必然包含被控對象和控制器兩大部分，而控制器是由具有一定職能的各種基本元件組成的。在不同系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)完全不同的元部件卻可以具有相同的職能。因此，將組成系統(tǒng)的元部件按職能分類主要由以下幾種。 1.被控對象 被控制的機器、設(shè)備或生產(chǎn)過程。被控制的物理量稱為輸出量或被控量。 72.測量元件 其職能是檢測被控制的物理量，如果這個物理量是非電量，一般再轉(zhuǎn)換為電量。3.比較元件 其職能是把測量元件檢測的被控量實際值與給定元件給出的輸入值進(jìn)行比較，求出它們之間的偏差。

4、常用的比較元件有差動放大器、機械差動裝置、電橋電路等。 4.放大元件 其職能是將比較元件給出的偏差信號進(jìn)行放大，用來推動執(zhí)行元件去控制被控對象。 5.執(zhí)行元件 其職能是直接推動被控對象，使其被控量發(fā)生變化。用來作為執(zhí)行元件的有閥、電動機、液壓馬達(dá)等。 86.校正元件 也叫補償元件，它是結(jié)構(gòu)或參數(shù)便于調(diào)整的元件，用串聯(lián)或反饋方式連接在系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)的性能。 測量元件、比較元件、放大元件、執(zhí)行元件和校正元件的組合構(gòu)成系統(tǒng)的控制器。因而，一般認(rèn)為自動控制系統(tǒng)是由控制器和被控對象兩部分組成。9自動控制系統(tǒng)原理方框圖的繪制 由自動控制系統(tǒng)的原理圖繪制原理方框圖時，首先需要分析自動控制系統(tǒng)的工作原理，

5、明確： 1.系統(tǒng)的被控對象是什么？被控制量是什么？ 2.系統(tǒng)的參考輸入信號是什么？3.哪個元件是控制元件？控制信號是什么？4.哪個元件是執(zhí)行元件？5.哪個元件是測量元件？主反饋信號是什么？局部反饋信號是什么？6.系統(tǒng)中有哪些擾動信號？主擾動信號是什么？ 1011自動控制的基本方式 開環(huán)控制和閉環(huán)控制1.3自動控制的基本方式開環(huán)控制系統(tǒng)如圖為了改善開環(huán)控制系統(tǒng)性能，有時采用基于補償?shù)目刂品椒ǎ?基于擾動補償?shù)拈_環(huán)控制如圖基于輸入補償?shù)拈_環(huán)控制如圖 12閉環(huán)控制 系統(tǒng)中有測量元件測量輸出量，并將其反饋到系統(tǒng)輸入端與輸入量相減，形成誤差信號，用以控制輸出量，使其達(dá)到希望值，這樣的系統(tǒng)稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)或負(fù)反饋控制系統(tǒng). 優(yōu)點：(1) 減小前向通道元件參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。（2）負(fù)反饋可以減小擾動信號對系統(tǒng)性能的影響。（3）可以改善系統(tǒng)動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。 131.4 自動控制系統(tǒng)的分類 1.5 對自動控制系統(tǒng)的基本要求1.6 自動控制系統(tǒng)與控制理論 自動控制系統(tǒng)有多種分類方法。例如，按控制方式可分為開環(huán)控制、閉環(huán)控制、復(fù)合控制等；按元件類型可分為機械系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機電系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(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)；按系統(tǒng)性能可分為線性系統(tǒng)和