自動控制原理(11j1)

1、自動控制原理Principle of Automatic Control 課程基本情況介紹 學 分： 4 學時： 64 參考書: 自動控制原理 王建輝 清華大學出版社 自動控制原理 程 鵬 高等教育出版社 現代控制工程 美 katsuhiko Ogata 盧伯英 譯 電子工業(yè)出版社 自動控制原理 梅曉榕 科學出版社 現代控制系統(tǒng)(第八版) 美 Richard C. Dorf 高等教育出版社 自動控制原理 (第四版) 胡壽松 科學出版社 Matlab應用及有關該軟件的工具書 實驗： 自動控制實驗( 1學分) ; Matlab仿真實驗 第1章 自動控制系統(tǒng)的基本概念 本章主要內容： 什么是自動控制

2、和自動控制系統(tǒng) 自動控制的兩種基本模式 開環(huán)控制和閉環(huán)控制 自動控制系統(tǒng)的基本組成及相關術語 控制系統(tǒng)的類型 對控制系統(tǒng)的基本要求 2什么是控制 ？ 控制 控制是一種強迫作用。該作用迫使被控對象按 照控制者的指令行事，實現控制者的期望。 實現控制基本要素：控制對象、控制指令、控制環(huán)節(jié)（控制器）共同構成完整系統(tǒng) 控制系統(tǒng)。 控制是一種特殊系統(tǒng)作用。物理描述：控制是不同對象之間（控制者、被控者之間）的一種特殊作用（強迫作用）；控制者通過某種方式迫使被控對象的運動狀態(tài)按照控制指令變化。引 言： 基本概念：控制、自動控制、自動控制系統(tǒng)3自動控制 在控制過程中，不需要人（控制者）的干預。 在無人直接干與

3、的前提下,利用專門的裝置 (控制器)來操縱某一種物理對象（被控對象：裝置、設備、過程等）的運動或變化，使被控對象的受控物理量（被控量）按照預定的規(guī)律變化。 自動控制系統(tǒng) 是為實現某一控制作用及目標所需要的各種環(huán)節(jié)的組合。 包括控制指令、被控對象、控制環(huán)節(jié)（控制器、執(zhí)行機構、傳感器等）。人的工作：事先設計控制規(guī)律、設計控制器、設定輸入指令。4 自動控制應用極為廣泛，在工業(yè)、國防、航空航天、交通、農業(yè)、經濟管理、以及人們的日常生活，處處可見。 例1. 室溫自動控制 例2. 水罐液位自動控制 例3. 飛機飛行自動控制5 本課程學習、研究自動控制的共性規(guī)律。學習有關自動控制系統(tǒng)的組成原理、基本概念、分

4、析方法，為進一步學習和設計符合要求的自動控制系統(tǒng)奠定基礎 基本控制理論。61.1 自動控制的基本方式 開環(huán)控制和閉環(huán)控制一. 開環(huán)控制 開環(huán)控制示意圖 給定量 被控量 (輸入量) （輸出量） 開環(huán)控制方框圖 特點：信號從輸入到輸出，沿前向傳送； 按給定量實施控制； 輸出量對控制作用沒有影響（無反饋作用）。 爐溫（開環(huán)）控制系統(tǒng) 1開環(huán)控制實例（系統(tǒng)組成示意圖）(Pictorial diagram )如何實現控制？系統(tǒng)組成？被控量？被對象？8爐溫（開環(huán)）控制系統(tǒng) 2（系統(tǒng)組成示意圖）(Pictorial diagram )如何實現控制？系統(tǒng)組成？被控量？9特點：被控對象（被控量）對控制過程無反饋

5、作用。優(yōu)點：控制系統(tǒng)結構簡單，相對來說成本低。問題：對被控量偏離給定值的偏差沒有任何修正 能力，控制精度低，抗干擾能力差。開環(huán)控制小結10二. 閉環(huán)控制 基于負反饋原理、按偏差調節(jié)的負反饋控制閉環(huán)控制實例 （1）人工閉環(huán)控制爐溫（閉環(huán)）控制系統(tǒng)（系統(tǒng)組成示意圖）(Pictorial diagram )如何實現控制？系統(tǒng)組成？被控量？11(2) 自動閉環(huán)控制（系統(tǒng)組成示意圖） (Pictorial diagram )系統(tǒng)組成？如何實現自動控制？被控量？負反饋調節(jié)過程！特點： 輸出參與控制、偏差控制輸出 基于負反饋原理、 按偏差調節(jié)的負反饋控制.閉環(huán)控制基本規(guī)律 傳感器檢測被控對象狀態(tài)（被控量），

6、并以負反饋方式反饋到輸入端,與給定量進行比較而產生偏差,偏差經過控制器產生控制作用（控制量）,使被控量（系統(tǒng)輸出量）按照要求的規(guī)律變化。最終實現：C(t) = r(t)閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖（Block diagram）C(t)r(t)13優(yōu)點： 1. 控制精度高. 2. 能有效的抑制作用于被控對象的干擾. 3. 對系統(tǒng)前向通道中元件參數變化不敏感. 4. 對系統(tǒng)本身部件的非線性影響不敏感. （所有優(yōu)點都由負反饋調節(jié)所決定）代價: 增加了系統(tǒng)的復雜性. 實際的控制系統(tǒng)幾乎都是閉環(huán)控制系統(tǒng).141.2 （SISO）自動控制系統(tǒng)的一般組成 r(t) 給定量 (設定量、參考輸入量、輸入量)c(t) 輸出量（被控量 ）b(t) 反饋量（一般為電信號）e(t) 偏差量 e(t) = r(t) - b(t)SISO控制系統(tǒng)的典型方塊圖（基本模型 ）基本環(huán)節(jié)：給定環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、控制器、執(zhí)行機構、 被控對象、反饋環(huán)節(jié) 相關變量：閉環(huán)控制系統(tǒng)的結構圖（王建輝，P5 圖18）16轉臺控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)實例1718自動控制系統(tǒng)實例控制器氣動閥門流入 Q1浮子水箱流出 Q2H水位自動控制系統(tǒng)19控制任務：維持水箱內水位恒定執(zhí)行機構：氣動閥門受控對象：水箱（供水系統(tǒng)）被控量：水箱內水位高度H20給定值：控制器刻