自動控制原理(第一章)

自動控制原理Ch1自動控制的一般概念1-1自動控制的基本原理1-2自動控制系統(tǒng)的示例1-3自動控制系統(tǒng)的分類1-4自動控制系統(tǒng)的基本要求★△★△自動控制(AutomaticControl)是指在沒有人直接參與的情況下，利用外加的設備和裝置，使機器、設備或生產過程的某個工作狀態(tài)或參數，自動地按照預定的規(guī)律運行。1）自動控制技術及其應用1-1自動控制的基本原理控制器被控對象被控量自動控制理論：研究自動控制共同規(guī)律的技術科學。自動控制理論發(fā)展的幾個階段:經典控制理論

現代控制理論現在，正向智能控制、魯棒控制等方向發(fā)展。2）自動控制理論自動控制系統(tǒng)：能夠對被控對象的工作狀態(tài)進行自動控制的系統(tǒng)。系統(tǒng)：為完成一定的任務，按照一定的方式連接起來的若干設備、裝置的總體。下面舉例說明自動控制系統(tǒng)的工作原理。3）反饋控制原理例1：人如何用手拿書本？例1：人如何用手拿書本？用眼睛觀察書的位置；用眼睛觀察手的位置；大腦估算兩者之間的差距；指揮手向書靠近；上述過程反復進行；拿到書。關鍵：利用手和書之間的差距，來縮小兩者之間的差距。系統(tǒng)的元件信息的流向圖例說明被控對象：手（手臂）；被控量：手的位置；測量元件：眼睛。人取書的反饋控制系統(tǒng)方塊圖

測量元件

被控對象

比較和控制器元件例2：人如何控制設備：溫箱的溫度控制人工控制恒溫箱的功能框圖被控對象：溫箱；被控量：溫箱的溫度；測量元件：溫度計關鍵：利用溫度偏差，減小偏差。例3：電爐的自動控制系統(tǒng)u2u1u控制裝置被控對象執(zhí)行機構放大元件測量元件反饋控制的原理：不斷發(fā)現偏差（測量和比較），利用偏差消除偏差（控制）。所謂反饋控制系統(tǒng)是指控制裝置利用被控量的反饋信息，不斷修正被控量與輸入量之間的偏差，從而實現對被控對象進行控制的任務。系統(tǒng)輸出的送回輸入端，并與輸入信號相比較產生偏差信號的過程稱為反饋。反饋控制實質是一個按偏差進行的控制過程，即不斷發(fā)現偏差，利用偏差消除偏差。4）反饋控制系統(tǒng)的基本組成測量元件：檢測被控制的物理量；給定元件：給出與被控量的期望值相對應的輸入量；比較元件：把測量元件檢測的被控量實際值與給定元件給出的輸入量進行比較，求出它們之間的偏差；執(zhí)行元件：直接推動被控對象，使其被控量發(fā)生變化；校正元件：也叫補償元件，它是結構或參數便于調整的元部件，用串聯或反饋連接在系統(tǒng)中，以改善系統(tǒng)的性能。串聯補償元件放大元件執(zhí)行元件反饋補償元件被控對象測量元件輸入量輸出量比較元件比較元件－－局部反饋主反饋控制裝置（1）閉環(huán)控制5）自動控制系統(tǒng)基本控制方式定義：指控制裝置與被控對象之間既有順向作用又有反向聯系的過程（或輸出信號對控制作用能有直接影響的過程），即反饋控制方式。控制裝置被控對象測量元件輸入量給定量輸出量被控量（2）開環(huán)控制定義：控制裝置與被控對象之間只有順向作用而沒有反向聯系的控制過程。按給定值控制的開環(huán)控制示例：直流電機調速系統(tǒng)按干擾補償的開環(huán)控制按可測擾動補償的復合控制即按偏差的控制和按擾動的控制相結合的控制方式。（3）復合控制1-2自動控制系統(tǒng)示例函數記錄儀飛機-自動駕駛儀系統(tǒng)電阻爐微型計算機溫度控制系統(tǒng)鍋爐液位控制系統(tǒng)1-3自動控制系統(tǒng)的分類按控制方式分：按元件類型分：按系統(tǒng)功用分：按性能分：按給定值類型分：常見的幾種自動控制系統(tǒng)1）線性連續(xù)控制系統(tǒng)

線性指滿足線性疊加原理；

連續(xù)指系統(tǒng)的輸入量和輸出量都是時間連續(xù)函數；

①恒值控制系統(tǒng)系統(tǒng)的輸入量是一個常值，要求被控量也等于一個常值?；救蝿眨寒敵霈F擾動時，使得系統(tǒng)的輸出量保持為恒定的希望值。②

隨動系統(tǒng)

系統(tǒng)的輸入量隨時間變化，且變化規(guī)律可能不可預知?；救蝿帐鞘瓜到y(tǒng)的輸出量以要求的精度跟隨輸入量變化；系統(tǒng)分析、設計的重點是研究被控量跟隨的快速性和準確性。③程序控制系統(tǒng)

系統(tǒng)的輸入量按預定規(guī)律隨時間變化。基本任務是使得被控量迅速、準確地加以復現。2）線性定常離散控制系統(tǒng)3）非線性控制系統(tǒng)1-4對自動控制系統(tǒng)的基本要求基本要求：穩(wěn)定性、快速性、準確性1）穩(wěn)定性穩(wěn)定性是保證控制系統(tǒng)正常工作的先決條件。穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，其被控量偏離期望值的初始偏差應隨時間的增長逐漸減小并趨于零。線性自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性是由系統(tǒng)結構所決定的，與外界因素無關。2）快