2023學(xué)年完整公開課版控制系統(tǒng)

項(xiàng)目二：認(rèn)識(shí)自動(dòng)機(jī)的機(jī)電系統(tǒng)內(nèi)容任務(wù)一：認(rèn)識(shí)自動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)任務(wù)二：認(rèn)識(shí)自動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)控制系統(tǒng)任務(wù)三：認(rèn)識(shí)自動(dòng)機(jī)的檢測裝置任務(wù)四：認(rèn)識(shí)工業(yè)機(jī)械手與機(jī)器人任務(wù)五：案例分析子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類任務(wù)一:認(rèn)識(shí)自動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類1.1現(xiàn)代控制理論

1.

經(jīng)典控制理論:40-50年代形成/SISO系統(tǒng)基于：二戰(zhàn)軍工技術(shù)目標(biāo)：反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定基本方法：傳遞函數(shù)，根軌跡法，頻率法，PID調(diào)節(jié)器(頻域)子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類

2.現(xiàn)代控制理論

60-70年代形成MIMO系統(tǒng)基于:冷戰(zhàn)時(shí)期空間技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)目標(biāo):最優(yōu)控制基本方法:狀態(tài)方程（時(shí)域）子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類

3.智能控制技術(shù)

90年代開始發(fā)展，主要是基于專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能領(lǐng)域的控制技術(shù)4.正在發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域近年來，現(xiàn)代控制理論的進(jìn)展主要集中于自適應(yīng)控制、大系統(tǒng)理論、H∞魯棒控制、非線性控制(微分幾何，混沌，變結(jié)構(gòu))及相關(guān)課題。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類1.2自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制：在無人直接參加的情況下，利用控制裝置使被控對(duì)象和過程自動(dòng)地按預(yù)定規(guī)律變化的控制過程。1.什么叫自動(dòng)控制2、自動(dòng)控制系統(tǒng)：是由控制裝置和被控對(duì)象所組成，它們以某種相互依賴的的方式組合成為一個(gè)有機(jī)整體，并對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行自動(dòng)控制。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類被控對(duì)象控制裝置被控量（輸出量）測量元件（輸入量）給定量-偏差子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類3.自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖

在研究自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，為了便于分析并直觀的表示系統(tǒng)各個(gè)組成部分（環(huán)節(jié)）間的相互影響和信號(hào)傳遞關(guān)系，一般采用方框圖表示。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類4.示例-液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖方塊稱為環(huán)節(jié)，系統(tǒng)最基本的環(huán)節(jié)是控制器、執(zhí)行器、傳感器和被控對(duì)象。帶箭頭的有向線條代表信息傳遞的方向，流入環(huán)節(jié)為輸入信號(hào)，流出環(huán)節(jié)為輸出信號(hào)。圖中帶箭頭的作用線表示信號(hào)的傳遞方向擾動(dòng)子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類儲(chǔ)水槽的液位控制要求：靜態(tài)時(shí)，流出量等于流入量，儲(chǔ)水槽的液位穩(wěn)定在一定高度不變。

為克服擾動(dòng)，維持液位高度不變，需實(shí)時(shí)調(diào)整閥門開度。調(diào)整的方法：液位高于預(yù)定高度，增大出口閥門開度；液位低于預(yù)定高度，減小出口閥門開度。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類液位人工控制的信息轉(zhuǎn)換和傳遞過程眼流入量腦液位相對(duì)高低變化信號(hào)手閥門開閉及大小信號(hào)動(dòng)作方向及強(qiáng)度信號(hào)子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成測量流入量控制器液位高度信號(hào)執(zhí)行器動(dòng)作方向及強(qiáng)度信號(hào)閥門開閉及大小信號(hào)高度設(shè)定信號(hào)偏差子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分類按給定值的變化形式分類按系統(tǒng)的特性（數(shù)學(xué)模型）分類按系統(tǒng)信號(hào)流的形式分類按系統(tǒng)變量的多少分類1.按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式分

（1）開環(huán)控制系統(tǒng)

輸出不影響輸入，對(duì)輸出不需要測量，通常容易實(shí)現(xiàn)；組成系統(tǒng)的元部件精度高，系統(tǒng)的精度才能高；系統(tǒng)的穩(wěn)定性不是主要問題；主要特點(diǎn)：開環(huán)控制系統(tǒng)：就是控制量與輸出量之間僅有前向通路而無反饋通路（即輸出量不能對(duì)控制量產(chǎn)生影響）。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類控制方式：

按給定值操縱。信號(hào)由給定值至輸出量單向傳遞。一定的給定值對(duì)應(yīng)一定的輸出量。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)事先的調(diào)整精度。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)容易、成本低、不存在穩(wěn)定性問題。多用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定和擾動(dòng)信號(hào)較弱的場合,如自動(dòng)售貨機(jī)，自動(dòng)報(bào)警器，自動(dòng)流水線等。開環(huán)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)對(duì)元器件要求較高、抗干擾能力差，無法自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)干擾對(duì)被控量帶來的影響。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類（2）閉環(huán)控制系統(tǒng)

輸出影響輸入，所以能削弱或抑制干擾；低精度元件可組成高精度系統(tǒng)；因?yàn)榭赡馨l(fā)生超調(diào)，振蕩，所以穩(wěn)定性很重要。主要特點(diǎn)：閉環(huán)控制：是指系統(tǒng)的信息傳遞形成閉合回路。也稱反饋控制系統(tǒng)。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類控制方式：反饋控制，反饋按反饋極性的不同分成兩種形式：正反饋，負(fù)反饋。我們所講述的反饋系統(tǒng)如果無特殊說明，一般都指負(fù)反饋。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類帶速度反饋的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

閉環(huán)控制系統(tǒng)由于存在反饋通道，系統(tǒng)總是力圖維持系統(tǒng)輸出（被控量）等于給定值，因此對(duì)干擾具有極強(qiáng)的補(bǔ)償和修正作用。閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)

控制作用對(duì)干擾作用有時(shí)間滯后。控制過程可能產(chǎn)生振蕩。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維護(hù)不易、可能存在穩(wěn)定性問題。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類示例溫控系統(tǒng)-人工控制控制目標(biāo)：要求爐子的溫度恒定在期望的數(shù)值上。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類溫控系統(tǒng)—自動(dòng)控制（3）復(fù)合控制系統(tǒng)能夠抑止強(qiáng)干擾；結(jié)構(gòu)復(fù)雜主要特點(diǎn)：

復(fù)合控制：是指把按偏差控制和按擾動(dòng)控制相結(jié)合的控制系統(tǒng)。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類控制方式：同時(shí)采用反饋控制(按偏差控制)和開環(huán)控制(按擾動(dòng)控制)兩種控制形式。控制器被控對(duì)象補(bǔ)償器檢測裝置干擾被控量給定值－子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類示例——溫控系統(tǒng)控制任務(wù)：保持爐溫T恒定。受控對(duì)象：加熱爐

干擾：燃油壓力波動(dòng)、環(huán)境溫度變化

控制部件：燃油管閥門

測量元件：溫度檢測計(jì)，流量檢測器反饋控制的作用可補(bǔ)償環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)換誤差及非主要擾動(dòng)的影響。前饋控制是一種開環(huán)控制，它能在主要擾動(dòng)發(fā)生的同時(shí)立即產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用。物料加熱對(duì)象溫度檢測燃油閥門TC-+物料加熱設(shè)定溫度物料溫度FTFY+物料流量擾動(dòng)子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類2.按給定值的變化形式分類（1）定值控制系統(tǒng)

定值控制系統(tǒng)也稱恒值控制系統(tǒng)，輸出量以一定的精度等于給定值。Timer（t）

c（t）＝r（t）＝const子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類（2）隨動(dòng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)系統(tǒng)：輸出量能以一定精度跟隨給定值變化的系統(tǒng)稱隨動(dòng)系統(tǒng)，又稱為跟蹤系統(tǒng)。Timer（t）r（t）為未知時(shí)間函數(shù)。

c（t）＝r（t）子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類（3）程序控制系統(tǒng)

程序控制系統(tǒng)：自動(dòng)控制系統(tǒng)的被控制量如果是根據(jù)預(yù)先編好的程序進(jìn)行控制的系統(tǒng)稱程序控制系統(tǒng)。Timer（t）t1t2

c（t）＝r（t）r（t）為已知時(shí)間函數(shù)。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類3.按系統(tǒng)的特性（數(shù)學(xué)模型）分類

（1）線性控制系統(tǒng)如果系統(tǒng)的特性都呈線性關(guān)系，則稱此系統(tǒng)為線性控制系統(tǒng)。TfcdtdcJ=+

線性系統(tǒng)的主要特征是滿足疊加原理，即：當(dāng)系統(tǒng)在輸入信號(hào)r1(t)的作用下產(chǎn)生系統(tǒng)的輸出c1(t)，當(dāng)系統(tǒng)在輸入信號(hào)r2(t)的作用下產(chǎn)生系統(tǒng)的輸出c2(t)。如果系統(tǒng)的輸入信號(hào)為

ar1(t)+br2(t)則系統(tǒng)的輸出滿足

ac1(t)+bc2(t)系數(shù)a、b可以是常數(shù)，也可以是時(shí)變參數(shù)。這樣的系統(tǒng)稱為線性系統(tǒng)。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類（2）非線性控制系統(tǒng)

當(dāng)系統(tǒng)中存在非線性特性的組成環(huán)節(jié)或元件，系統(tǒng)的特性就由非線性方程描述，這種系統(tǒng)即為非線性系統(tǒng)。非線性系統(tǒng)不具備疊加性。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類4.按系統(tǒng)信號(hào)流的形式分類（1）連續(xù)控制系統(tǒng)系統(tǒng)中個(gè)部分的信號(hào)都是時(shí)間變量的連續(xù)函數(shù)。用模擬式儀表實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過程控制系統(tǒng)均屬此類系統(tǒng)。子任務(wù)1：控制系統(tǒng)分類（2）離散控制系統(tǒng)系統(tǒng)某處或多處的信號(hào)為時(shí)間上離散的脈沖序列或數(shù)碼