控制工程基礎(chǔ) 第一章

控制工程基礎(chǔ)第一章第1頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自動(dòng)控制原理在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)第2頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自動(dòng)控制原理在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用航空航天軍事技術(shù)第3頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自動(dòng)控制原理在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用工業(yè)控制第4頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自動(dòng)控制原理在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用交通運(yùn)輸日常生活第5頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論控制工程應(yīng)用控制論(Cybernetics)的原理和方法，研究工程技術(shù)領(lǐng)域中有關(guān)問(wèn)題的一門技術(shù)科學(xué)。1765年，瓦特發(fā)明了蒸汽機(jī)；1788年，瓦特采用離心式飛錘調(diào)速器控制蒸汽機(jī)的轉(zhuǎn)速，這引發(fā)了對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的討論；1868年，麥克斯威爾發(fā)表了對(duì)離心調(diào)速器進(jìn)行理論分析的論文，從理論上分析了飛錘調(diào)速器的動(dòng)態(tài)特性；其后，羅斯、奈魁斯特、伯德等人建立了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性理論，經(jīng)典控制理論逐漸形成；第6頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1948年，維納發(fā)表了“控制論——關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制和通訊的科學(xué)”，提出了控制論的三個(gè)要素：信息反饋控制 維納把控制論推廣到機(jī)器系統(tǒng)、生物系統(tǒng)、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。 控制論的研究對(duì)象是系統(tǒng)，研究系統(tǒng)如何才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的、有目的的運(yùn)動(dòng)。 控制論深刻地揭示了： 系統(tǒng)存在著信息的轉(zhuǎn)換、傳遞和反饋，并且可以利用反饋進(jìn)行控制的客觀規(guī)律。第7頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)動(dòng)機(jī)高壓供油路噴油泵離心式飛錘調(diào)速器第8頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自動(dòng)控制理論的發(fā)展過(guò)程第9頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§1-1控制系統(tǒng)的基本工作原理一反饋控制原理例：恒溫爐自動(dòng)控制系統(tǒng)ubui

熱電偶加熱電阻絲給定信號(hào)電壓放大器功率放大器執(zhí)行電動(dòng)機(jī)減速器調(diào)壓器⊿u～220V比較恒溫爐自動(dòng)控制系統(tǒng)T第10頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

在恒溫爐自動(dòng)控制系統(tǒng)中：恒溫爐 被控對(duì)象；實(shí)際爐溫 被控量，是表示恒溫爐狀態(tài)的信息，稱為系統(tǒng)的輸出

信號(hào)，簡(jiǎn)稱輸出；期望爐溫 是控制信息，稱為系統(tǒng)的輸入信號(hào)，簡(jiǎn)稱輸入； 實(shí)際爐溫由熱電偶測(cè)出，并轉(zhuǎn)化為電壓ub，ub返回到給定電位器（輸入端），再輸入到系統(tǒng)中去。

第11頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月恒溫爐自動(dòng)控制系統(tǒng)的系統(tǒng)方塊圖

信息由輸出端返回到輸入端的傳遞方式，稱為信息的反饋。 反饋到輸入端的信息，稱為反饋信號(hào)，簡(jiǎn)稱反饋。與輸入信號(hào)相比較（即相減）的反饋信號(hào)，稱為負(fù)反饋。 反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相比較的結(jié)果，稱為偏差信號(hào)，簡(jiǎn)稱偏差。偏差＝輸入－反饋第12頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二名詞術(shù)語(yǔ)控制根據(jù)某種原理或方法，使被控對(duì)象的被控量，按預(yù)期規(guī)律

變化的操縱過(guò)程；系統(tǒng)由相互制約的各個(gè)部分組成的具有一定功能的整體；控制系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)某種控制目的而構(gòu)成的系統(tǒng)，使受控對(duì)象的狀態(tài)按照預(yù)期規(guī)律變化的系統(tǒng)；輸入系統(tǒng)接受到的、對(duì)其狀態(tài)（或被控量）有影響（或有控制作用）的信息； 輸入是期望輸出的函數(shù)。輸出系統(tǒng)表現(xiàn)出來(lái)的、受輸入影響（或控制的）的狀態(tài)；輸出也是信息，常稱為響應(yīng)。 對(duì)控制系統(tǒng)而言，輸出就是被控量。第13頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的輸出產(chǎn)生不利影響的信息；內(nèi)擾系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)變化引起的擾動(dòng)；外擾由系統(tǒng)外部環(huán)境、負(fù)載或能源變化產(chǎn)生的擾動(dòng)；反饋輸出的全部或一部分，直接或經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，返回傳遞到輸入端，再向系統(tǒng)輸入的信息； 反饋是輸出的函數(shù)，并與輸入的量綱相同。負(fù)反饋與輸入保持相比較（或相減）關(guān)系的反饋，稱為

負(fù)反饋，反之稱為正反饋；主反饋由系統(tǒng)的輸出端返回到系統(tǒng)的輸入端的反饋，稱為主反饋，否則稱為局部反饋；第14頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月固有反饋（內(nèi)在反饋） 由于系統(tǒng)本身固有的、內(nèi)在相互作用而形成的反饋；第15頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§1-2.自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本類型一按反饋的情況分類1閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)控制系統(tǒng) 具有為控制目的而特意設(shè)置的主反饋（負(fù)反饋）的控制系統(tǒng)，又稱反饋控制系統(tǒng)。第16頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月給定元件 接受指令并將其轉(zhuǎn)換為輸入的元件；

指令是表示期望輸出的信息。反饋元件 檢測(cè)輸出并將其轉(zhuǎn)化為反饋的元件；比較元件 將輸入與反饋進(jìn)行比較，并得出偏差的元件； 從廣義上講，比較元件是對(duì)信息進(jìn)行合成的元件。放大及運(yùn)算元件將比較元件傳遞來(lái)的偏差，進(jìn)行轉(zhuǎn)換和放大的元件；執(zhí)行元件接受放大及運(yùn)算元件傳遞來(lái)的信息，直接操縱被控對(duì)象的元件；被控對(duì)象控制系統(tǒng)中需要被控制的某種設(shè)備或過(guò)程，其輸出就是被控量；第17頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 除了上述組成元件外，閉環(huán)控制系統(tǒng)中往往還有校正元件，其作用是改善控制系統(tǒng)的性能。 通常，把放大及運(yùn)算元件和執(zhí)行元件合稱為控制元件。

第18頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

也可以把被控對(duì)象以外的所有元件總稱為控制器。第19頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月前向通路從輸入端到輸出端的通路；反饋通路從系統(tǒng)（或系統(tǒng)的某些組成元件）的輸出端返回到它的輸入端的通路；回路閉合的通路；主回路局部回路閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)： 閉環(huán)控制系統(tǒng)有自行糾偏的能力，因此，可以采用精度不太高、價(jià)格較低的元件構(gòu)成精確的控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)： 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成較復(fù)雜，當(dāng)參數(shù)調(diào)配不當(dāng)時(shí)，存在信息傳遞的主回路就會(huì)引起輸出持續(xù)振蕩、甚至發(fā)散的不穩(wěn)定現(xiàn)象。第20頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制系統(tǒng)不具有為控制目的而特意設(shè)置的主反饋（負(fù)反饋）的控制系統(tǒng)。

開環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：開環(huán)控制系統(tǒng)的組成簡(jiǎn)單，而且不存在復(fù)雜的穩(wěn)定性問(wèn)題。開環(huán)控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)：開環(huán)控制系統(tǒng)沒(méi)有反饋回路，也就沒(méi)有自行糾偏的能力，因此必須使用精度較高、價(jià)格較高的元件。第21頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月開環(huán)控制系統(tǒng)的應(yīng)用： 開環(huán)控制系統(tǒng)常用于，預(yù)知期望輸出且擾動(dòng)很小，或擾動(dòng)雖大，但預(yù)知其變化規(guī)律，從而能夠加以補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合。

第22頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二按期望輸出的類型分類1自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)若期望輸出是常量，系統(tǒng)在有干擾的情況下，能使實(shí)際輸出相當(dāng)精確地保持等于期望輸出，則稱該系統(tǒng)為自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（或恒值控制系統(tǒng)）。 自動(dòng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)應(yīng)該是閉環(huán)控制系統(tǒng)。2隨動(dòng)系統(tǒng)若期望輸出經(jīng)常發(fā)生變化，且不能預(yù)知其變化規(guī)律，系統(tǒng)能使實(shí)際輸出以一定的精度，及時(shí)跟隨期望輸出，則該系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)。 隨動(dòng)系統(tǒng)的輸出一般是機(jī)械量：位移、速度、加速度，此時(shí)又稱其為伺服系統(tǒng)，如：雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)火炮瞄準(zhǔn)系統(tǒng)艦船操縱系統(tǒng)第23頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3程序控制系統(tǒng)若期望輸出經(jīng)常發(fā)生變化，但能預(yù)知其變化規(guī)律，系統(tǒng)能使實(shí)際輸出準(zhǔn)確、可靠地復(fù)現(xiàn)期望輸出，則稱其為程序控制系統(tǒng)。典型的程序控制系統(tǒng)：數(shù)控機(jī)床第24頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月控制系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)、準(zhǔn)、快。穩(wěn)定性：系統(tǒng)受到擾動(dòng)偏離平衡狀態(tài)，當(dāng)擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)恢復(fù)到平衡狀態(tài)的能力。

穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常工作的首要條件。準(zhǔn)確性：輸出量與給定量之間的偏差；動(dòng)態(tài)精度偏差

偏差隨時(shí)間變化的程度；靜態(tài)精度偏差調(diào)整過(guò)程結(jié)束后的偏差?？焖傩裕寒?dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)偏差