自動控制技術(shù)及應用（第2版）課件 單元1 自動控制系統(tǒng)基礎(chǔ)

自動控制基礎(chǔ)

PART-01自動控制概念及發(fā)展控制系統(tǒng)基本概念及發(fā)展自動控制概念：控制系統(tǒng)基本概念及發(fā)展自動控制概念：此動畫來源于西南科技大學被控量是水位被控對象是水箱控制系統(tǒng)基本概念及發(fā)展自動控制概念：沒有人直接參與控制裝置操作受控對象被控量按照預定的規(guī)律運行控制裝置受控對象此動畫來源于西南科技大學（被控量）（給定量）控制系統(tǒng)基本概念及發(fā)展自動控制出現(xiàn)與應用：西漢漏壺（泄水型）元代漏壺（日壺、月壺、星壺和受水壺組成）指南車（235年）日壺的水以恒定的流量滴入下層的月壺，月壺之水滴入星壺，星壺上部有一個小洞，如果月壺滴下的水多了，多余的就會從這里流出，使星壺的水量保持恒定，以便均勻地滴水給受水壺。受水壺中的水逐漸增加，浮舟便托起木箭緩緩上升。將木箭的頂端與銅表尺上的刻度對照，就可知道當時的時間。

控制系統(tǒng)基本概念及發(fā)展自動控制廣泛應用開始于歐洲工業(yè)革命時期控制系統(tǒng)基本概念及發(fā)展經(jīng)典控制理論（20世紀40年代）

以傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論，主要研究單輸入單輸出、線性定常系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題?，F(xiàn)代控制理論（20世紀60年代）現(xiàn)代控制理論，主要研究具有高性能、高精度和多耦合回路的多變量系統(tǒng)的分析和設(shè)計問題。大系統(tǒng)和人工智能（20世紀70年代）控制系統(tǒng)基本概念及組成PART-02自動控制系統(tǒng)組成及控制方式自動控制系統(tǒng)組成自動控制概念：受控對象：水箱被控量：溫度控制裝置：控制器、閥門反饋環(huán)節(jié)：溫度測量裝置熱蒸汽熱傳導器組成框圖：受控對象：水箱被控量：溫度控制裝置：控制器、閥門控制器閥門水箱溫度測量裝置

給定值U—擾動量控制裝置受控對象反饋環(huán)節(jié)：溫度測量裝置反饋環(huán)節(jié)自動控制系統(tǒng)組成11

受控對象輸入量反饋量偏差量—放大元件執(zhí)行元件擾動量控制裝置反饋環(huán)節(jié)輸出量輸入量信號量：輸入量（又稱給定量）輸出量（又稱被控量）輸出量反饋量反饋量偏差量（又稱控制量）偏差量擾動量擾動量中間量等典型控制系統(tǒng)組成框圖：自動控制系統(tǒng)組成11

受控對象輸入量反饋量偏差量—放大元件執(zhí)行元件擾動量控制裝置反饋環(huán)節(jié)輸出量典型控制系統(tǒng)組成框圖：有關(guān)基本環(huán)節(jié)或元件：比較環(huán)節(jié)

自動控制系統(tǒng)組成11

受控對象輸入量反饋量偏差量—放大元件執(zhí)行元件擾動量控制裝置反饋環(huán)節(jié)輸出量典型控制系統(tǒng)組成框圖：有關(guān)基本環(huán)節(jié)或元件：比較環(huán)節(jié)

控制裝置受控對象反饋環(huán)節(jié)自動控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)基本控制方式人工控制：打開燈的開關(guān)投籃調(diào)節(jié)水龍頭騎自行車開環(huán)控制閉環(huán)控制動畫均來源于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)基本控制方式開環(huán)控制：輸出量輸入量控制裝置受控對象控制系統(tǒng)基本控制方式開環(huán)控制：輸出量輸入量控制裝置受控對象輸出量(手柄位置)輸入量

調(diào)壓器

加熱電阻絲

電爐

恒溫箱

受控對象(溫度)控制裝置此動畫來源于西南科技大學控制系統(tǒng)基本控制方式開環(huán)控制：輸出量(手柄位置)輸入量

調(diào)壓器

加熱電阻絲

電爐

恒溫箱

受控對象(溫度)擾動量控制裝置缺點:抗擾性能差、控制精度不高。優(yōu)點:無反饋環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低控制系統(tǒng)基本控制方式閉環(huán)控制：輸出量輸入量控制裝置受控對象擾動量反饋環(huán)節(jié)—11

電爐箱11

電爐箱受控對象輸出量(溫度T)11

電爐箱受控對象輸出量(溫度T)M

11

電爐箱受控對象輸出量(溫度T)M

電動機減速器調(diào)節(jié)變壓器

11

電爐箱受控對象輸出量(溫度T)

電動機減速器調(diào)節(jié)變壓器電壓、功率放大器

11

電爐箱受控對象輸出量(溫度T)

電動機減速器調(diào)節(jié)變壓器電壓、功率放大器

控制裝置熱電偶—反饋環(huán)節(jié)

11

電爐箱受控對象輸出量(溫度T)

電動機減速器調(diào)節(jié)變壓器電壓、功率放大器

控制裝置熱電偶—輸入量反饋環(huán)節(jié)

擾動量11

電爐箱受控對象輸出量(溫度T)

電動機減速器調(diào)節(jié)變壓器電壓、功率放大器

控制裝置熱電偶—輸入量反饋環(huán)節(jié)

擾動量控制系統(tǒng)基本控制方式閉環(huán)控制又稱為反饋控制或偏差控制缺點:系統(tǒng)復雜，成本高，存在穩(wěn)定性問題優(yōu)點:抗擾性能強控制系統(tǒng)基本控制方式隨堂練習指出下例系統(tǒng)中哪些屬于開環(huán)控制，哪些屬于閉環(huán)控制？家用電冰箱、家用空調(diào)、洗衣機、抽水馬桶、普通車床、電飯煲、多速電風扇、高樓水箱、調(diào)光臺燈、自動報時電子鐘PART-03自動控制系統(tǒng)分類線性/非線性系統(tǒng)連續(xù)/離散性系統(tǒng)定常/時變性系統(tǒng)確定/不確定系統(tǒng)按控制方式分按被控對象分按系統(tǒng)性能分分類按給定值變化規(guī)律分按系統(tǒng)功用分按給定值操縱的開環(huán)控制按干擾補償?shù)拈_環(huán)控制按偏差調(diào)節(jié)的閉環(huán)控制復合控制：閉環(huán)反饋為主，開環(huán)補償為輔恒值系統(tǒng)隨動系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)運動控制系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)壓力控制系統(tǒng)位置控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)分類PART-04控制系統(tǒng)性能及分析方法控制系統(tǒng)性能及分析方法穩(wěn)（穩(wěn)定性）準（靜態(tài)準確性）快（動態(tài)快速性）工程上常從穩(wěn)、準、快三個方面來分析系統(tǒng)的性能控制系統(tǒng)性能及分析方法1.穩(wěn)定性：穩(wěn)定不穩(wěn)定收斂的發(fā)散的0c(t)tc(t)0tt1t1擾動擾動穩(wěn)定不穩(wěn)定控制系統(tǒng)性能及分析方法1.穩(wěn)定性：控制系統(tǒng)性能及分析方法1.穩(wěn)定性：穩(wěn)定不穩(wěn)定收斂的發(fā)散的0c(t)tc(t)0tt1t1首要性能擾動擾動控制系統(tǒng)性能及分析方法2.快速性：c(t)0tc(∞)動態(tài)過程

快速性越好控制系統(tǒng)性能及分析方法2.快速性：c(t)0tc(∞)動態(tài)過程c(t)0tc(∞)（a）（b）（a）平穩(wěn)性低于（b）動態(tài)性能快速性平穩(wěn)性控制系統(tǒng)性能及分析方法3.準確性：穩(wěn)態(tài)性能指標c(t)