《自動化控制原理》課件2

《自動化控制原理》課程簡介本課程旨在引導學生深入理解自動化控制系統(tǒng)原理，并掌握相關分析、設計方法和應用技術。通過學習，學生將能夠掌握自動化控制系統(tǒng)設計、分析、調試的基本方法，并能夠運用所學知識解決實際工程問題。自動化控制系統(tǒng)概念定義自動化控制系統(tǒng)是指在沒有人直接參與的情況下，根據預先設定的目標，自動地對被控對象進行控制的系統(tǒng)。特點自動化控制系統(tǒng)具有自動控制、無人值守、高精度、高效率、高可靠性等特點。自動化控制系統(tǒng)基本結構1傳感器采集被控對象的實際值2控制器根據偏差進行控制3執(zhí)行機構執(zhí)行控制指令4被控對象需要控制的目標反饋控制系統(tǒng)基本原理設定值期望的輸出值偏差設定值與實際值之差控制信號控制器發(fā)出的信號實際值被控對象的輸出值系統(tǒng)傳遞函數的定義與求解1定義系統(tǒng)傳遞函數是指系統(tǒng)輸出量的拉普拉斯變換與輸入量的拉普拉斯變換之比。2求解方法可利用微分方程、傳遞函數模型進行求解。頻域分析法概念利用正弦信號分析系統(tǒng)的動態(tài)特性，考察系統(tǒng)對不同頻率信號的響應。應用判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性、確定參數、設計控制器。穩(wěn)定性分析與判據穩(wěn)定性系統(tǒng)在受到擾動后，能否恢復到原有狀態(tài)。判據Routh-Hurwitz判據、Nyquist判據等。根軌跡法1基本原理分析閉環(huán)系統(tǒng)特征根隨開環(huán)增益變化的軌跡。2應用確定系統(tǒng)穩(wěn)定性、設計控制器參數。PID控制器原理和設計方法比例控制輸出與偏差成比例關系。積分控制輸出與偏差的積分成比例關系。微分控制輸出與偏差的變化率成比例關系。典型調節(jié)器參數的確定1試湊法根據經驗和實驗進行調節(jié)。2解析法基于數學模型進行參數計算。3自適應控制根據系統(tǒng)變化在線調整參數。離散系統(tǒng)建模Z變換的基本概念定義將離散時間信號變換到Z域的工具。應用分析離散時間系統(tǒng)的動態(tài)特性、設計控制器。離散時間系統(tǒng)的頻域分析頻率響應考察系統(tǒng)對不同頻率信號的響應。穩(wěn)定性利用Z域分析法判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性。離散控制系統(tǒng)的設計方法1系統(tǒng)辨識建立離散時間系統(tǒng)的數學模型。2控制器設計基于Z變換或狀態(tài)空間方法設計控制器。3仿真驗證利用仿真軟件驗證控制器性能。狀態(tài)空間分析狀態(tài)變量描述系統(tǒng)狀態(tài)的變量。狀態(tài)方程描述系統(tǒng)狀態(tài)變量之間的關系。輸出方程描述系統(tǒng)輸出與狀態(tài)變量的關系。狀態(tài)反饋控制1控制目標提高系統(tǒng)性能、改善穩(wěn)定性。2方法利用狀態(tài)變量信息進行反饋控制。狀態(tài)觀測器設計觀測器根據系統(tǒng)輸入和輸出估計狀態(tài)變量。非線性系統(tǒng)建模1描述方法微分方程、函數逼近等。2建模工具MATLAB、Simulink等。非線性系統(tǒng)分析方法1相平面分析分析系統(tǒng)軌跡的動態(tài)行為。2李雅普諾夫穩(wěn)定性判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。自適應控制系統(tǒng)原理自適應性能夠根據系統(tǒng)變化自動調整控制參數。應用處理系統(tǒng)參數不確定性、外部擾動等問題。模糊控制系統(tǒng)基本原理1模糊邏輯利用模糊集合和模糊規(guī)則進行推理和決策。2應用解決難以精確建模的非線性系統(tǒng)控制問題。神經網絡控制系統(tǒng)1神經網絡模擬人腦神經網絡結構和功能。2應用學習系統(tǒng)特性、進行自適應控制。微機控制系統(tǒng)的硬件結構CPU系統(tǒng)核心，負責控制和運算。存儲器存儲程序和數據。I/O接口連接傳感器、執(zhí)行機構。微機控制系統(tǒng)的軟件設計1系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)、驅動程序等。2應用軟件實現(xiàn)特定控制功能的程序。現(xiàn)場總線技術概述概念將現(xiàn)場儀表、傳感器、執(zhí)行機構等連接起來的網絡。優(yōu)勢數據傳輸速度快、可靠性高、成本低。工業(yè)以太網技術特點高速傳輸、高可靠性、易于擴展。智能儀表與現(xiàn)場總線智能儀表集成了傳感器、處理器、通信接口的儀表?，F(xiàn)場總線為智能儀表提供通信網絡。工業(yè)機器人技術應用焊接、噴涂、搬運等?？刂葡到y(tǒng)包括伺服系統(tǒng)、運動控制系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)等。工業(yè)過程