第一章自動控制理論的一般概念.ppt

1、自動控制理論，第1章自動控制理論的一般概念，第2章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，第3章控制系統(tǒng)的時域分析方法，第4章根軌跡法，第5章頻率法，第6章控制系統(tǒng)校準，第7章非線性系統(tǒng)分析，第8章采樣控制系統(tǒng)分析和設(shè)計，第1章自動控制理論的一般概念，1-1自動控制發(fā)展簡史1-2自動控制的基本模式1-3典型控制系統(tǒng)1-4自動控制系統(tǒng)的要求。1765年，瓦特發(fā)明了蒸汽機，并用離心調(diào)速器控制蒸汽機。1948年，維納控制論(Wiener控制論)或動物和機器中的控制和通信科學(xué)在40世紀60年代產(chǎn)生了經(jīng)典控制理論(主要是頻域方法)，在60世紀70年代產(chǎn)生了現(xiàn)代控制理論(主要是時域方法)，在70年代后產(chǎn)生了大規(guī)模系統(tǒng)控制理論

2、自動控制：在沒有直接參與的情況下，控制裝置或機器被用來使受控對象達到預(yù)期目標。1-1自動控制發(fā)展簡史，發(fā)展簡史：自動控制研究內(nèi)容：經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論經(jīng)典控制理論主要研究對象：單輸入單輸出線性時不變系統(tǒng)的分析與設(shè)計。現(xiàn)代控制理論主要關(guān)注：多輸入、多輸出、時變參數(shù)和高精度復(fù)雜系統(tǒng)的分析和設(shè)計。閉環(huán)控制，復(fù)合控制，開環(huán)控制，自動控制的1-2種基本模式，1。開環(huán)控制，控制裝置和被控對象之間只有正向動作但沒有反向連接的控制。給定值，控制模式：根據(jù)給定值運行。信號從給定值單向傳輸?shù)捷敵龆?。某個給定值對應(yīng)于某個輸出。系統(tǒng)的控制精度取決于系統(tǒng)預(yù)先的調(diào)整精度。它不能自動補償工作過程中特征參數(shù)的擾動或變化。

3、它結(jié)構(gòu)簡單、成本低，主要用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)穩(wěn)定、干擾信號微弱的場合。開環(huán)控制系統(tǒng)的特點：從輸入到輸出無反饋，信號單向傳輸。結(jié)構(gòu)簡單，控制精度低，無法抑制干擾。例如， DC電機速度開環(huán)控制系統(tǒng)。輸出對輸入沒有影響的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng)。2.閉環(huán)控制。圖：手動電機速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋、控制任務(wù)：保持工作機械勻速運轉(zhuǎn)?？刂七^程：反饋：將輸出送回輸入端并與輸入信號進行比較的過程中的負反饋：從輸入信號中減去反饋信號，使偏差越來越小。典型的閉環(huán)系統(tǒng)框圖，閉環(huán)控制3360指的是控制器和被控對象之間的關(guān)系。特征：輸出影響輸入，因此它可以削弱或抑制干擾；低精度元件可以形成高精度系統(tǒng)；因為可能會出現(xiàn)過沖和振蕩，所以穩(wěn)

4、定性非常重要。開環(huán)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運行穩(wěn)定的優(yōu)點。當輸入信號和擾動可以提前知道時，控制效果更好。缺點：被控變量的偏差不能自動校正，系統(tǒng)元件參數(shù)的變化和外部未知干擾對控制精度有很大影響。閉環(huán)優(yōu)點：具有自動校正被控量偏差的能力，并能校正元件參數(shù)變化和外部干擾引起的誤差，控制精度高。缺點：受控量可能會振蕩甚至發(fā)散。3.開環(huán)控制與反饋控制相比，主反饋與輸出成正比或有一定的函數(shù)關(guān)系，但維數(shù)與給定信號相同；偏離給定信號和主反饋信號之差的信號；控制單元接收偏差信號，并通過轉(zhuǎn)換和運算產(chǎn)生期望的控制量；對系統(tǒng)輸出有不利影響的干擾信號；反饋鏈路檢測輸出信號，并轉(zhuǎn)換與給定輸入信號具有相同尺寸的信號。4.閉環(huán)控

5、制系統(tǒng)的術(shù)語和定義，閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖，框圖組成：5。復(fù)合控制是將壓力偏差控制和壓力擾動控制相結(jié)合，采用適當?shù)目刂撇呗暂敵鲈谝欢ň认碌扔诮o定值，但給定值一般不變或變化緩慢，其擾動可隨時變化的系統(tǒng)稱為定值系統(tǒng)。生產(chǎn)過程中有許多這樣的系統(tǒng)。如冶金部門的恒溫系統(tǒng)、石油部門的恒壓系統(tǒng)等。1-3典型控制系統(tǒng)，定值系統(tǒng)：例如，電站鍋爐空氣預(yù)熱器密封間隙控制系統(tǒng)通過間隙傳感器實時測量密封間隙值，并將其發(fā)送給計算機。與設(shè)定值比較后，向電機升降機構(gòu)發(fā)出控制指令，調(diào)整密封板的位置，使密封間隙值保持不變。其輸出能以一定精度跟隨給定值的系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)，也稱為跟蹤系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)給定值的變化規(guī)律完全依賴于不

6、能預(yù)先確定的時間函數(shù)。例如，火炮系統(tǒng)、衛(wèi)星控制系統(tǒng)等。伺服系統(tǒng)：示例：位置伺服系統(tǒng)的工作原理圖?？刂迫蝿?wù)：要求工作機能與指令機構(gòu)同步旋轉(zhuǎn)，即工作機的角位置應(yīng)遵循給定的指令角度，即首先確定以下基本問題：(1)被控對象：為工作機；(2)受控量的：角位置；(3)指令角度給定值為：；(4)測量元件：通過兩個相同的電位計測量角度和，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓和；(5)計算并比較：兩個測量電位器的橋接，即完成減法運算，兩個電刷之間的電壓代表被控量與給定量的誤差；(6)實施機械：電機減速裝置。系統(tǒng)工作原理：如果工作機的轉(zhuǎn)角等于指令轉(zhuǎn)角，則提前調(diào)整，即電機不動，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。當指令角度改變時，工作機械仍處于其

7、原始位置，電機驅(qū)動工作機械向所需方向快速偏轉(zhuǎn)，直到電機停止運行。此時，系統(tǒng)處于與新位置的命令同步的平衡工作狀態(tài)，即完成以下任務(wù)。如果自動控制系統(tǒng)的控制量是根據(jù)預(yù)編程程序控制的，該系統(tǒng)稱為程序控制系統(tǒng)。如煉鋼爐微機控制系統(tǒng)、洲際彈道導(dǎo)彈程序控制系統(tǒng)等。穩(wěn)定性控制信號可以跟蹤從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的變化的輸入信號。如果能夠?qū)崿F(xiàn)，我們將認為系統(tǒng)穩(wěn)定，這是反饋控制系統(tǒng)最基本的要求。快速性要求過渡過程的形式和速度，這通常被稱為動態(tài)性能。穩(wěn)定高射炮的射擊角度伺服系統(tǒng)。雖然槍體最終可以跟蹤目標，但如果目標變化很快，槍體移動很慢，它還是抓不到目標。精度用穩(wěn)態(tài)誤差來表示。在參考輸入信號的作用下，當系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)時，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所需的期望輸出之差稱為給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯然，誤差越小，系統(tǒng)輸出跟隨參考輸入的精度越高。1-4自動控制系統(tǒng)的要求，穩(wěn)定性：保證控制系統(tǒng)正常運行的前提。快速性：帶有指示器的動態(tài)性能。準確性：穩(wěn)態(tài)值(過度結(jié)束后)應(yīng)盡可能與期望值一致。t，n，n1，(a)，0，(b)，n，t，0，n0，n1，t，0，n，(c)，n，0，t，(e)，n1，n，0，t，(c)發(fā)散振蕩；(d)、(e)收斂振蕩；恒定振幅振蕩。