自动控制理论的一般概念.docx

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自动控制理论的一般概念

第一章：

自动控制理论的一般概念

§1.1引言

§1.2自动控制理论发展概述

发展过程：

19世纪

20世纪60年代初

应用：

深入到人民生产、生活的各个领域日常生活：

收音机、电视机、冰箱、空调、汽车、飞机…工程：

数控机床、合成塔、核反应堆…军事:

火炮群、导弹、特种炸弹、垂直起降飞机…科技：

航天飞机、卫星姿态控制、机器人…

§1.3自动控制和自动控制系统的基本概念

◇自动控制:

在无人直接参与的情况下，使被控对象的一个物理量（被控量）按预定规律（给定量）运行。

◇自动控制系统：

能对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。

举例：

被控对象

被控量C

给定量R

炉温控制系统

烘炉

炉温T

（T希望值）

X-Y记录仪

笔

笔位移L

（L希望值）

液压控制系统

水箱

水箱水位H

（H希望值）

1．开环（信号单向流动）

特点：

简单、稳定、精度低。

2．闭环（信号有反向作用）

特点：

复杂、抗干扰能力强、精度高、有稳定性问题。

3．复合（前向联系、反向作用）

特点：

性能要求高时用之。

例如：

炉温系统可以采用开环或闭环的。

闭环控制工作原理：

外部作用：

控制目的：

排除干扰因素、影响、使被控量随给定量变化。

负反馈原理——构成闭环控制系统的核心

把系统的输出信号引回输入端，与输入信号相比较，利用所得的偏差信号进行控制，达到减小偏差、消除偏差的目的。

负反馈控制系统的特点——按偏差控制的具有负反馈的闭环系统

1）、有反馈，信号流动构成闭回路。

2）、按偏差进行控制。

§1.4控制系统的组成

组成（以X-Y记录仪为例）

控制器：

1测量元件：

测量被控量

2比较元件：

产生偏差信号

3放大元件：

对偏差信号进行幅值、功率放大

4执行机构：

对被控对象施加作用

5校正元件：

改善系统性能

6给定元件：

给出输入信号

二、外部作用：

1．给定量：

使被控量跟随给定量。

2．干扰量：

使被控量偏离给定量。

自控系统的目的在于：

排除扰动量的影响，使被控量随给定量而变化。

例：

液面控制系统：

介绍由原理图画方块图的步骤：

（以角度随动系统为例）

1看懂工作原理图，找出被控量、被控对象、给定量。

2从两头来，先画出给定量、被控对象和被控量。

3依原理图补上中间部分。

§1.5示例

§1.6分类（按r形式）

按特性分：

线性、非线性、定常或时变

◇负反馈（闭环）控制原理：

——构成自控系统的核心

根据给定量与被控量之间的偏差，产生控制作用，并力图减小偏差，使被控量趋于给定量。

◇闭环（负反馈）控制系统的特点：

——用以区分开、闭环系统

是按偏差控制的、具有负反馈的闭环系统

§1.7控制系统的基本要求--是否只要构成负反馈就能正常工作?

一、控制过程分析：

（加阶跃输入，以X-Y记录仪为例）

可见：

控制过程有一个过渡过程：

振荡原因：

1、内部原因：

系统有惯性，有储能元件。

2、外部原因：

参数配置不当。

3、分类（按输入信号的形式不同）

（1）稳定系统（调节系统）:

r（t）是定常值（如炉温系统）

（2）随动系统（跟踪系统）：

r（t）是时变量（如角度控制系统）

1、典型外作用:

作用

名称

表达式

图形

关系

举例

常

用于

时域

分析

单位

脉冲

挑瓜、钉丁

打炮、踢球

单位

阶跃

合闸

滴注、龙头

单位

斜坡

匀速跟踪

频域分析

正弦函数

交流电压

2.对系统的阶跃响应性能要求：

我们要求被控量尽可能好地跟踪给定量，但常常不能完全符合。

例如角度系统。

§1.8本课程的研究内容

自动控制系统概念的扩展（见非控稿第1-4页）

本次课的重点：

⑴掌握有关自动控制理论的一些基本概念

⑵掌握负反馈控制原理

⑶掌握由工作原理图画出相应方框图的方法

自动控制系统概念的扩展：

生物领域：

人体温的调节机能

眼睛瞳孔对光线的调节能力

人手拿书的控制过程

经济领域：

价值规律：

商品价格由市场供需关系的调节在商品价值附近波动的过程

社会领域：

教学过程：

作业布置：

第一章1-5题

参考书：

[1]自动控制原理北航、孙虎章中央电大出版社

[2]自动控制原理（上册）三院校合编国防工业出版社

[3]现代控制工程[日]绪方胜彦

本课程的内容及其任务