自动控制理论基础讲义

《自动控制理论基础讲义》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、自动控制理论基础4.1概述第三章例：随动系统4.1概述4.1概述1.自动控制理论的发展经典控制理论微分方程适用于线性或傅立叶变换定常系统，单拉普拉斯变换输入、传递函数单输出频域分析非线性、非现代控制理论概率论、随机定常系统，过程、矩阵方定常、时变法、变分法不需精确数人工智能和自学模型，算智能控制理论动控制的结合法简洁4.1概述2.自动控制理论在汽车上的应用¾使汽车操纵实现了自动化，极大提高了汽车性能，减轻了驾驶员的劳动强度，大大提高了汽车产品的质量。¾汽车电子技术是自动控制理论和计算机技术相结合的产物。4.2开环与闭环控制1.开环控制(1)概念：系统的输出量对系统

2、的控制作用没有影响。(2)框图：系统的输出量没有反馈到输入量。输入量输出量控制器对象或过程4.2开环与闭环控制(3)特点：¾系统简单，不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到系统输入端与输入端进行比较。¾对于每个参考输入量，有一个相应的固定的工作状态与之相对应，即系统的精度决定于校准的精度。¾当出现扰动时，开环控制系统不能完成既定的控制任务。¾适用于输入量与输出量之间的关系已知，并且不存在内部与外部干扰的控制系统。4.2开环与闭环控制(4)例—步进电机方向步进脉功电机计冲率算指令分驱工作台机脉冲配动4.2开环与闭环控制¾步进电机为执行元件。没有位置反馈。¾每

3、当向步进电机发出一个进给脉冲时，步进电机的转子就在此脉冲所产生的同步转矩下旋转一个固定的角度。¾步进电机通过传动机构带动工作台移动。工作台的位置精度完全取决于步进电机的转动角度和传动机构部件的精度。4.2开环与闭环控制2.闭环控制(1)概念：系统的输出量对控制产生直接影响，也就是反馈控制系统。(2)框图：系统的输出量反馈到系统的输入量。输入量输出量控制器对象或过程测量元件4.2开环与闭环控制¾为了改善开环控制的精度，需要根据系统的实际输出修正输入，以使输出有准确的值。闭环控制系统就是一种利用系统本身的调节功能，使系统输出信号对控制产生直接影响的系统。¾误差信号加到

4、控制器上，通过控制调节以减小系统的误差，使系统的输出量趋于所期望的值，亦即通过反馈作用来减小系统的误差。4.2开环与闭环控制¾闭环控制系统完成下列三个功能：∑测量被控制量；∑将测定的被控制量的值和给定的希望值进行比较（代数运算）；∑根据比较的结果（偏差）对被控制量进行修正。4.2开环与闭环控制¾采用负反馈的闭环控制系统，不论造成偏差的因素是外来的扰动还是内部参数的变化，控制作用总是使偏差趋向下降，即所谓“检测偏差，纠正偏差”，因而具有自动修正被控制量偏离的能力，控制精度较高，并使系统元件参数变化或非线性的影响大大降低。¾实际系统一般都具有质量、惯性或延滞，是一个动

5、态系统，因此采用了负反馈后，系统可能产生振荡，故调试比较复杂。4.2开环与闭环控制(3)特点：¾采用反馈控制，使系统响应对外界干扰和内部系统参数变化不敏感。¾有可能采用不太精确的、成本低的元器件来组成精确的控制系统。¾在汽车的控制系统中应用广泛。4.2开环与闭环控制(4)术语介绍：扰动指令参考误差控制控制输出控制输出输入参考输入信号控间接信号直接直接间接输入制控制控制+元件-器对象对象反馈输入反馈元件4.2开环与闭环控制¾核心是控制对象。形式多种多样。¾控制输出是控制对象或过程中受到控制的任何变量的统称。¾直接控制输出是控制回路中的一个控制输出，它的值经过传感器测

6、量后产生一个反馈信号。¾间接控制输出和直接控制输出有关，但不是用来产生反馈信号的控制输出。4.2开环与闭环控制¾参考输入信号是在控制回路之外的一个信号，它作为和控制输出直接或间接比较的基准量。¾系统反馈信号指由参考输入信号经过系统控制回路后产生的回路反馈信号。¾系统误差信号指参考输入信号减去系统反馈信号后得出的信号，也称为激励信号。¾控制信号指将系统误差信号按某种规律（称为控制律）处理后用来改变系统的直接控制输出。4.2开环与闭环控制¾指令指独立于系统之外所建立的输入量，用来设定和理想的控制输出相等价的输入。¾参考输入元件的作用：为了信号获取和处理的方便，把指令输

7、入变换成可以和反馈信号直接对比的参考输入。¾扰动指加于系统的不希望有的作用，它对控制输出产生不利影响。干扰往往无法避免。4.3比例-积分-微分控制1.概述(1)属于经典控制，是连续系统中技术成熟、应用最广泛的一种控制方式。(2)特点：¾原理简单，使用方便，易于实现；¾不需了解被控对象的数学模型，只要根据经验进行调节器参数的在线整定，即可取得满意的结果。¾适应性强，广泛应用于各种工业过程控制领域。¾对被控对象参数变化比较敏感。4.3比例-积分-微分控制2.控制原理(1)框图：比例+r(t)+e(t)u(t)y(t)+积分被控对象-+微分r(t)-输入；e(t)-偏差

8、；u(t)