《控制系统导论》PPT课件

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1、自动控制原理教材：现代控制系统谢红卫对于我们每个人来说，最重要和最有成效的学习方法是，重新发现和创新前人已有的答案和方法。教学的最佳境界则是，向学生提供方法、技能、案例和机会，由学生自己去寻求答案。这样，他们就可以自豪地说，他们所学到的知识都是自己所发现的。第一讲：控制系统导论（2-3学时）１、控制系统导论２、课程及教学安排３、控制历史回顾与启示导论----控制系统概要控制系统是能够提供预期响应的系统。通俗地说，控制就是使被控对象按照我们预定的方式工作。人类的支配欲无限，因此，被控对象有多种多样，如，●工程技术对象，简单如家电，复杂如工业自动化、精确制导、航天等●社会系统

2、和经济系统●生态系统和生物系统被控对象输入输出图1.１被控对象控制：通俗地说，控制就是使被控对象按照我们预定的方式工作被控对象:有什么共同的特点？导论----控制系统概要被控对象:数学上怎么来描述？被控对象位置速度加速度微分描述变化：导论----控制系统概要被控对象的基本描述：微分方程被控对象输出y(t)输入r(t)导论----控制系统概要求解微分方程，是整个控制理论的数学基础（1）（2）（3）匀速运动匀加速运动一般运动导论----控制系统概要导论----控制系统概要变化的被控对象多种多样，这导致了控制理论应用的广泛性，甚至出现了具有哲学意义的控制论。例如：钱老提倡的新三

3、论（控制论、系统论、信息论）管理中体现的控制论原理，等等结论：学习本课程益处多多!导论----控制系统概要但是！只有恰当地实施了控制，才能得到预期的响应。这是控制系统的核心和难点，也是本课程的主要内容。导论----控制系统基本概念被控对象（部件或系统）：具有因果关系的物理过程（或工程对象），是指要求实现自动控制的机器、设备或生产过程，如宇宙飞船，火炮操瞄装置、飞机驾驶系统以及工业生产的某种过程等。自动控制：没有人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象的某一物理量（被控量）自动地按照预定的规律运行。导论----控制系统基本概念控制装置：常被归纳成执行机构、观测器等。反馈：

4、把输出量送回到输入端并与输入信号比较的过程。分为负反馈和正反馈。控制系统：为了达到预期的目标（响应）而设计出来的系统，它由相互关联的部件组合而成，主要由控制装置和被控对象组成。导论----开环控制与闭环控制控制方式（结构）粗略地可以分为两种：开环控制和闭环控制执行被控对象预期输出实际输出图1.２开环控制系统（无反馈）信号的单向传递图1.3电风扇的控制电机（执行机构）风扇叶片（控制对象）开关或程序控制器例1：开环控制系统控制电压导论----开环控制与闭环控制导论----开环控制与闭环控制控制目的：提高炉温受控对象（物理实体）：炉子受控量（输出物理量）：炉温控制装置：开关K

5、和电热丝，对受控量起控制作用。图1.4加热炉的开环控制例2：开环控制系统导论----开环控制与闭环控制图1.5闭环(反馈)控制结构框图信号双向传递计算比较执行被控对象测量干扰预期输出响应r(t)+输入变量-误差e(t)控制量u(t)实际输出y(t)输出变量被测变量测量值反馈是控制的精髓导论----开环控制与闭环控制计算比较执行被控对象测量测量干扰给定值被控量图1.6自动控制系统的典型结构框图导论----开环控制与闭环控制反馈是控制的精髓。运用反馈的例子也是比比皆是。例3：调节容器内液面位置的人工闭环控制系统图1.7液位控制示意图分析决策脑执行工作对象手观察观察干扰或激励眼

6、预期目标实际结果眼液体的流入和流出液位图1.8液位控制人工职能图导论----开环控制与闭环控制例4：汽车方向控制系统图1.9汽车方向控制系统图1.10汽车方向控制人工职能图驾车人汽车预期行驶路线实际行驶路线比较器视觉测量+-偏差方向盘导论----开环控制与闭环控制图1.11开环向闭环控制转换的例子导论----开环控制与闭环控制反馈是现代控制的精髓，还例如：火炮随动系统领导实施管理央行调整利息“没有调查就没有发言权”，等等都体现了反馈的理念！正反馈的例子例5：已知铀235原子核在一个中子的撞击下，可发生核裂变反应，放出大量的能量，同时释放大约2.5个中子，放出的中子有可能再

7、与铀235原子核发生核反应，这就是所谓核裂变的链式反应。导论----开环控制与闭环控制U235初始中子数中子数2.5n++中子数n能量有效中子率图1.12正反馈的实例导论----开环控制与闭环控制开环和闭环控制系统的特点开环系统：结构简单，稳定性好，容易设计和调整以及成本较低的优点，对那些负载恒定，扰动小，控制精度要求不高的实际系统，是有效的控制方式。闭环系统：由于增加了检测装置和反馈环节，结构较复杂，成本有所增加；但它提高了系统的控制精度和抗干扰能力；同时，负反馈会对系统稳定性产生不利影响。导论----反馈控制系统的分类按参