自动控制原理第一章课件.ppt

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1、第一章　绪论§1-1引言§1-2自动控制的基本知识§1-3自动控制系统的基本控制方式§1-4自动控制系统的分类及基本组成§1-5对控制系统的要求和分析设计§1-6自动控制理论的发展概况11-1引言1.控制理论的基础观念控制理论是建立在有可能发展一种一般方法来研究各式各样系统中控制过程这一基础上的理论。2.控制理论的研究对象控制理论研究的对象可狭义地定义为这样一种信息系统，即根据期望的输出来改变输入，使系统的输出能有某种预期的效果。3.控制论与数学及自动化技术的关系21.2.1自动控制问题的提出一个简单的水箱液面，因生产和生活需要，希望液面高度h维

2、持恒定。当水的流入量与流出量平衡时，水箱的液面高度维持在预定的高度上。1.2自动控制的基本知识水箱流出流入h当水的流出量增大或流入量减小，平衡则被破坏，液面的高度不能自然地维持恒定。3这种出水量与进水量的不平衡现象必然要经常发生的。这使得这种“水位恒定的要求”变得难以实现了。所谓控制就是强制性地改变某些物理量（如上例中的进水量），而使另外某些特定的物理量（如液面高度h）维持在某种特定的标准上。人工控制的例子。水箱流出流入h这种人为地强制性地改变进水量，而使液面高度维持恒定的过程，即是人工控制过程。41.2.2自动控制的定义及基本职能元件1.自动控

3、制的定义自动控制就是在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象（或过程）的某些物理量（或状态）自动地按预先给定的规律去运行。水箱流出流入h控制器浮子当出水与进水的平衡被破坏时，水箱水位下降(或上升)，出现偏差。这偏差由浮子检测出来，自动控制器在偏差的作用下，控制阀门开大(或关小)，对偏差进行修正，从而保持液面高度不变。52.自动控制的基本职能元件自动控制的实现,实际上是由自动控制装置来代替人的基本功能，从而实现自动控制的。画出以上人工控制与自动控制的功能方框图进行对照。水箱流出流入h水箱流出流入h控制器浮子眼睛浮子大脑自动控制器肌肉、手

4、执行元件6肌肉和阀门希望液位实际液位大脑水箱眼睛比较两图可以看出，自动控制实现人工控制的功能，存在必不可少的三种代替人的职能的基本元件：气动阀门希望液位实际液位浮子控制器水箱7执行元件参考输入输出测量变送元件控制器对象扰动输入测量元件与变送器（代替眼睛）；自动控制器（代替大脑）；执行元件（代替肌肉、手）。这些基本元件与被控对象相连接，一起构成一个自动控制系统。下图是典型控制系统方框图。81.2.3自动控制中的一些术语及方框图1.常用术语控制对象控制器系统系统输出操作量参考输入扰动特性2.系统方框图将系统中各个部分都用一个方框来表示，并注上文字或代

5、号，根据各方框之间的信息传递关系，用有向线段把它们依次连接起来，并标明相应的信息。突出了系统中各环节输入与输出的关系及各环节之间的相互影响，便于定性和定量分析。91.3.1开环控制开环控制是最简单的一种控制方式，我们可以给出开环控制的一般定义：定义：控制量与被控量之间只有顺向作用而没有反向联系。开环控制系统的典型方框图如图所示。1.2自动控制系统的基本控制方式控制器被控对象控制量被控量交通指挥红绿灯，自动洗衣机，自动售货机，产品自动生产线，数控车床等等。10电动机转速滑臂位置功率放大器电位器1.按给定控制下图是一个直流电动机转速控制系统。当调节电

6、位器滑臂位置时，改变功率放大器的输入电压，从而改变电动机的电枢电压，最终改变电动机的转速。以上的控制过程，用方框图简单直观地表示出来。M功率放大器电动机负载电位器112.按扰动控制图示是一个按扰动控制的直流电动机转速控制系统。负载电压放大器M功率放大器++-Ri+控制过程可用方框图表示成如图示的形式。12电动机转速给定不变功率放大器电位器++负载变化电压放大器检测电阻把负载变化视为外部扰动输入，对输出转速产生的影响及控制补偿作用，分别沿箭头的方向从输入端传送到输出端，作用的路径也是单向的，不闭合的。有时我们称按扰动控制为顺馈控制。13开环控制的特

7、点：（1）结构简单、调整方便、成本低。（2）给定一个输入，有相应的一个输出。（3）在系统方框图中，作用信号是单方向传递的，形成开环。（4）输出不影响输入。（5）若系统有外界扰动时，系统输出量不可能有准确的数值，即开环控制精度不高，或抗干扰能力差。1.3.2闭环控制定义：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的系统，都叫做闭环控制系统。14在控制系统中，控制装置对被控对象所施加的控制作用，若能取自被控量的反馈信息，即根据实际输出来修正控制作用，实现对被控对象进行控制的任务，这种控制原理称为反馈控制原理。正是由于引入了反馈信息，使整个控制过程成为闭合的

8、。因此，按反馈原理建立起来的控制系统，叫做闭环控制系统。在闭环控制系统中，其控制作用的基础是被控量与给定值之间的偏差。人本身就是一个具有