《北理工自动化》PPT课件

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1、自动控制原理信息控制类专业最重要的专业基础课之一盛立信息与控制工程学院自动化系第一章自动控制系统的基本概念1-1认识自动控制的概念1-2自动控制的基本原理1-3自动控制系统分类1-4控制系统性能要求1.基本概念自动控制在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定规律运行。§1-1自动控制技术介绍1.基本概念自动控制在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定规律运行。锅炉温度控制、化工过程流量、温度、液

2、位的控制……自动控制系统实现某一控制目标的所有物理部件的有机组合体。控制装置被控对象被控变量我们身边的自动控制系统与装置现代生活离不开自动控制！空调冰箱电热水器2.自动控制技术的直观认识1788年英国Watt发明的控制蒸汽机速度的离心式调速器自动控制技术发展过程中的例子1913年美国建成最早的汽车装配流水线1952年美国MIT研制出第一台数控机床自动控制技术发展过程中的例子1959年第一台工业机器人1981年美国“哥伦比亚”号航天飞机首次发射成功自动控制技术发展过程中的例子机器人足球比赛月球车大型化工企业自动控制装置3.

3、自控系统与自控原理自动控制原理是分析各种自动控制装置的统一理论，是其内在的共通规律自动控制装置不需要人参与就能完成任务“自动控制”是自动化系统的核心自动控制技术的两个方面：①人手（脚）的延伸——动力方面的自动化技术：工业化②人脑的延伸——信息处理方面的自动化技术:信息化自动控制技术已经成为现代社会中的不可缺少的一部分比人工作的更好、更快、更准把人从繁重危险的任务中解放出来完成人无法完成的工作工业生产、军事装备、航空航天、生物医学、经济运行、社会管理、日常生活等诸多领域都有自动控制系统自动控制原理这门课程就是来研究这些自动

4、控制装置或系统的基本工作规律和原理4.自动控制理论研究简史经典控制理论：20世纪40-50年起源：二战军工技术的需求目标：反馈控制系统的稳定性方法：微分方程、传递函数、根轨迹、频域分析应用系统:单输入单输出系统（SISO）现代控制理论：20世纪60年代起源：冷战时期，空间技术发展的需求目标：最优控制方法：状态空间方程应用系统:多输入多输出系统（MIMO）智能控制理论：20世纪80年代起源：智能技术和计算机技术的迅速发展目标：智能控制方法：专家系统、模糊控制技术、神经网络、智能进化算法等等重要的人物：1948，维纳《控制论

5、》1954，钱学森《工程控制论》自动控制理论的发展历程1769，瓦特，飞球调节器调节蒸汽机流量1868，麦克斯韦，猎振现象1877/1895,劳思/赫尔维茨稳定性判据1932，乃奎斯特，频域稳定性分析1948，维纳，《控制论》1956，苏联，庞特里亚金，极大值原理1956，贝尔曼，动态规划1960，卡尔曼，最优滤波器1954，钱学森，《工程控制论》20世纪80年代至今，智能控制技术§1-2自动控制的基本原理【例】水箱系统入口流量Qi取决于阀门开度u，出口流量与液位H和出口阀门有关问题：如何使得实际液位H控制在期望液位不变

6、期望液位：Hs1.人工控制眼：测量实际液位H——检测过程。脑：将实际液位H和期望液位Hs比较，根据两者偏差正负及大小作出决策。——比较、分析、决策过程。手：执行大脑命令，调节阀门开度。——执行过程。人工控制原理方块图实际液位脑眼给定值手水槽扰动测量值2.自动控制变送器(眼）：测量实际液位H并进行物理转换。控制器（大脑）：也叫调节器，将测量值mv和给定值sv相比较，根据两者的偏差进行运算，输出控制信号u。执行器（手）：也叫调节阀，改变阀门开度。自动控制原理方块图：实际液位控制器变送器给定值执行器水槽扰动测量值实际液位脑眼给

7、定值手水槽扰动测量值人工控制原理方块图：3.反馈控制原理反馈通过测量变换装置将系统或元件的输出量反送到输入端，与输入信号相比较。反送到输入端的信号称为反馈信号。负反馈反馈信号与输人信号相减，其差为偏差信号负反馈控制原理将系统的输出信号引回输入端，与输入信号相减，形成偏差信号。然后根据偏差信号产生相应的控制作用，力图消除或减少偏差的过程。4.自动控制系统结构反馈，反馈通道，前向通道，闭环输入变量：扰动输入d，给定输入r（参考输入）输出变量c，广义被控对象+控制器自动控制系统的构成：控制器测量变送器给定输入执行器被控对象扰动

8、输入输出测量值自动控制装置+被控对象几个概念被控制量c：在控制系统中．按规定的任务需要加以控制的物理量。控制量u：作为被控制量的控制指令而加给系统的输入量．也称控制输入。扰动量d：干扰或破坏系统按预定规律运行的输入量，也称扰动输入。自动控制系统的特点存在反馈，输出量参与控制；基于偏差进行控制反馈（偏差、闭环）控制系统