《自动控制原理讲》PPT课件

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1、自动控制原理第一章导论本讲主要内容:1.11.2.1.3.1.4.1.5.控制的定义控制系统的工作原理和组成控制理论的中心问题自动控制理论的学习内容控制理论的历史发展控制的本意:为了达到某种目的对事物进行支配、管束、管制、管理、监督、镇压。自动控制:在没有人直接参与的情况下，利用控制装置或控制器,使机器、设备或生产过程（被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。Part：1.1控制的定义例1.[钢铁轧制]:轧出厚度一致的高精度铁板温度控制,生铁成分控制,厚度控制,张力控制,等等。例2.[程控机

2、床]:自动进刀切削，加工出预期的几何形状直线、圆弧等各种差补控制，进给量控制,等等。Part1.2控制系统的工作原理和组成恒温箱温度控制人工控温自动控温液位控制系统人工/自动控制!SomeExamples[动态过程]观测恒温箱内的温度（被控制量）与要求的温度（给定值）进行比较得到温度偏差的大小和方向根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电阻丝的电流以调节温度回复到要求值。[实质]检测偏差再纠正偏差。1.人工控制恒温箱123Part1.2.1控制系统的工作原理温度偏差信号经电压、功率放大后，用以驱动执行电动机，并通过传动

3、机构拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向减小电流的方向运动，反之加大电流，直到温度达到给定值为止，此时，偏差u=0,电机停止转动。[动态过程]2.恒温箱自动控制系统恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压u2恒温箱期望温度由电压u1给定，并与实际温度u2比较得到温度偏差信号u=u1-u2系统原理方块图[实质]检测偏差纠正偏差系统方框图符号组成1.2.1控制系统的工作原理从恒温箱控制系统功能框图可见：给定量位于系统的输入端，称为系统输入量，也称为参考输入量（信号）。被控制量位于系统的输出端，为系统输出量。输出量（全部

4、或一部分）通过测量装置返回系统的输入端（反馈信号），使之与输入量进行比较，产生偏差（给定信号与返回的输出信号之差）信号。输出量的返回过程称为反馈。综上所述控制系统的工作原理：检测输出量（被控制量）的实际值；将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差；利用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输出量维持期望的输出。由于输出量的反馈，系统能在扰动的情况下，自动减少系统的输出量与参考输入量（希望的状态）之间的偏差，称之为反馈控制。显然：反馈控制建立在偏差基础上，其控制方式是“检测偏差再纠正偏差”。1.2.3开环控制与闭

5、环控制开环控制与闭环控制实际的控制系统根据有无反馈作用可分为三类：开环控制系统闭环控制系统复合控制系统1.开环控制控制器与被控对象间只有顺序作用而无反向联系且控制单方向进行。数控机床的开环控制系统方块图优点：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力。2.闭环控制闭环控制系统特点：输出端和输入端之间存在反馈，输出量对控制过程有直接影响。闭环的作用：利用反馈，减少偏差。优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感缺点：存在稳定、振

6、荡、超调等问题，系统性能分析和设计麻烦。复合控制特点：按偏差控制和按扰动补偿相结合的控制方式称为复合控制方式优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感。缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析和设计麻烦。闭环控制优点：简单、稳定、可靠。若组成系统的元件特性和参数值比较稳定，且外界干扰较小，开环控制能够保持一定的精度。缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力。开环控制复合控制E.g.液位控制原型：古代水钟“铜壶滴漏”Q2H1H2Q1系统原理方块图[实质]检测偏差纠正偏差。控制器正/负反馈液位控制系统负反馈正反馈l1Q1

7、HQ2l2Q1Q2l2Hl1Part1.2.4闭环控制系统的组成闭环控制系统的组成1给定元件：产生给定信号或输入信号。2反馈元件：测量被控制量（输出量），产生反馈信号。为便于传输，反馈信号通常为电信号。3比较元件：对给定信号和反馈信号进行比较，产生偏差信号。4放大元件：对偏差信号进行放大，使之有足够的能量驱动执行元件实现控制功能。5执行元件：直接对受控对象进行操纵的元件，如电动机、液压马达等。6校正元件：用以改善系统控制质量的装置。校正元件分为串联和并联两种。控制系统中比较元件、放大元件、执行元件和反馈元件等共同起控制作

8、用，统称为控制器。实际的控制系统中，扰动总是不可避免的，扰动分为内部扰动和外部扰动。Part1.3控制理论的中心问题稳定性：系统动态过程的振荡倾向及其恢复平衡状态的能力。稳定的系统当输出量偏离平衡状态时，其输出能随时间的增长收敛并回到初始平衡状态。稳定性是控制系统正常工作的先决条件。线性控制系统稳定性由系统结构所决定