自动控制系统的的基本原理与结构

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1、第一章绪论1.1.引言1.2.自动控制系统的的基本原理与结构★主要内容1.3.自动控制系统分类1.4.对自动控制系统的基本要求自动控制理论是研究自动控制共同规律的技术科学。它是采用数学的方法对自动控制系统进行分析与综合的一般理论。所谓分析指在给出系统数学模型的基础上确定系统的性能。所谓综合指在对系统性能提出要求的基础上，确定一个满足要求的系统模型。1.1引言自动控制理论古典控制理论（20世纪40年代）以传递函数为工具和基础，以频域法和根轨迹法为核心，研究单输入-单输出线性定常控制系统的分析与设计问题。现代控制理论（20世纪60年代）以状态空间法为标志和基础，以矩阵论和近代数学方法作为工

2、具，研究多输入-多输出、变参数（时变）、非线性、高精度等各种复杂系统的分析与设计问题。自动控制理论1.2自动控制系统的基本原理与结构自动控制(Automaticcontrol):所谓自动控制是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置(称为控制器)，使机器、设备或生产过程(称为被控对象)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。自动控制系统自动控制系统是为实现某一控制目标，将被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来组成的一个有机总体。金属切削机床的速度在电网电压或负载变化时，能自动保持近似地不变,按照预定的程序自动地切削工件机器人按照预定的程序进行工作宇宙飞船能准

3、确地在月球着陆，并进行成功回收一.开环控制定义1.2.1开环控制(Open-loopcontrol)开环控制是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制过程，按这种控制方式组成的系统称为开环控制系统。分类：1.按给定量控制方式组成的开环控制系统2.按扰动控制方式组成的开环控制系统图1-1按给定量控制方式组成的开环控制系统框图1.按给定量控制方式组成的开环控制系统图1-2直流电动机转速开环控制系统原理图例图1-3直流电动机转速开环控制方框图图1-2直流电动机转速开环控制系统原理图例工作原理分析：Rw向上→Ug↑→晶闸管整流装置的触发电路便产生一串与电压Ug相对应的、具有一定

4、相位的触发脉冲去控制晶闸管的导通角→晶闸管放大器的输出电压Ud↑→n↑图1-3直流电动机转速开环控制方框图各组成元件功能分析：输入量（控制量）:用以控制电动机M转速的给定电压Ug被控对象:电动机输出量（被控制量）:负载的转速n①输入量与输出量一一对应。二.开环控制特点：②信号单方向传递即只有输入量对输出量产生控制作用。③系统反映速度快,但没有抗干扰能力,控制精度不高。控制器被控对象输入量输出量控制信号扰动量一.闭环控制定义：闭环控制是指控制装置与被控对象之间既有顺向作用，又有反向联系的控制过程。这种控制系统由于存在输出对输入的反馈，因此对系统的输出形成了一个闭合的回路，故称为闭环控制系

5、统，又称反馈控制系统。1.2.2闭环控制(closed-loopcontrol)二.闭环控制系统的组成给定元件Commandinput控制器Controller测量元件MeasuringDevice放大元件Amplifier执行元件Actuator比较元件Comparator被控对象ControlledsystemDisturbanceinput三.闭环控制系统的结构原理图图1-6闭环控制系统组成框图图中，用“”代表多路信号汇合点，“+”表示信号相加，“-”表示信号相减。测量元件：其职能是测量被控制的物理量;给定元件：其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量（即参据量）。比较元件：

6、把测量元件检测的被控量实际值与给定元件给出的参据量进行比较，求出它们之间的偏差。放大元件：将比较元件给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。执行元件：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。校正元件：亦称补偿元件，它是结构或参数便于调整的元件，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善系统性能。图1-7直流电动机转速闭环控制系统图1-8直流电动机转速闭环控制方框图工作原理分析：当系统受到扰动影响，如电动机的负载转矩TL↑→流经电动机电枢中的电流Id↑→电枢电阻上的压降↑→n↓→Uf↓→△U=(Ug-Uf)↑→Uk↑→Ud↑→n↑图1-8直流电动机转速闭环控制方框图例图1-17是一

7、个控制导弹发射架方位的角位置随动系统原理图。图中，电位器P1,P2并联后跨接到同一电源E0的两端，其滑臂分别与输入轴和输出轴相连接，以组成方位角的给定装置和反馈装置。输入轴由手轮操纵，输出轴则由电动机经减速器后带动，电动机采用电枢控制方式工作。它的原理框图如图1-18所示。图1-17角位置随动系统的原理图图1-17角位置随动系统的原理图图1-17角位置随动系统的原理图图1-18角位置随动系统的方框图2．工作原理分析：当发送电位器P1与接收电位器