自动控制原理教案(电气07专业)

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1、《自动控制原理》教学课件适用于电气工程及其自动化专业教学制作者：禹柳飞教学教材：孙德宝主编的《自动控制原理》化学工业出版社课程性质：是电类专业各学科的一门专业基础课。课程主要内容：自动控制系统的建模、分析与设计。课程特点：内容多，课时少，需要在课外花更多的时间来学习，属于考试课程。第一章控制系统导论本章提纲1.1自动控制的基本原理1.2自动控制系统的分类1.3对控制系统的基本要求1.4自动控制的发展简史本章小结本章提要本章提要：本章将讨论自动控制的基本概念，自动控制系统的分类，对控制系统的基本要求，自动控制的历史等问题。1.1自动控制的基本原理自动控制作为一种技

2、术手段已经广泛地应用于工业、农业、国防乃至日常生活和社会科学许多领域。所谓自动控制就是指在脱离人的直接干预，利用控制装置（简称控制器）使被控对象（如设备生产过程等）的工作状态或简称被控量（如温度、压力、流量、速度、pH值等）按照预定的规律运行。实现上述控制目的，由相互制约的各部分按一定规律组成的具有特定功能的整体称为自动控制系统。从物理角度上来看，自动控制理论研究的是特定激励作用下的系统响应变化情况；从数学角度上来看，研究的是输入与输出之间的映射关系；从信息处理的角度来看，研究的是信息的获取、处理、变换、输出等问题。随着科学技术的进步，自动控制的概念也在扩大，政

3、治、经济、社会等各个领域也越来越多地被认为与自动控制有关。现在已发展成为一门独立的学科——控制论。其中包括：工程控制论、生物控制论和经济控制论。1.1.1一个实例直流电动机速度自动控制的原理结构图如图1-1所示。图中，电位器电压为输入信号。测速发电机是电动机转速的测量元件，又称为变送元件（变送器）。图1-1中，代表电动机转速变化的测速发电机电压送到输入端与电位器电压进行比较，两者的差值（又称偏差信号）控制功率放大器（控制器），控制器的输出控制电动机的转速，这就形成了电动机转速自动控制系统。图1-1直流电动机速度自动控制的原理结构图当电源变化、负载变化等引起转速变

4、化，称为扰动。电动机被称为被控对象，转速称为被控量，当电动机受到扰动后，转速（被控量）发生变化，经测量元件（测速发电机）将转速信号（又称为反馈信号）反馈到控制器（功率放大器），使控制器的输出（称为控制量）发生相应的变化，从而可以自动地保持转速不变或使偏差保持在允许的范围内。1.1.2控制系统方框图自动控制系统至少包括测量、变送元件、控制器等组成的自动控制装置和被控对象，它的组成方框图如图1-2所示。图1-2自动控制系统的组成框图液位控制系统控制器减速器电动机电位器浮子用水开关Q2Q1cifSM请同学们画出该系统的方框图课堂作业:1.2自动控制系统的分类下面介绍几

5、种常用的自动控制系统分类方法。1.2.1按信号的传递路径来分1.2.2按系统输入信号的变化规律不同来分1.2.3按系统传输信号的性质来分1.2.4按描述系统的数学模型不同来分1.2.5其它分类方法图1-3微型计算机控制机床（开环系统）1.2.1按信号的传递路径来分1开环控制系统指系统的输出端与输入端不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用不发生影响的系统。如工业上使用的数字程序控制机床，参见图1-3。系统每一个输入信号，必有一个固定的工作状态和一个系统的输出量与之相对应，但是不具有修正由于扰动而出现的被控制量希望值与实际值之间误差的能力。例如，执行机构步进电机出现

6、失步，机床某部分未能准确地执行程序指令的要求，切削刀具偏离了希望值，控制指令并不会相应地改变。开环系统结构简单，成本低廉，工作稳定。但开环控制不能自动修正被控制量的误差、系统元件参数的变化以及外来未知干扰都会影响系统精度的。图1-4微型计算机控制机床（闭环系统）2闭环控制系统系统输出信号与输入端之间存在反馈回路的系统，叫闭环控制系统。闭环控制系统也叫反馈控制系统。“闭环”这个术语的含义，就是应用反馈作用来减小系统误差如图1-4所示。在图1-4中，引入了反馈测量元件，闭环控制系统由于有“反馈”作用的存在，具有自动修正被控制量出现偏差的能力，可以修正元件参数变化及外

7、界扰动引起的误差，所以其控制效果好，精度高。闭环控制系统不足之处，除了结构复杂，成本较高外，一个主要的问题是由于反馈的存在，控制系统可能出现“振荡”。3复合控制系统复合控制是闭环控制和开环控制相结合的一种方式。它是在闭环控制等基础上增加一个干扰信号的补偿控制，以提高控制系统的抗干扰能力。图1-5复合控制系统框图增加干扰信号的补偿控制作用，可以在干扰对被控量产生不利影响的同时及时提供控制作用以抵消此不利影响。纯闭环控制则要等待该不利影响反映到被控信号之后才引起控制作用，对干扰的反应较慢。两者的结合既能得到高精度控制，又能提高抗干扰能力。1.2.2按系统输入信号的变

8、化规律不同来分1、恒值控