第1章自动控制原理(课件)

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1、1自动控制原理（第2版）2课时安排授课81课时实验9课时34第一章自动控制系统的基本概念1.1自动控制的基本方式1.2闭环系统的基本组成1.3自动控制系统的分类1.4对控制系统的基本要求56操作步骤71.1自动控制的基本方式一、两个定义：（1）自动控制：在没人直接参与的情况下，利用控制装置使被控对象或过程自动地按预定规律或数值运行。（2）自动控制系统：能够对被控对象的工作状态进行自动控制系统。一般由控制器(含测量元件)和控制对象组成。举例：水位控制系统功率放大器进水ΔUΔh+5-5h要求，接电位器中点自动控制受控对

2、象：水池；输出量：实际水位（h实）；输入量：要求水位（h要）检测装置——浮子；执行机构——电动机干扰输入量：用水流量；功率放大器信号的飘移等10三种基本控制方式1、开环控制方式控制系统的输出量对系统没有控制作用，这种系统是开环控制系统。开环控制系统的特点：（1）系统输出量对控制作用无影响（2）无反馈环节（3）出现干扰靠人工消除（4）无法实现高精度控制11举例2：开环调速系统（不考虑测速反馈）工作原理：改变电位器滑动端的位置，相应地改变了电压Ug值的大小，其值经功率放大器放大后施加在直流电动机的电枢两端，由于直流电动

3、机具有恒定的励磁电流。因此，随着电枢电压值的不同，电动机便以不同的转速带动生产机械运转。于是，改变Ug的大小，便控制了电动机转速的高低。系统中，Ug是给定输入量；电动机的转速n是系统的输出量即被控量，功率放大器的电源电压波动、放大系数漂移、拖动负载的变化等，是扰动输入量。可见，系统的输出量，即电动机的转速并没有参予系统的控制。开环控制系统职能框图任何开环控制系统，从组成系统元部件的职能角度看，均可用下面的结构框图表示。2、闭环控制方式：把输出量直接或间接地反馈到系统的输入端，形成闭环，参与控制，这种系统叫闭环控制系

4、统。实际的闭环控制系统，都是于负反馈的形式出现。举例3：闭环调速系统举例4：发电机励磁控制系统闭控制系统职能框图任何闭环控制系统，从组成系统元部件的职能角度看，均可用下面的结构框图表示。3、复合控制方式开环控制+闭环控制两种结构：按输入信号补偿按扰动信号补偿15扰动补偿电压放大器UB1.2闭环系统的基本组成一、基本组成基本元部件：（1）控制对象：进行控制的设备或过程。（工作机械）（2）执行机构：执行机构直接作用于控制对象。（电动机）（3）检测装置：用来检测被控量，将其转换成与给定量相同的物理量（测速机）（4）中间环

5、节：一般指放大元件。（放大器，可控硅整流功放）（5）给定环节：设定被控量的给定值。（电位器）（6）比较环节：将所测的被控量与给定量比较，确定两者偏差量。（7）校正环节：用于改善系统性能。校正环节可加于偏差信号与输出信号之间的通道内，也可加于某一局部反馈通道内。前者称为串联校正，后者称为并联校正或反馈校正。二、闭环控制系统的主要特点（1）系统输出量直接或简接地参予了对系统的控制作用（2）有负反馈环节，并应用反馈减小或消除误差（3）当出现干扰时，可以自动减弱其影响（4）系统可能工作不稳定181.3自动控制系统的分类一、

6、按数学描述形式分类：1．线性系统和非线性系统（1）线性系统：用线性微分方程或线性差分方程描述的系统。重要性质：满足叠加性和齐次性当系统输入为、时，系统为、，则系统总的输出为——叠加性当输入为，则输出——齐次性（2）非线性系统：用非线性微分方程或差分方程描述的系统。重要性质：不满足叠加性和齐次性注意：任何的物理系统都是非线性的，但是在一定条件下可以将某些非线性特性线性化，近似地用线性微分方程去描述，这样就可以按照线性系统来处理。2．连续系统和离散系统（1）连续系统：系统中各元件的输入量和输出量均为时间t的连续函数。连

7、续系统的运动规律可用微分方程描述，系统中各部分信号都是模拟量。（2）离散系统：系统中某一处或几处的信号是以脉冲系列或数码的形式传递的系统。离散系统的运动规律可以用差分方程来描述。计算机控制系统就是典型的离散系统。二、按给定信号分类（1）恒值控制系统：给定值不变，要求系统输出量以一定的精度接近给定希望值的系统。如生产过程中的温度、压力、流量、液位高度、电动机转速等自动控制系统属于恒值系统。（2）随动控制系统：给定值按未知时间函数变化，要求输出跟随给定值的变化。如跟随卫星的雷达天线系统。（3）程序控制系统：给定值按一定

8、时间函数变化。如程控机床。21例位置随动系统1.4对控制系统的基本要求对控制系统的基本要求归纳为稳定性、动态特性和稳态特性三个方面。一、系统的暂态过程系统应满足暂态性能要求，当系统给定量或扰动量突然增加，输出量也应变化，如果系统没有惯性，则可瞬间达到稳态。但由于系统存在惯性，如电磁惯性、机械惯性，输出量不可能突变，则系统需一个暂态过程后达到稳态，暂态过程有以