自动控制原理课件 第一章 绪论1

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1、自动控制原理AutomaticControlTheory周国雄中南林业科技大学2010年9月1第一章绪论Introduction1.1自动控制和自动控制系统1.2自动控制系统的工作原理1.3闭环控制系统的基本组成1.4对自动控制系统的基本要求1.5自动控制系统的分类1.6控制系统举例1.7自动控制理论的发展简史1.8控制系统的计算机辅助设计21.1自动控制和自动控制系统自动控制系统在没有人直接参与下，利用采集和加工的信息，构造控制装置（控制器）按一定的控制规律产生作用，使受控客体（控制对象）某一物理量（被控量）达到所要求的性能或实现预定目标的系统。◆控制对象：控制系统要进行控

2、制的受控客体如冰箱、空调、洗衣机、电梯、飞机、汽车、潜艇、电厂锅炉、酿酒过程等各种机器或生产过程。◆被控量：控制对象要实现的量如冰箱温度、电机的转速、飞机姿态角、船的航迹、电网的电压、生产过程中的压力、流量、温度、湿度等。31.2自动控制系统的工作原理按控制方式开环控制闭环控制（反馈控制、伺服控制）复合控制按对象方式运动控制（电机调速、机器人）过程控制（锅炉过程、化工过程）4开环控制系统Open-loopControlSystem◆定义：系统的控制输入不受输出影响的控制系统◆特点：系统的输出量与输入量间不存在反馈的通道，这种控制方式称为开环控制在开环控制系统中，不需要对输出量

3、进行测量，也不需要将输出量反馈到系统输入端与输入量进行比较。因此，开环控制系统又称无反馈控制系统。控制器对象或过程输入量输出量图1.1开环控制系统框图5闭环控制系统Closed-loopControlSystem闭环控制系统又称反馈控制系统反馈——把取出的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称为反馈。反馈控制——采用负反馈(正反馈较少)并利用偏差进行控制的过程（利用偏差修正偏差）。由于引入了被反馈量的反馈信息，整个控制过程成为闭合的，因此反馈控制也称为闭环控制。6闭环控制系统图1.2闭环控制系统框图输入量控制器控制对象测量元件输出量反馈回路被控量干扰量7闭

4、环与开环控制系统的比较开环控制：顺向作用，没有反向的联系，没有修正偏差能力，抗扰动性较差。结构简单、调整方便、成本低。在精度要求不高或扰动影响较小的场合，这种控制方式还有一定的实用价值（步进电机，水泵，风扇）。闭环控制：为偏差控制，可以抑制内（系统参数变化）、外扰动（负载变化）对被控制量产生的影响，因此，控制精度高。但是结构复杂，成本高（价格成倍增加，车床、洗衣机、小轿车）；系统设计、分析麻烦。8复合控制系统CompoundControlSystem定义：开环控制和闭环控制相结合的一种控制方式构成高精度控制系统的一种有效控制方式，使控制系统具有良好的控制性能。复合控制的两种基

5、本形式按输入前馈补偿的复合控制按干扰前馈补偿的复合控制9图1.3干扰补偿的复合控制系统框图输入量控制器控制对象测量元件输出量反馈回路被控量干扰量前馈补偿10图1.4输入补偿的复合控制系统框图输入量控制器控制对象测量元件输出量反馈回路被控量干扰量前馈补偿11用“○”号代表比较装置，“—”号代表两者符号相反。信号沿箭头方向从输入端到达输出端的传输通路称前向通路；系统输出量经测量装置反馈到输入端的传输通路称主反馈通路。前向通路与主反馈通路共同构成主回路。此外，还有局部反馈通路以及由它构成的内回路。图1.5闭环控系统基本组成框图串连校正装置放大装置执行机构被控对象反馈校正装置测量装置

6、被控量给定装置——1.3闭环控制系统的基本组成12给定装置：产生给定值或输入信号（量）（即参考量或期望值）测量装置：测量被控制的物理量（被控量），用于产生反馈信号各种传感器：测速发电机、电位计、热电偶等。比较装置：把测量元件检测的实际值（被控量）与给定元件给出的参考量进行比较，求出它们之间的偏差。如差动放大器、自整角机。放大装置：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，如放大器、晶闸管。执行机构：直接推动被控对象，使其被控量发生变化。如步进电机，继电器开关。补偿装置：它是结构或参数便于调整的元件或机构，用串联或反馈的方式连接在系统中，以改善控制系统性能。

7、工业应用的控制系统：电动、汽（气）动、液动。131.4对自动控制系统的基本要求过渡过程：在输入量作用下，系统的输出变量由初始状态达到最终稳态过程稳态过程：过渡过程结束后的输出响应自动控制系统性能的基本要求（三个方面）●稳定性Stability●过渡过程性能（快速性，平滑性）DynamicPerformanceSpecification●稳态误差（准确性或控制精度）Steady-stateError14稳定性:系统受到短暂的扰动后其运动性能从偏差平衡点恢复到原来平衡状态的能力。稳定性是对系统的基本要求，不