第1章 自动控制原理概述-1new

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1、第一章绪论自动控制系统的基本概念自动控制系统的类型反馈控制原理自动控制系统的基本组成自动控制系统的基本要求系统功能方框图的表示方法1、被控对象：指要求实现控制的机器设备或生产过程。2、被控量：表示设备工作状态的物理参量。3、给定值：物理参量的要求值。控制就是使被控对象的被控量等于给定值。1.1自动控制概述1.1.1控制的概念1.1.2举例——家用空调设备功能：使房间的温度控制在人感觉舒适的范围。被控对象被控量给定值房间交换设备控制板压缩机如何自动控制房间温度？传感器1.1.3自动控制的概念所谓自动控制，就是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备（称为控制器）操作被控对象（如机器、设备或生

2、产过程）的某个状态或参数（称为被控量）使其按预先设定的规律自动运行。经典控制理论：以传递函数为基础，研究单输入单输出控制系统。智能控制理论：用人工智能等方法研究复杂的集散控制系统DCS。现代控制理论：用状态空间分析法来分析多输入多输出控制系统。1.2.1按信息传递路径来分1.2自动控制系统的类型开环系统、闭环系统和复合系统三种。执行元件参考输入控制变量被控制量扰动量被控对象控制器1、开环系统：在控制器与被控对象之间只有正向作用，没有反馈控制作用的控制系统。iaEMLi(t)放大器iJuaur激磁绕组减速器负载如：洗衣机，交通灯等，一般基于时序或给定逻辑的控制都是开环控制。执行元件参考输入控

3、制变量被控制量扰动量被控对象控制器偏差测量元件2、闭环系统：指控制装置与被控对象之间既有正向作用，又有反馈控制的控制系统，即测量元件测量被控制量，反馈到输入端与参考输入相比较，产生偏差信号。对偏差信号放大变换，使被控制量按特定规律变化的系统。开环系统、闭环系统的特点比较开环系统闭环系统只有正向作用，没有反馈作用既有正向作用，又有反馈控制控制精度取决于元器件的精度和系统调整精度控制精度与元件精度、控制方法、调整精度有关，控制精度较高没有抑制内、外干扰的能力有抑制干扰的能力没有稳定性问题可能引起过调误差，导致振荡系统结构简单、成本低结构复杂，成本相对较高1.2.2按输出量给定值的变化来分1、自动

4、调整系统特征：输入信号为常数典型系统：电压、电流、温度、压力、流量等控制2、随动系统（伺服控制系统）特征：输入信号是未知的随时间变化任意函数。典型系统：雷达天线控制系统、火炮自动瞄准、导弹制导。3、程序控制系统特征：输入信号为预知的随时间变化函数。典型系统：霓虹灯、交通灯；热处理炉控制系统、程序控制机床；灌装生产线、自动生产流水线。2、非线性系统特征：系统中含有至少一个非线性元件、系统运动方程需用非线性方程或差分方程描述。典型非线性：饱和、死区、继电器、传动间隙。1.2.3按系统的特性来分1、线性系统特征：系统中各元件输入输出特性是线性特性，系统的状态和性能可用线性微分方程或差分方程描述。线

5、性系统满足叠加原理。1.2.4按系统中参数随时间变化来分1、定常系统：系统的结构和参数是确定的，都不随时间而变化。2、时变系统：系统的结构和参数都随时间而变化。1.2.5按系统传递信号与时间的关系分类1、连续系统：系统各环节之间传递的信号均为时间的连续函数，一般用微分方程描述。2、离散系统：在信号传递过程中，至少有一处的信号是脉冲序列或数字编码。分类小结闭环系统开环系统自动调整系统随动系统程序控制系统线性系统非线性系统本课程研究对象：线性定常连续SISO闭环系统定常系统时变系统连续系统离散系统系统特性

6、参数变化

7、时间关系

8、输入量

9、信息路径1.3.1反馈的概念定义：把系统的输出信号直接或经过变

10、换后全部或部分的返回到输入系统的过程。1.3反馈控制理论正反馈负反馈1.3.2负反馈控制的概念给定输入量的值，通过控制器控制被控对象产生一个输出量，测量元件测量到这个输出量，反馈到输入端与输入量相比较，产生偏差（对偏差信号放大变换），使被控对象克服干扰并使输出量按特定规律变化。参考输入控制量输出量被控对象控制器扰动量偏差测量元件1.4自动控制系统的组成家用空调系统的组成温度设定温度比较控制单元执行机构室温温度测量自动控制系统的组成：校正元件。给定元件(输入量)比较元件(偏差信号)放大元件(控制量)测量元件执行元件放大与串联补偿执行元件被控对象测量元件输入量偏差反馈量被控制量系统的方框图：由方

11、框、箭头、求和圆、引出点组成，是分析系统内各部分之间关系的图解法。直接操纵被控对象，改变被控制量。如电动机，温控系统的加热器。测量被控制量，产生与被控制量有一定函数关系的信号。测量元件的精度要高于系统精度。对信号进行幅值和功率的放大，以及信号形式的变换。用于改善系统的动态和稳态性能。实现参考输入与反馈量的比较，产生偏差信号。给定与被控制量期望值对应的输入量。1.5.1自动控制系统的基本要求稳定性是前提；准确性