电气自动控制原理与系统第2版 教学课件 作者 陈渝光 主编 第一章.ppt

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1、第一章自动控制系统的基本概念第一节开环控制与闭环控制第二节自动控制系统分类第三节对控制系统的性能要求第四节研究自动控制系统的方法本章小结主要内容第一章自动控制系统的基本概念自动控制学科由自动控制技术和自动控制理论两部分组成。自动控制技术广泛地应用于机械、冶金、石油、化工、电子、电力、交通运输、航天航空、航海、生物工程及管理工程等各个学科领域。尽管自动控制系统种类繁多，其结构和用途各异，但它们的基本原理是一样的。自动控制理论就是在解决各种自动控制技术问题的过程中逐步形成和发展起来的研究自动控制技术的一门基础理论，它是分析、设计和

2、调试自动控制系统的理论基础。自动控制理论的分类：大致分为经典控制理论和现代控制理论。自动控制理论经典控制理论——以传递函数作为数学工具，采用时域分析法、频域分析法和根轨迹分析法等方法，研究单输入、单输出自动控制系统的分析与设计问题。现代控制理论——以矩阵理论等数学方法作为数学工具，采用状态空间分析法等方法，研究复杂的多变量控制系统、变参数非线性系统、最优控制、动态系统辨识、自适应控制、人工智能控制，以及将过程控制与信息处理相结合的综合自动控制。第一节开环控制与闭环控制控制系统就是通过执行规定的功能来实现某一给定目标的一些相互关

3、联单元的组合。由人直接或间接操作执行装置的控制方式称为手动控制；无需人去直接或间接操纵执行机构，利用控制装置（控制器）控制被控制量自动地按预定的规律变化的过程则称为自动控制。开环控制系统开环控制系统开环控制系统是指系统的输出端和输入端不存在反馈关系，系统的输出量对控制作用不发生影响的系统。这种系统既不需要对输出量进行测量，也不需要将输出量反馈到输入端与输入量进行比较，控制装置与被控对象之间只有顺向作用，没有反向联系。一般开环控制系统框图开环控制系统的特点优点：结构简单，系统稳定性好，调试方便，成本低。缺点：当控制过程中受到来自

4、系统外部的各种扰动因素，如负载变化、电源电压波动等，以及来自系统内部的扰动因素，如元件参数变化等，都将会直接影响到输出量，而控制系统不能自动进行补偿。适用范围：用于控制性能要求不高，系统输入与输出关系明确、干扰较小且相对稳定的场合。闭环控制控制系统系统的控制装置和被控对象不仅有顺向作用，而且输出端和输入端之间存在反馈关系，所以称为闭环控制系统。一般闭环控制系统框图闭环控制系统的特点闭环控制系统利用了负反馈获取偏差信号，利用偏差产生控制作用去克服偏差。这种控制原理称为反馈控制原理。优点：系统具有抗扰能力，除对反馈通道上的元件精度

5、和给定信号装置的精度要求较高外，对系统中的其它元器件的要求不高。缺点：安装、调试较困难，如调试水平欠佳，系统可能工作不稳定。开环系统示例闭环系统示例n↓→ufn↓→ue＝（ur—ufn）↑→uc↑→ud↑→n↑控制系统常用参数指令信号（CommandSignal）s输入元件（InputElement）参考输入量（ReferenceInputVariable）r比较元件（ComparingElement）cp偏差信号（ErrorSignal）e放大元件（AmplificationElement）校正元件（Compensation

6、Element）执行元件（ExecutiveElement）操纵量（ManipulationVariable）m被控对象（ControlledPlant）被控量（ControlledVariable）c扰动量（Disturbance）d反馈元件（FeedbackElement）反馈信号（FeedbackSignal）b间接被控量q第二节自动控制系统分类一.按控制策略分类（1）顺序自动控制(即开环控制)时间顺序控制条件顺序控制（2）反馈控制系统二．按照参考输入量变化的规律分类（1）恒值控制系统（2）随动系统（3）程序控制系统恒值

7、控制系统系统的参考输入量是恒值，并要求系统的输出量相应地保持恒定。恒值控制系统是最常见的一类自动控制系统，如自动调速系统，恒温控制系统，恒张力控制系统，以及工业生产中的恒压（压力）、稳压（电压）、稳流（电流）、恒频（频率）自动控制系统都属于恒值控制系统。恒值控制系统如图所示为一自动调速系统。n↓→ufn↓→ue＝（ur—ufn）↑→uc↑→ud↑→n↑恒温自动控制系统温度↑→ufT↑→Δu↓→产生电压ud→电动机转动→带动调压器滑动臂转动→ur↓→温度↓→直到Δu=0→电动机停转→温度恒定。液位自动控制系统水位↑→浮子上浮→下

8、触点闭合→电动机正转→关小阀门→水位↓→下触点断开→电动机停止工作→水位恒定在规定的范围内。恒张力自动控制系统张力↑→滚筒摇臂失去平衡而上移→产生偏角位移量→偏差电压↑→电制动器制动力矩↓→张力↓→直到张力达到平衡。随动系统φ1↑→Δu↑→ud↑→电动机带动φ2↑→直到φ1=