自动控制原理 教学课件 作者 周武能 第1章.ppt

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1、-1-第1章　绪论本章先通过几个工程实例介绍自动控制系统的结构及工作原理，接着按控制方式(或信号的传递路径)、按系统的输入输出特性、按系统内部传输信号的性质、按系统参考输入信号的变化规律等四种分类方法将自动控制系统进行分类，最后介绍自动控制系统理论的研究任务和发展简史。-2-1.1引言所谓自动控制系统是不需要人的直接参与，利用控制器使被控对象的某些物理量或称被控量按照指定的规律变化的系统。自动控制系统的例子不胜枚举，它广泛存在于工业、农业、军事、航天、交通、能源、生物乃至社会科学等。被控物理量也是千变万化的，如温度、压力、流量、电压、转速、位移、角度和力等。自动控制方法发展至今已形成了一门

2、非常成熟的理论和技术。自动控制技术广泛应用于各行各业。自动控制技术的广泛应用，不仅使生产设备或过程实现自动化、极大地提高了生产效率和产品质量、改善了劳动条件、减少了劳动强度，而且在人类征服大自然、探索新能源、发展空间技术、节能减排、防灾减灾和改善人民生活等方面都发挥了极其重要的作用。1.2自动控制系统实例为了对控制系统有一个较清晰的理解，下面列举两个自动控制系统的实例用以说明自动控制系统的结构和工作原理。1.2.1液面高度控制系统例1-1液面高度控制系统。以下分手动和自动等两种情形分别说明控制系统的结构和工作原理。1.液面高度人工控制系统。如图1-1所示，为出水阀，为进水阀，为要求的液面高

3、度。图1-1液面高度人工控制系统-3-1.2自动控制系统实例(续)在这个系统中，被控对象是水池。人要用眼睛去观测液面高度,并用大脑与期望的高度进行比较，当大于时，用手往小的方向拧进水阀，直至液面高度降至要求的高度以完成控制。这个系统中大体有被控对象(水池)、测量装置(眼睛)、比较装置(大脑)、控制装置(手)、执行装置(阀门)等，其工作原理如图1-2所示。-4-图1-2液面高度人工控制系统工作原理图人工控制的不足主要是控制的精度不够以及劳动强度大等。1.2自动控制系统实例(续)2.液面高度自动控制系统。如图1-3所示，为出水阀，为进水阀，为要求的液面高度。图1-3液面高度自动控制系统在这个系

4、统中，被控对象是水池。当水池液面高度因出水阀开度的增大而有所降低时，通过浮子检测到实际高度，利用比较装置得到一个误差值，系统立即产生一个与误差值成比例的误差电压，-5-1.2自动控制系统实例(续)该电压经放大器放大后供电给进水阀的拖动电动机，使阀的开度也相应地增大，直至使水池的液面高度回复到所期望的高度。这个系统中大体也有被控对象(水池)、测量装置(浮子)、比较装置(内置)、控制装置(功率放大器)、执行装置(拖动电动机和阀门)等，其工作原理如图1-4所示。图1-4液面高度自动控制系统工作原理图自动控制克服了人工控制的不足，提高了工作效率。-6-1.2自动控制系统实例(续)1.2.2位置直流

5、随动系统例1-2位置直流随动系统。图1-5是一个位置直流随动系统。图1-5位置直流随动系统-7-1.2自动控制系统实例(续)该系统是用一对电位器作为位置的测量装置，它们分别把系统的输入与输出的位置信号转换成与之成比例的电信号，并进行比较。当发送电位器和接收电位器的转角相等时，，电动机处于静止状态。若使发送电位器的动臂按逆时针方向增加一个角度，此时由于大于而产生一个相应的误差电压，经放大器放大后供电给直流电动机，使之带动负载和接收电位器的动臂一起旋转，一直到为止。这个系统中大体也有被控对象(减速器)、测量装置(电位器)、比较装置(内置)、控制装置(功率放大器)、执行装置(电动机)等，其工作原

6、理如图1-6所示。-8-图1-6位置直流随动系统的工作原理图1.3自动控制系统结构及工作原理从节1.2中的两个例子可得出自动控制系统的一般结构和工作原理如图1-7所示。下面分别说明图中的各个部分。图1-7自动控制系统的结构和工作原理图被控对象：具有某种被控量(如高度、位移、温度等)的装置或元件。系统输出：被控量的当前值。系统输出的值亦称为被控量或被控参数，通常用字母表示。-9-1.3控制系统结构及工作原理(续)测量装置：用于测量被控量的当前值，测量装置一般由传感器构成。系统输入：被控量的期望值。系统输入亦称为期望值或给(设)定值或参考输入等，通常用字母表示。比较装置：用于计算被控量的当前值

7、与期望值之差，此差值一般称为误差或偏差，用字母表示。控制装置：基于被控量的误差值，用某种手段使此误差值变为零的装置，比如功率放大器，它的作用是当测量装置测得的信号与给定信号比较后得到的误差信号不足以使执行装置动作时，加装放大装置，可以提高系统的控制精度。控制装置亦称为控制器。执行装置：用于直接驱动被控对象，使被控量达到期望值。执行装置亦称为执行器。-10-1.3控制系统结构及工作原理(续)以上五个装置是自动控制系统所普遍