自动控制原理教（学）案_自控学习与解题指导.doc

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1、<<自动控制理论>>课程学习指导与解题指导理工学院自动化系二零零三年七月第一章自控理论基本概念本章作为绪论，已较全面地展示了控制理论课程的全貌，叙述了今后在课程的学习中要进行研究的各个环节内容和要点，为了今后的深入学习和理解，要特别注意本章给出的一些专业术语及定义。1、基本要求（1）明确什么叫自动控制，正确理解被控对象、被控量、控制装置和自控系统等概念。（2）正确理解三种控制方式，特别是闭环控制。（3）初步掌握由系统工作原理图画方框图的方法，并能正确判别系统的控制方式。（4）明确系统常用的分类方式，掌握各类别的含义和信息特征，特

2、别是按数学模型分类的方式。（5）明确对自控系统的基本要求，正确理解三大性能指标的含义。2．内容提要及小结（1）几个重要概念自动控制在没有人直接参与的情况下，利用控制器使被控对象的被控量自动地按预先给定的规律去运行。自动控制系统指被控对象和控制装置的总体。这里控制装置是一个广义的名词，主要是指以控制器为核心的一系列附加装置的总和。共同构成控制系统，对被控对象的状态实行自动控制，有时又泛称为控制器或调节器。自动控制系统负反馈原理把被控量反送到系统的输入端与给定量进行比较，利用偏差引起控制器产生控制量，以减小或消除偏差。（2）三种基本

3、控制方式实现自动控制的基本途径有二：开环和闭环。实现自动控制的主要原则有三：主反馈原则——按被控量偏差实行控制。补偿原则——按给定或扰动实行硬调或补偿控制。复合控制原则——闭环为主开环为辅的组合控制。（3）系统分类的重点重点掌握线性与非线性系统的分类，特别对线性系统的定义、性质、判别方法要准确理解。线性系统非线性系统（4）正确绘制系统方框图绘制系统方框图一般遵循以下步骤：①搞清系统的工作原理，正确判别系统的控制方式。②正确找出系统的被控对象及控制装置所包含的各功能元件。③确定外部变量（即给定值、被控量和干扰量），然后按典型系统方

4、框图的连接模式将各部分连接起来。（5）对自控系统的要求对自控系统的要求用语言叙述就是两句话：要求输出等于给定输入所要求的期望输出值；要求输出尽量不受扰动的影响。恒量一个系统是否完成上述任务，把要求转化成三大性能指标来评价：稳定——系统的工作基础；快速、平稳——动态过程时间要短，振荡要轻。准确——稳定精度要高，误差要小。解题示范例1-1图1—1为液位自动控制系统示意图。在任何情况下，希望液面高度C维持不变。试说明系统工作原理，并画出系统原理方框图。图1—1液位自动控制系统解：1、工作原理：闭环控制方式。当电位器电刷位于中点位置时，

5、电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量和流出水量相等，从而液面保持在希望高度上。当进水或出水量发生变化，例如液面下降，通过浮子和杠杆检测出来，使电位器电刷从中点位置上移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机通过减速器开大阀门开度，使液位上升，回到希望高度。电位器电刷回到中点，电动机停止。2、被控对象是水箱，被控量是水箱液位，给定量是电位器设定位置（代表液位的希望值）。主扰动是流出水量。系统的方框图如图1—2所示。图1—2液位自动控制系统方框图。例1—2图1—3为自动调压系统。试分析系统在负载电流变化时的稳压过程

6、，并绘出系统方框图。图1－3自动调压系统解：1、工作原理：顺馈控制。当负载电流IF变化时，发电机G的电枢绕组压降也随之改变，造成端电压不能保持恒定，因此，负载电流变化对稳压控制来说是一种扰动。采用补偿措施，将电流IF在电阻RF上的压降检测出来，通过放大，来改变发电机的励磁电流IF，以补偿电枢电压的改变，使其维持恒定。2、被控对象是发电机G，被量是电枢端电压UF，给定值是励磁电压UF，扰动量是负载电流IF。系统方框图为1—4所示。图1－4自动调压系统方框图例1－3直流稳压电源原理图为图1—5所示，试画出方框图，分析工作原理。图1—

7、5直流稳压电源原理图解：1、工作原理：反馈控制实际输出电压U2由R3和R4组成分压器检测出来，与给定值Uw进行比较，产生的偏差电压BG1进↙行放大，作用于BG2。由BG2对输出电压进行调整，这里的偏差电压仅随U2变化。由BG1反相放大后产生Uc，这是系统的控制量。通过BG2进行输出电压自动调节，维持U2恒定。假如U2↙，Ua↙，Ib1↙,Uc↗，Ib2↗，UED↙，U2↗。若U2↗→Ua↗→Ib1↗→Uc↙→Ib2↙→UED↗→U2↙图1—6稳压电源方框图U1是系统的供电输入电压，若电网波动，也会使U1变化。因此，对系统来说，U

8、1的变化是造成U2电压波动的干扰因素，属于扰动信号，也可以通过反馈回路加以抑制。2﹑控对象不是一个具体的设备，而是一个稳压过程，被控量是输出电压U2，给定值是Uw，扰动量是U1。当然，当系统输出接负载后，负载的变化，将对输出电压产生直接的影响，是主扰动。例1-4