自动控制原理与系统.ppt

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1、第1章自动控制系统概述1.1引言1.2开环控制和闭环控制1.3自动控制系统的组成1.4自动控制系统的分类1.5自动控制系统的性能指标1.6研究自动控制系统的方法1.1自动控制理论的发展史及内容在工业、农业、交通运输和国防各个方面，凡要求较高的场合，都离不开自动控制。所谓自动控制，就是在没有人直接参与的情况下，利用控制装置对生产过程、工艺参数、目标要求等进行自动的调节与控制，使之按照预定的方案达到要求的指标。自动控制系统性能的优劣，将直接影响到产品的产量、质量、成本、劳动条件和预期目标的完成。自动控制技术的应用可以追溯到18世纪(1788年)瓦特(Watt)利用小球离心调速器使蒸汽机转速保

2、持恒定的开创性的突破，以及19世纪(1868年)麦克斯威尔（Maxwell）对轮船摆动（稳定性）的研究。但在初期，自动控制技术的应用进展很缓慢。自动控制技术的真正发展是在20世纪。自动控制理论通常可分为经典控制理论、现代控制理论和智能控制理论。1、经典控制理论经典控制理论产生并发展于20世纪40～60年代。2、现代控制理论现代控制理论于20世纪60年代中期发展成熟。3、智能控制理论智能控制理论是20世纪70年代后，控制理论向广度和深度发展的结果。智能控制系统是指具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统，其中最典型的就是智能机器人。对自动控制理论的具体描述可表示为下图。对自动控

3、制理论的具体描述1.2开环控制和闭环控制1、开环控制系统(OpenLoopControlSystem)若系统的输出量不被引回来对系统的控制部分产生影响，则这样的系统称为开环控制系统。图1-1数控加工机床示意图图1-2为数控加工机床开环控制框图。此系统的输入量为加工程序指令，输出量为机床工作台的位移，系统的控制对象为工作台，执行机构为步进电动机和传动机构。此系统无反馈环节，输出量并不返回来影响控制部分，因此是开环控制。图1–2数控加工机床开环控制框图2、闭环控制系统(ClosedLoopControlSystem)若系统输出量通过反馈环节返回来作用于控制部分，形成闭合环路，则这样

4、的系统称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统(FeedbackControlSystem)。图1-3电炉箱恒温自动控制系统图1-4电炉箱自动控制系统的组成框图图1–5炉温自动调节过程1.3自动控制系统的组成现以图1-3和图1-4所示的恒温控制系统来说明自动控制系统的组成和有关术语。图1-6自动控制系统的组成框图由图1-6可以看出，一般自动控制系统包括：(1)给定元件（CommandElement）：由它调节给定信号（UsT），以调节输出量的大小。(2)检测元件（DetectingElement）：由它检测输出量（如炉温T）的大小，并反馈到输入端。(3)比较环节（ComparingEle

5、ment）：在此处，反馈信号与给定信号进行叠加，信号的极性以“+”或“-”表示。(4)放大元件（AmplifyingElement）：由于偏差信号一般很小，因此要经过电压放大及功率放大，以驱动执行元件。(5)执行元件（ExecutiveElement）：驱动被控制对象的环节。(6)控制对象（ControlledPlant）：亦称被调对象。(7)反馈环节（FeedbackElement）：由它将输出量引出，再回送到控制部分。由图1-6可见，系统中的各种作用量和被控制量包括：(1)输入量（InputVariable）：又称控制量或调节量（ReferenceInputVariable），所以输

6、入量的角标常用i(或r)表示。它通常由给定信号电压构成,或通过检测元件将非电输入量转换成信号电压。(2)输出量（OutputVariable）：又称被控制量（ControlledVariable）,所以输出量角标常用o(或c)表示。它是被控制对象的输出，是自动控制的目标。(3)反馈量（FeedbackVariable）：通过检测元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数量级相同信号电压。(4)扰动量（DisturbanceVariable）:又称干扰或“噪声”（Noise），所以扰动量的角标常以d（或n）表示。它通常指引起输出量发生变化的各种因素。(5)中间变量(SemifinisbedV

7、ariable)：系统中各环节之间的作用量。【例1-1】水位控制系统。图1-7水位控制系统示意图图1-8水位控制系统的组成框图2.工作原理3.自动调节过程直至Q1=Q2,H=H0，UB=UA，△U=0时，电动机停转为止图1-9水位控制系统的自动调节过程【例1-2】位置跟随系统。1、系统的组成图1-10位置跟随系统示意图图1-11雷达天线位置跟随系统框图2、工作原理图1-12雷达天线位置跟随自动调节过程1.4自动控制系统的分类自动控制