控制工程基础课件 第一章 绪论.ppt

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1、机械控制工程基础主讲：林海鹏机械电子教研室主要内容第一章绪论第二章控制系统数学模型第三章控制系统时间响应分析第四章控制系统的频率特性第五章控制系统的稳定性分析第六章控制系统的综合与校正第一章绪论1.1自动控制系统的工作原理及基本概念1.2控制系统的基本概述1．1自动控制系统的工作原理及基本概念一控制系统的工作原理自动控制系统的分类反馈控制系统的基本组成控制系统的基本要求一控制系统的工作原理自动控制：在没有人的直接参与下利用控制器（机械、电子、液压等系统）使生产过程或被控对象（机器、恒温箱）的某一物理量（

2、温度、压力、速度）准确的按预期规律运行。控制系统按控制类型分为人工控制自动控制人工控制：如自行车速度控制（根据交通情况控制车速起停）汽车驾驶控制系统（方向和速度），收音机音量控制，普通洗衣机（根据衣服多少来控制加水量）。1.恒温箱（1）人工控制系统人工控制的恒温箱原理图人工控制恒温箱调节过程：（1）观测恒温箱内的温度（被控量）（2）与要求的温度（给定值）进行比较，得到温度偏差的大小和方向（3）根据偏差大小和方向调节调压器，控制加热电阻丝的电流以调节温度回到要求值人工控制恒温箱系统功能框图总结：人工控制过

3、程的实质：检测偏差再纠正偏差（2）自动控制系统恒温箱的自动控制系统原理图恒温箱自动控制系统工作原理：（1）恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压U2（2）恒温箱期望温度由U1给定，并与实际温度U2比较得到温度偏差信号△U＝U1-U2（3）温度偏差信号经电压、功率放大后，用以驱动执行电动机，并通过传动机构拖动调压器动触头。当温度偏高时，动触头向减小电流的方向运动，反之，加大电流，直到温度达到给定值为止，此时，偏差△U＝0，电机停止转动。自动控制恒温箱系统功能框图控制系统功能图包括：（1）输入信号（2）输出

4、信号（3）比较元件（4）控制器（5）控制对象（6）反馈环节控制系统的工作原理（具有反馈回路的）（1）检测输出量（被控制量）的实际值（2）将输出量的实际值与给定值（输入量）进行比较，得出偏差（3）用偏差值产生控制调节作用去消除偏差，使得输出值维持期望的输出。3.人工控制与自动控制的比较①测量：前者靠观测者的眼睛，自动控制由元器件实现（热电偶）②比较：前者人的大脑，而后者靠自动控制器③执行：前者靠操纵者的手实现，后者由执行电机完成。总结：人工控制和自动控制的原理是相同的，只是执行机构不同而已，在自动控制过程

5、中，偏差是通过反馈建立起来。二自动控制系统分类1.根据控制系统有无反馈来分闭环控制系统开环控制系统2.按给定量的特点来分随动控制系统恒值控制系统程序控制系统3.按系统反应特性来分离散控制系统连续控制系统①开环控制系统：指系统的输入和输出之间不存在反馈回路，输出量对系统的控制作用没有影响，这样的系统称为开环控制系统。②闭环控制系统：反馈控制系统也称为闭环控制系统，是指系统的输入端与输出端之间存在反馈回路，输出量对控制作用有直接影响，其作用应用反馈来减少偏差，但不能消除偏差。(1)开环控制系统特点抗干扰能力

6、差，控制精度低，但结构简单，调整方便，成本低，无自动纠偏能力。(2)闭环控制系统特点抗干扰能力强，控制精度高，结构复杂，能自动纠偏。缺点：由于引入反馈，存在稳定、振荡和超调等问题，设计分析比较复杂。开环控制系统与闭环控制系统特点（比较）恒值控制系统：输入量是一个给定的恒定值。系统作用是保证在任何扰动作用下，系统维持恒值输出量（恒温、恒压、恒速、恒定水位高度）特点：能克服扰动对输出量的影响程序控制系统：输入量为时间的已知函数，输出量要尽快跟随输入量信号变化的系统（程序控制机床——数控机床）随动控制系统：输

7、入量是时间的未知函数，保证输出量变化紧紧跟随输入量的变化系统（液压仿形刀架、电信号笔式记录仪、雷达跟踪系统）特点：响应较快按给定量的特点来分：（1）连续控制系统：系统的各环节输入量与输出量是信号连续的系统称为～按系统反应特性来分（2）离散控制系统：系统的各环节输入量、输出量信号是离散的系统称为～（如采样信号）三反馈控制系统的基本组成1.组成：给定元件、比较元件、反馈元件、放大元件、执行元件、控制对象及校正元件。①给定元件：用于产生输入信号或给定信号如：电位计②比较元件：用来比较输入信号与反馈信号所产生偏

8、差的元件。③反馈元件：置于主反馈通道中的元件，用于产生主反馈信号单位反馈：系统的输出不经过任何变化（即主反馈元件不存在）直接加入到系统输入的反馈称为单位反馈.④放大元件：对偏差信号放大以推动执行元件动作2.各元件功能⑤执行元件：直接对控制对象进行操作的元件（调压器、电动机）⑥控制对象：控制系统所要操纵的对象，它的输出量即为系统的被控量（恒温箱、机床工作台）⑦校正元件：用以改善系统控制性能的元件（该元件可有可无）输入信号：控制系统所有输入信号