自动控制系统概述Bppt课件.ppt

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1、第1章自动控制系统概述1.1自动控制理论的发展史及内容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对自动控制系统的基本要求1.6自动控制系统实例习题1.1自动控制理论的发展史内容自动控制是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置(称控制装置或控制器),使机器、设备或生产过程(统称被控对象)的某个工作状态或参数(即被控量)自动地按照预定的规律运行。系统是指按照某些规律结合在一起的物体(元部件)的组合,它们相互作用、相互依存,并能完成一定的任务。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持恒

2、定的开创性的突破，以及19世纪(1868年)麦克斯韦（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图1-1。图1-1

3、对自动控制理论的具体描述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1-2就是一个由步进电机驱动的数控加工机床,也是一个没有反馈环节的开环控制系统。图1-2数控加工机床示意图图1-3为数控加工机床开环控制方框图。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。由图可见，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1-3数控加工机床开环控制方框图2.闭环控制系统(Closed

4、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，则这样的系统称为闭环控制系统，又称为反馈控制系统(FeedbackControlSystem)。图1-4为电炉箱恒温自动控制系统。图1-4电炉箱恒温自动控制系统图1-5电炉箱自动控制方框图图1-6炉温自动调节过程1.3自动控制系统的组成现以图1-4和图1-5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。为了表明自动控制系统的组成以及信号的传递情况，通常把系统各个环节用框图表示，并用箭头标明各作用量的传递情况，图1-7便是图1-4所示系统的方框图。方框图可以把系统的组成简单明了

5、地表达出来，而不必画出具体线路。图1-7自动控制系统的方框图由图1-7可看出，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（ComparingElement）：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

6、）：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1-7可见，系统中的各种作用量和被控制量包括:(1)输入量（InputVariable）：又称控制量或参考输入量（ReferenceInputVariable），所以输入量的角标常用i(或r)表示。(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。(3)反馈量（FeedbackVariable）：通过检测元件将输出量转变成与

7、给定信号性质相同且数量级相同的信号。(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。(5)中间变量(SemifinisbedVariable)：系统中各环节之间的作用量。1.4自动控制系统的分类自动控制系统可以从不同的角度来进行分类，常见的有以下几种。1.按输入量变化的规律分类按输入量变化的规律可分为以下三类:1)恒值控制系统(FixedSet-PointControlSyste