电气自动控制原理与系统第一章ppt课件.ppt

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1、第一章自动控制系统的基本概念第一节开环控制与闭环控制第二节自动控制系统分类第三节对控制系统的性能要求第四节研究自动控制系统的方法本章小结主要内容第一章自动控制系统的基本概念自动控制学科由自动控制技术和自动控制理论两部分组成。自动控制技术广泛地应用于工业、农业、军事、科学研究、交通运输、物流、建筑业、商业、医疗、管理、服务业和家庭等各个领域。尽管自动控制系统种类繁多，其结构和用途各异，但它们的基本原理是一样的。自动控制理论就是在解决各种自动控制技术问题的过程中逐步形成和发展起来的研究自动控制技术的一门基础理论，它是分析、设计和调试自动控制系统的理论基础。自动控制理论的分类：

2、大致分为经典控制理论和现代控制理论。经典控制理论——以传递函数作为数学工具，采用时域分析法、频域分析法和根轨迹分析法等方法，研究单输入、单输出自动控制系统的分析与设计问题。现代控制理论——以矩阵理论等数学方法作为数学工具，采用状态空间分析法等方法，研究复杂的多变量控制系统、变参数非线性系统、最优控制、动态系统辨识、自适应控制、人工智能控制，以及将过程控制与信息处理相结合的综合自动控制。第一节开环控制与闭环控制在电力电子变流技术课程中，已经接触到了晶闸管（Thyristor，TH）供电的直流调速系统，如图1-1所示。图1-1晶闸管直流调速系统框图控制系统就是通过执行规定的功

3、能来实现某一给定目标的一些相互关联单元的组合。由人直接或间接操作执行装置的控制方式称为手动控制；无需人去直接或间接操纵执行机构，利用控制装置（控制器）控制被控制量自动地按预定的规律变化的过程则称为自动控制。图1-1由电位器、放大器、触发器、晶闸管整流装置，以及直流电动机等组成控制系统，其规定的功能是指改变晶闸管输出电压，而它的给定目标是通过调节晶闸管输出电压来达到调节电动机转速的目的。它是通过手工调节ur来达到改变转速n的目的，这种控制方式属于手动控制。开环控制系统由于该控制系统无反馈环节，只有输入量的前向控制作用，输出量并不反馈回来影响输入量的控制作用，因而，将它称为开

4、环控制系统（Open-LoopControlSystem）。开环控制系统可用图1-2所示的框图表示。图1-2一般开环控制系统框图开环控制系统的特点开环系统的优点是结构简单，系统稳定性好，调试方便，成本低。开环系统的精度主要取决于控制信号的标定精度、控制装置参数的稳定程度，以及外部扰动因素。因此，在输入量和输出量之间的关系固定，且内部参数或外部负载等扰动因素不大，或这些扰动因素可以预测并进行补偿的前提下，应尽量采用开环控制系统。开环控制系统的特点开环控制的缺点是当控制过程中受到来自系统外部的各种扰动因素，如负载变化、电源电压波动等，以及来自系统内部的扰动因素，如元件参数变化

5、等，都将会直接影响到输出量，而控制系统不能自动进行补偿。因此，开环系统对控制信号和元器件的精度要求较高。闭环控制系统为了消除或减少扰动的影响，常采用闭环控制（Close-LoopControl）。图1-3为具有转速负反馈的闭环控制系统。图1-3闭环控制系统示例图中电动机同轴联结了一台永磁式直流测速发电机TG（Tacho-generator），它将检测到的转速信号n转变成电压信号ufn，并以负反馈形式反馈回输入端作用于控制部分，形成闭合环路。当ur固定不变时，而转速n因某些因素（如负载转矩TL增加，或电源电压U2下降）而降低时，通过负反馈的调节作用，将使转速回升。其调节过程

6、如下：n↓→ufn↓→ue＝（ur-ufn）↑→uc↑→ud↑→n↑闭环控制系统利用了负反馈获取偏差信号（ur-ufn），利用偏差产生控制作用去克服偏差。这种控制原理称为反馈控制原理。因而，闭环控制系统又称为反馈控制系统（FeedbackControlSystem）。系统具有抗扰能力，除对反馈通道上的元件精度和给定信号装置的精度要求较高外，对系统中的其它元器件的要求不高。但缺点是安装、调试较困难，如调试水平欠佳，系统可能工作不稳定(详见第三章第六节)。闭环控制系统的一般形式，如图1-4所示：图1-4一般闭环控制系统框图由图1-4可知，一般控制系统包括：指令信号（Comma

7、ndSignal）s——又称为输入信号，系统设计时已经确定。输入元件（InputElement）——将指令信号变换为系统所需的参考输入量。参考输入量（ReferenceInputVariable）r——又称为给定量，是实际输入到系统的控制信号。比较元件（ComparingElement）cp——具有两个或两个以上的输入信号，而输出信号是输入信号的代数和。偏差信号（ErrorSignal）e——反馈控制系统比较元件的输出信号。放大元件（AmplificationElement）——由于偏差信号一般很小，所以要经过该元件进行电压及