自动控制原理-1 - Shandong University.ppt

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1、自动控制原理第一章导论1-1自动控制的基本原理指在无人直接参与的情况下，利用外加设备/装置，使机器、设备或生产过程的某个状态或参数自动地按照预定的规律运行。控制器被控对象被控量研究自动控制共同规律的技术科学本章知识点：自动控制系统基本概念组成、控制方式、分类基本要求根据系统原理图画方块图一、术语例1水位保持系统人工控制被控对象出水量随意条件下，要求保持水位高度不变被控量人工控制中有三种职能作用：检测、比较和执行自动控制控制器干扰术语（续）*被控对象—被控制的机器或物体*被控量—表征被控对象工作状态的物理参量，也叫输出量*控制器—外加的设备或装置/能够对被控对

2、象起控制作用的设备总称，亦叫控制装置*给定量—要求被控量所应保持的数值，也叫期望输入*干扰量—系统不希望的外作用，也叫扰动输入给定量和干扰量通称为输入量/输入信号*反馈量——由系统输出端取出并反向送回系统输入端的信号。反馈有主反馈和局部反馈之分/正、负反馈之分*偏差量——给定量与主反馈信号之差二、基本组成前向通路主反馈通路单回路系统自动控制的目的c(t)≈r(t)步骤测量输出反馈比较得到偏差量根据偏差形成控制策略--组成元件及其职能比较环节基本组成（续）被控对象控制系统测量元件给定元件控制装置比较装置放大/执行装置校正装置5种信号：给定量/被控量/干扰量/反

3、馈量/偏差量三、基本控制方式开环控制闭环控制复合控制开环（OpenLoop）控制器与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制方式一个系统采取什么样的控制手段__应根据具体的用途和目的而定闭环（ClosedLoop）=反馈控制=mutualinterconnectionoftwo(ormore)systemsFeedback系统的控制作用受输出量影响的控制方式，信息的传递路径形成一个闭合的环路开环控制开/闭环控制的比较信号由输入到输出是单方向传递的-----结构简单，调整方便，成本低没有修正偏差的能力，抗扰动性差精度要求不高适用于扰动影响小的情况闭环控制信

4、号双方向传递----输出参与控制既有信号的正向作用，又有信号的反馈作用检测并纠正偏差特点：抗干扰能力强，稳态精度高、动态性能好设计不合理时，将出现不稳定在开环控制系统中不存在同样的问题按偏差=控制复合控制结合的控制方式闭环控制顺馈控制按扰动量补偿按给定量补偿例2世界上第一个应用最成功自动控制系统BallsflyoutasspeedincreasesValvecloses,slowingengineBoulton-Wattsteamengine1788年英国工程师瓦特将离心式调速器与其商业搭档博尔顿蒸汽机的阀门连接，反馈实现了蒸汽机转速的自动调节，进一步

5、推动蒸汽机的应用，促进了工业的发展。例3胰岛素注射控制系统控制系统在生物医学领域获得了广泛应用，出现了药物自动注射系统。由于微型葡萄糖传感器尚不成熟，胰岛素注射控制系统采用开环控制。随着科学技术的发展，今后更复杂的注射控制系统应该可以根据测得的血糖水平实施闭环注射控制。4、确立控制目标设计一个能调节糖尿病人血糖浓度的系统4、确定控制变量血糖浓度4、确定控制系统设计指标使病人的血糖浓度严格逼近健康人的血糖浓度4、确定系统结构、选择执行机构放大器电机泵和阀门人体、血液和胰腺实际血糖浓度微型葡萄糖传感器预期血糖浓度血糖浓度测量值1-3自动控制系统的分类按输入量的变

6、化规律分恒值系统随动系统程序控制系统-r(t)为常值的系统目的：保证c(t)恒定-r(t)是事先未知的随时间任意变化的函数目的：使c(t)按一定精度跟踪r(t)的变化-r(t)是按预定规律随时间变化的函数目的：c(t)按预定的程序去运行按系统性能分线性控制系统非线性控制系统数学模型-线性方程数学处理简便，理论体系成熟而完整按信号的性质分连续控制系统离散控制系统按系统参数是否随时间变化分定常系统时变系统线性系统的基本特性满足叠加(superposition)原理的系统，称为线性系统Ifr1(t)→c1(t)andr2(t)→c2(t),thenar1(t)+b

7、r2(t)→ac1(t)+bc2(t).Ifr(t)→c(t),thenr(t–t0)→c(t–t0).定常/时不变系统1-4自动控制系统的基本要求--稳、准、快稳定性：系统重新恢复平衡状态的能力---系统正常工作的先决条件,由系统的结构、参数决定，与外界因素无关系统c(t)需迅速、准确地按r(t)的变化而变化准确性与快速性快速性--对系统响应速度快慢提出的要求，是系统的动态性能准确性---是系统的稳态性能。系统达到稳态后，c(t)≈r(t)两者之间的误差---稳态误差稳态误差越小---系统的准确性越好，控制精度越高实时性说明(1)受控对象不同，各种系统对稳

8、、准、快的要求有所侧重如：恒值系统---稳随动系统-