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自动控制理论的一般概念
第一章:
自动控制理论的一般概念
§1.1引言
§1.2自动控制理论发展概述
发展过程:
19世纪
20世纪60年代初
应用:
深入到人民生产、生活的各个领域日常生活:
收音机、电视机、冰箱、空调、汽车、飞机…工程:
数控机床、合成塔、核反应堆…军事:
火炮群、导弹、特种炸弹、垂直起降飞机…科技:
航天飞机、卫星姿态控制、机器人…
§1.3自动控制和自动控制系统的基本概念
◇自动控制:
在无人直接参与的情况下,使被控对象的一个物理量(被控量)按预定规律(给定量)运行。
◇自动控制系统:
能对被控对象的工作状态进行自动控制的系统。
举例:
被控对象
被控量C
给定量R
炉温控制系统
烘炉
炉温T
(T希望值)
X-Y记录仪
笔
笔位移L
(L希望值)
液压控制系统
水箱
水箱水位H
(H希望值)
1.开环(信号单向流动)
特点:
简单、稳定、精度低。
2.闭环(信号有反向作用)
特点:
复杂、抗干扰能力强、精度高、有稳定性问题。
3.复合(前向联系、反向作用)
特点:
性能要求高时用之。
例如:
炉温系统可以采用开环或闭环的。
闭环控制工作原理:
外部作用:
控制目的:
排除干扰因素、影响、使被控量随给定量变化。
负反馈原理——构成闭环控制系统的核心
把系统的输出信号引回输入端,与输入信号相比较,利用所得的偏差信号进行控制,达到减小偏差、消除偏差的目的。
负反馈控制系统的特点——按偏差控制的具有负反馈的闭环系统
1)、有反馈,信号流动构成闭回路。
2)、按偏差进行控制。
§1.4控制系统的组成
组成(以X-Y记录仪为例)
控制器:
1测量元件:
测量被控量
2比较元件:
产生偏差信号
3放大元件:
对偏差信号进行幅值、功率放大
4执行机构:
对被控对象施加作用
5校正元件:
改善系统性能
6给定元件:
给出输入信号
二、外部作用:
1.给定量:
使被控量跟随给定量。
2.干扰量:
使被控量偏离给定量。
自控系统的目的在于:
排除扰动量的影响,使被控量随给定量而变化。
例:
液面控制系统:
介绍由原理图画方块图的步骤:
(以角度随动系统为例)
1看懂工作原理图,找出被控量、被控对象、给定量。
2从两头来,先画出给定量、被控对象和被控量。
3依原理图补上中间部分。
§1.5示例
§1.6分类(按r形式)
按特性分:
线性、非线性、定常或时变
◇负反馈(闭环)控制原理:
——构成自控系统的核心
根据给定量与被控量之间的偏差,产生控制作用,并力图减小偏差,使被控量趋于给定量。
◇闭环(负反馈)控制系统的特点:
——用以区分开、闭环系统
是按偏差控制的、具有负反馈的闭环系统
§1.7控制系统的基本要求--是否只要构成负反馈就能正常工作?
一、控制过程分析:
(加阶跃输入,以X-Y记录仪为例)
可见:
控制过程有一个过渡过程:
振荡原因:
1、内部原因:
系统有惯性,有储能元件。
2、外部原因:
参数配置不当。
3、分类(按输入信号的形式不同)
(1)稳定系统(调节系统):
r(t)是定常值(如炉温系统)
(2)随动系统(跟踪系统):
r(t)是时变量(如角度控制系统)
1、典型外作用:
作用
名称
表达式
图形
关系
举例
常
用于
时域
分析
单位
脉冲
挑瓜、钉丁
打炮、踢球
单位
阶跃
合闸
滴注、龙头
单位
斜坡
匀速跟踪
频域分析
正弦函数
交流电压
2.对系统的阶跃响应性能要求:
我们要求被控量尽可能好地跟踪给定量,但常常不能完全符合。
例如角度系统。
§1.8本课程的研究内容
自动控制系统概念的扩展(见非控稿第1-4页)
本次课的重点:
⑴掌握有关自动控制理论的一些基本概念
⑵掌握负反馈控制原理
⑶掌握由工作原理图画出相应方框图的方法
自动控制系统概念的扩展:
生物领域:
人体温的调节机能
眼睛瞳孔对光线的调节能力
人手拿书的控制过程
经济领域:
价值规律:
商品价格由市场供需关系的调节在商品价值附近波动的过程
社会领域:
教学过程:
作业布置:
第一章1-5题
参考书:
[1]自动控制原理北航、孙虎章中央电大出版社
[2]自动控制原理(上册)三院校合编国防工业出版社
[3]现代控制工程[日]绪方胜彦
本课程的内容及其任务
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- 自动控制 理论 一般 概念