自动控制原理

2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1自动控制原理PrinciplesofAutomaticControl主讲人：朱高伟2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念自动控制原理电气自动化专业特点1、强弱电结合2、电工技术与电子技术相结合3、软件硬件相结合4、电力、电子、控制、计算机多学科综合的“宽口径”专业2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念自动控制原理电气自动化专业就业方向1、电力系统高电压设备的设计、开发、生产、管理、运行、维护输变电工程师、注册电气工程师2、电气技术方向电气测量、控制技术、控制领域装置与系统的开发与设计工作。3、应用电子方向2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念自动控制原理电气自动化专业具体的就业方向1、电厂（包括各个公司，工厂的配电室）2、软件开发（特别是单片机或EDA等）3、PLC（大体是工控方向，搭建操作平台等）4、各个矿山，或金属冶炼场所（进行自动化设备的维护，操作等）5、去学校当老师6、做销售工作（卖自己专业相关的东西）7、公务员（每个专业都可以）8、xxx研究所9、产品设计，硬件电路设计10、自主创业（有了一定了经济和经验积累）2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念自动控制原理电气自动化专业要求1、学好书本知识多关注业界资讯，相关行业，专业论坛2、加强动手能力二手市场、电子市场，淘，组装，DIY2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念自动控制原理电力电气领域大型公司介绍电力系统单位：发电企业、供电企业、电气设备制造公司、电力设计院、电力规划院、电力建设、电力科研开发等部门五大国有发电集团：中国华能集团、中国大唐集团、中国华电集团、中国国电集团、中国电力投资集团两大电网公司：国家电网公司、南方电网公司电气设备制造企业：上海电气电站、新疆特变电工等外企：SIEMENS、ABB、SCHNEIDER、AREVA、VESTAS等2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念自动控制原理课程基本信息适用专业：电气自动化、测控技术及仪器/电子信息工程、通信工程课程性质：技术基础课课程类型：必修课学时：讲课学时（56/4）为什么要选电气自动化专业？2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念自动控制原理课程的主要内容第1章自动控制系统的基本概念(4)第2章拉普拉斯变换及其应用（4）第3章自动控制系统的数学模型(10)第4章自动控制系统的时域分析(14)第5章自动控制系统的频域分析（14）第6章控制系统的校正及综合(10)2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念自动控制原理自动控制是一门技术学科，从方法论的度来研究系统的建立、分析与设计。《自动控制原理》是本学科的技术基础课。理论性强、抽象、涉及数学知识多,所以上课要认真听讲。课程的性质和特点：考核方法：平时30分（作业、测验、考勤、纪律）考试70分2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念自动控制原理自动控制原理电路理论电机与拖动大学物理信号与系统复变函数拉氏变换模拟电子技术线性代数微积分各类专业课线性系统现代控制理论本课程与其它课程的关系2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念自动控制原理第一阶段：古典控制理论（20世纪40～60年代）ClassicalControlTheory第二阶段：现代控制理论（20世纪60～70年代）ModernControlTheory第三阶段：智能控制理论（20世纪70年代～今）IntelligentControlTheory自动控制理论的发展历程控制理论是研究有关自动控制共同规律的一门科学。基于数学模型2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念古典控制理论（20世纪40～60年代）主要解决问题：单输入单输出（SISO）系统的控制问题。主要方法：以传函为数学模型，以拉氏变换数学工具，时域分析法、根轨迹法、频率法。主要研究对象：SISO，线性定常（LTI），非线性系统，离散系统。以传递函数为基础研究SISO系统的控制问题。主要代表人物：伯德，奈奎斯特，伊文思。SingleInputSingleOutputLinearTimeInvariable2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念以状态空间法为基础，研究MIMO、非线性、时变系统的分析和设计。现代控制理论（20世纪60～70代）解决问题：单输入单输出SISO、多入多出MIMO主要方法：状态空间法。采用状态方程作为数学模型研究对象：线性定常，时变，非线性系统，离散系统主要内容：最优控制理论，系统辩识，最优估计主要代表人物：卡尔曼，贝尔曼，庞科里亚金Multi-inputMulti-output2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念智能控制理论（20世纪70年代～今）以人工智能为基础主要方法：研究对象：研究具有模糊性，不确定性，不完全性，随机性的系统。主要内容：专家系统，模糊控制，学习控制….以人工智能为基础研究具有模糊性、不确定性，不完全性和偶然性的系统。非模型解决问题：模型不完全确定，或模型未知。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念15第一章自动控制系统的基本概念电气自动化教研室朱高伟2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念第一章自动控制系统的基本概念主要内容开环控制系统与闭环控制系统闭环控制系统的组成和基本环节自动控制系统的类型自动控制系统的性能指标小结2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念第一章自动控制系统的基本概念学习重点了解自动控制系统的基本结构和特点及其工作原理；了解闭环控制系统的组成和基本环节；掌握反馈控制系统的基本要求及反馈控制系统的作用；学会分析自动控制系统的类型及本质特征。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.1开环控制系统和闭环控制系统自动控制自动控制是在没有人的直接干预下，利用物理装置对生产设备和工艺过程进行合理的控制，使被控制的物理量保持恒定或者按照一定的规律变化。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.1开环控制系统和闭环控制系统人工控制自动控制电饭煲空调抽水马桶自动档汽车的驾驶全自动洗衣机轧钢厂加热炉温度的控制煤气灶蒸饭手排档汽车的驾驶自行车的速度控制收音机的音量调节。。。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.1开环控制系统和闭环控制系统系统完成一定任务的一些元、部件的组合。自动控制系统为完成某一自动控制目标或控制任务所需要的所有元件、物理装置或设备的有机组合。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念工业系统根据有无反馈作用可分为：开环控制系统闭环控制系统1.1开环控制系统和闭环控制系统2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1-自耦变压器2-电阻炉（被控对象）1.1.1开环控制系统例1-1.温度控制系统T控制过程：输入,控制量输出,被控量系统组成：1.1开环控制系统和闭环控制系统控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值上。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念被控量（输出量）output——系统要控制的物理量。被控对象plant——被控量所对应的控制装置或过程。工业炉扰动量disturbance——当输入不变时使得输出发生变化的量。如：环境温度、开门次数、电压波动。给定量或控制量（输入量）input——决定被控量的物理量。cuT1.1开环控制系统和闭环控制系统专业术语2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.1开环控制系统和闭环控制系统12扰动量给定量输出量1-执行器(自耦变压器)2-被控对象(电阻炉)图中：2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.1开环控制系统和闭环控制系统（1）开环控制只有输入量对输出量产生控制作用，输出量不参与对系统的控制。开环控制是不是自动控制？开环控制举例！（2）开环控制特点•输入控制输出（输入量与输出量一一对应），结构简单•输出不参与控制（信号传递是单方向的）•系统没有抗干扰能力，控制精度不高。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.1开环控制系统和闭环控制系统2.闭环控制系统例1-2温度闭环控制系统（1）人工闭环控制~220V12uc人的功能用一些物理装置来实现反馈2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念控制目标：要求炉子的温度恒定在期望的数值上。控制过程：输入信号（期望炉温）输出信号（实际炉温）脑（计算、比较）放大、执行（手臂、手）被控对象（电热丝、炉子）测量（眼睛）1.1开环控制系统和闭环控制系统2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.1开环控制系统和闭环控制系统（2）自动闭环控制温度闭环控制系统图1-热电偶2-加热器gfuuu哪个量是系统的输入？2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.1开环控制系统和闭环控制系统gufuu图1-4闭环控制结构示意图1-控制器2-控制对象3-检测装置前向通道反向通道cuT2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念（1）闭环控制（反馈控制）系统输出信号与测量元件之间存在反馈回路的系统叫闭环控制系统。闭环控制系统也叫反馈控制系统。“闭环”的含义就是将输出信号通过测量元件反馈到系统的输入端，通过比较、控制来减小系统误差。反馈信号与给定信号极性相反为负反馈，反之为正反馈。1.1开环控制系统和闭环控制系统2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.1开环控制系统和闭环控制系统（2）闭环（反馈）控制特点输入控制输出（输入量与输出量一一对应）输出参与控制（信号双方向），反馈，结构复杂控制精度高，自动纠正偏差，具有抗干扰能力。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念Input(setpoint)----输入量、给定量、设定量Output----输出量、被控量Feedback----反馈Disturbance----扰动量Plant(object)----被控对象Controller----控制器Sensor----检测装置、传感器DesiredOutput----理想输出，期望输出ＡctualOutput----实际输出1.1开环控制系统和闭环控制系统2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.2闭环控制系统的组成和基本环节1.闭环控制系统的结构（示意）图1-给定环节；2-比较环节；3-校正环节；4-放大环节；5-执行机构；6-被控对象；7-检测装置2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.2闭环控制系统的组成和基本环节2.闭环控制系统的基本环节（1）检测环节或传感器其职能是检测被控制的物理量，并将其转换为与给定量相同的物理量。如果这个物理量是非电量，一般转换为电量。例如：①测速发电机是用于检测电动机轴的速度并转换为电压；②自整角机等是用于检测角度并转换为电压；③热电偶是用于检测温度并转换为电压等。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.2闭环控制系统的组成和基本环节（２）给定环节其职能是给出与期望的被控量相对应的系统输入量。如：给定电位器。（３）比较环节将所检测的被控制量的实际值与给定环节给出的设定值进行比较，确定两者之间的偏差量。如：差动放大器、机械差动装置和电桥。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.2闭环控制系统的组成和基本环节（4）放大环节将比较环节给出的偏差进行放大，用来推动执行元件去控制被控对象。如：电压偏差信号，可用电子管、晶体管、集成电路、晶闸管等组成的电压放大器和功率放大器加以放大。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.2闭环控制系统的组成和基本环节（５）执行机构直接推动被控对象，使其被控量发生变化，达到所要求的数值。一般由传动装置和调节机构组成。如：阀、电动机、液压马达等。（６）被控对象要进行控制的设备或过程。电炉，电机。2020年2月23日第一章自动控制系统的基本概念1.2闭环控制系统的组成和基本环节（７）校正环节（补偿环节）其结构或参数便于调整，按某种规律对偏差信号进行运算，作用