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呼应与西方工业革命发展相频域复域时域20世纪60年代初与航天技术发展相呼应系统辩识等最佳估计最优控制线性系统应用：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。出）（单入古典控制理论/出）（多入现（近）代控制理论/◇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Tur（T希望值）X-Y记录仪笔笔位移Lur（L希望值）液压控制系统水箱水箱水位Hur（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：rcrc偏离干扰量：使跟踪给定量：使控制目的：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）记录仪）随动系统（如）调节系统（如炉温系统Y-X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、偏差信号起控制作用路、有反馈，能够成闭回)2)1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: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。00::::超调量调节时间过渡过程要求匀快稳态要求，稳态误差准基本要求，稳定性稳性能要求：sste§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：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0,0,0)(ttttf匀速跟踪频域分析正弦函数交流电压1)(0,0,0)(dttttt0,10,0)(1ttt)sin()(tAtf⑴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实践理论实践有用不与实践相结合改行无用本课程是否有用:)2)1?