自动控制理论第一章引论.ppt

单输入-单输出系统与多输入-多输出系统单输入－单输出系统（SISO,SingleInputSingleOutput)：只有一个输入量和一个输出量的控制系统，也称为单变量系统。如前述的直流电机调速系统。多输入－多输出系统（MIMO,MultipleInputsMultipleOutputs):有多个输入量和多个输出量的控制系统，也称为多变量系统。如后述的火力发电厂综合控制系统。确定系统：若系统的结构和参数是确定的、预先可知的，系统的输入信号（包括给定输入和扰动）也是确定的，则可用解析式或图表确切地表示，这种系统称为确定系统。不确定系统：系统本身的结构和参数不确定或作用于系统的输入信号不确定时，则称这种系统为不确定系统。确定系统与不确定系统集中参数系统和分布参数系统能用常微分方程描述的系统称为集中参数系统。不能用常微分方程而必须用偏微分方程描述的系统称为分布参数系统。本课程中涉及的内容主要是单变量、集中参数、线性、定常、连续系统，同时对非线性系统及线性离散系统也作必要的阐述。0102四、自动控制系统中的术语和定义控制环节Gc被控对象G0控制量输出量给定值r(t)u(t)c(t)反馈环节H偏差e(t)＋－参考输入r：输入到控制系统的指令信号主反馈b:与输入成正比或成某种函数关系，但量纲与参考输入相同的信号。偏差e：参考输入与主反馈之差的信号，有时也称为误差。扰动n主反馈b比较环节图1-4自动控制系统示意图控制环节Gc：接收偏差信号，通过转换与运算，产生控制量。控制量u：控制环节的输出，作用于被控对象的信号。扰动n：不希望的，影响输出的信号。被控对象G0：它接受控制量，并输出被控制量。控制环节Gc被控对象G0控制量输出量给定值r(t)u(t)c(t)反馈环节H偏差e(t)＋－扰动n比较环节主反馈b被控对象G0：它接受控制量，并输出被控制量。输出c：系统被控制量。反馈环节H：将输出转换为主反馈信号的装置。比较环节：将主反馈信号和参考输入信号进行比较，产生偏差量。控制环节Gc被控对象G0控制量输出量给定值r(t)u(t)c(t)反馈环节H偏差e(t)＋－扰动n比较环节主反馈b第四节开环控制和闭环控制实际应用的控制系统中，根据有无反馈作用，又可分为开环控制系统和闭环控制系统。一、开环控制在控制器与被控对象之间只有正向控制作用而没有反馈控制作用，即系统的输出量对输入量没有影响。输入量直接送入控制器，产生控制量作用于被控对象，从而改变被控制量。(只有顺向作用，控制单方向进行）输出量控制器被控对象控制量给定值r(t)u(t)c(t)优点：简单，快速缺点：对扰动没有抑制能力图1-5开环控制系统k??udn~ug例：直流电动机调速系统（机械力矩ML恒定)稳态时ug↑→ud↑→i↑→Me↑→n↑→e↑→i↓直至达到稳态力矩平衡（转速上升）优点：简单缺点：对扰动没有抑制能力（如外扰引起n变化）图1-6直流电机调速系统（开环）二、闭环控制引入测量元件构成闭环，通过负反馈构成按偏差调节的闭环系统。通过信息双向流动反映了控制量与被控制量（输出量）相互间的矛盾,使动静性能得到提高。控制器被控对象控制量输出量给定值r(t)u(t)c(t)测量元件偏差e(t)＋－反馈量图1-7闭环控制系统反馈——将检测出来的输出量送回到输入端，并与输入信号比较的过程。有负反馈与正反馈之分。反馈控制——在控制过程中对被控制量（输出量）不断测量，并将其反馈到输入端与给定值（参考输入量）比较，利用放大后的偏差信号产生控制作用。闭环控制是一种反馈控制。从信号流向看，输出量经测量后送回到输入端，构成闭环系统；从控制作用产生看，它是由偏差引起的；抑制包围的前向通道的干扰；由于引起超调，注意稳定性问题。闭环控制在控制器与被控对象之间，不仅存在着正向作用，而且存在着反馈作用。系统的输出量对控制量有着直接影响。有抗干扰能力强，稳态精度高、动态性能好、稳定裕度大等优点。01抗干扰能力强，稳态精度高、动态性能好等。闭环控制的优点02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。由此带来的问题例：闭环直流电动机调速系统控制量：ud