自动控制第讲-第一章.ppt

自动控制系统分析与设计工具 MATLAB软件 与控制相关包含：系统辨识工具箱、控制系统工具箱、鲁棒控制工具箱、模型预测控制、模糊逻辑、非线性控制设计模块等工具箱 控制系统工具箱（Control system toolbox) 系统建模 系统分析 系统设计 § 1-4 自动控制理论的发展 数学工具： 1-4-1 经典控制理论发展阶段 研究对象： 频率分析法 图表 根轨迹分析法　 分析 时域分析法（传递函数） SISO系统 1-4-2　现代控制理论发展的阶段 研究对象： MIMO系统 非线性系统 …… 数学工具： 状态空间法 1-4-3　智能控制理论研究阶段 研究方向： 自适应控制理论 模糊控制理论 人工神经元网络 混沌理论 数学工具： 推理决策，人工智能 本 章 小 节 自动控制的基本概念 开环控制与闭环控制 负反馈的闭环控制系统的工作原理 专用术语及控制系统的组成 控制系统设计的基本要求与步骤 自 动 控 制 原 理 李 杰 教材与参考书目 教材： 自动控制原理，孙亮、杨鹏，北京工业大学出版社 参考书目： 自动控制原理简明教程，胡寿松，科学出版社 MATLAB基础与应用简明教程，北京航空航天大学出版社，张平 等 基于MATLAB的系统分析与设计－控制系统，楼顺天等，西安电子科技大学出版社 信号与系统 教学的基本安排 总 学 时：32 课堂讲授：26 上机实践：9 期末考试：2 期末总评：考试占 70% 平时及上机占30% 电子系学生为何开自动控制原理课 自控不仅是一门自然科学 也是一门方法论的学科 建立系统观念 学习系统分析和系统解决 问题的方法 增强社会适应能力和竞争力 （自然知识、社会能力） 良好的思维方法受益终生 改变相对微观的 知识结构 改变相对孤立的思考问题、解决问题的思想方法 课程学习内容和目标 自动控制系统概念 控制系统建模 控制系统分析 控制系统设计 给定系统动态、稳态性能指标分析 （时域分析、根轨迹分析法 频率分析法、MATLAB分析） 概念 开环、闭环控制 反馈控制原理 分析法与试验法（系统辨识） （时域与复数域数学模型，控制系统方块图和信号流图，MATLAB建模） 根据对系统性能的要求，合理设计校正装置，使系统的性能能全面地满足技术上的要求（MATLAB设计仿真） 第一章 自动控制系统概述 1.1 引言 1.2闭环控制和开环控制 1.3自动控制系统 1.4自动控制理论的发展 §1-1　引 言 自动控制系统示例－水箱液位控制系统 §1-1　引 言 §1-1　引 言 1、自动控制？ 在没有人参与的情况下，通过控制器或控制装置来控制机器或设备等物理装置，使得机器或设备的受控物理量按照希望的规律变化，达到控制的目的 例如：自动售货机、电梯控制、飞机自动驾驶、航天飞机的发射和运行返回等等 2、自动控制技术的应用 军事和空间技术领域 民用领域 3、自动控制理论研究问题 讨论控制系统的一般规律------分析。 设计合理的自动控制系统------综合。 1、开环控制系统 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。 特点 1、输入控制输出 2、输出不参与控制 3、系统没有抗干扰能力 例如：自动售货机、微波炉、普通洗衣机、包装机 输入量 控制器 受控对象 输出量 §1-2 开环控制与闭环控制 输入量：给定电压 输出量：直流电动机转速 负载变化（外部扰动）时转速？内部参数变化时？ 优点？ 缺点？ 优点：结构简单、维护容易、成本低、不存在稳定性问题。 缺点：对元器件要求较高、抗干扰能力差。 工作要点：校准问题。 适用范围：输入量已知、控制精度要求不高、扰动作用不大。 2、闭环控制系统 特点：除了前向通路外，还存在一条从输出端到输 入端的反馈通路（即输出量会对控制量产生影响）。 输入量 控制器 受控对象 输出量 反馈元件 － ＋ 闭环直流电动机转速控制。 反馈设备：测速发电机 负载变化？增加。。减小。。 内部参数变化？。。。 反馈控制原理：按偏差控制的原理 发现偏差→消除偏差。 有偏差就产生控制作用 负反馈－ 输入量和反馈量相减（目的在于产生的控制作用与偏差的方向相反）。 优点：抗干扰能力强、可以抑制内外扰动、对前向通道元器件要求不高。 缺点：结构复杂、维护不易、可能存在稳定性问题