控制工程与基础01 .ppt

本课程的主要内容 介绍经典控制理论的基础知识，包括： 控制系统数学模型的建立。 控制系统的时域分析。 控制系统的频域分析。 控制系统的设计与校正。 This is end of chapter 1 Thank you! 控制工程基础 机械工程学院：华同曙 E-mail：huatongshu@cczu.edu.cn 第1章 控制系统的基本概念 控制系统的工作原理及其组成 控制系统的基本类型 控制系统的基本要求 控制工程发展概况 本课程的任务及学习方法 1.1 控制系统的工作原理及其组成 控制：为了达到某种目的对事物进行支配、管束、管理、监督。 自动控制：工作中，在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。 如：数控机床、室内温度控制、机车、船舶及飞机自动驾驶、导弹制导等。 1.1.1工作原理 1、人工恒温控制箱 观察恒温箱的温度。 比较温差的大小、高低。 根据温差大小和高低调节调压器。 实质：检测偏差 → 校正偏差 2、恒温箱自动控制系统 恒温箱实际温度由热电偶转换为对应的电压u2。 期望温度由电压给定，与实际温度比较得到温度偏差信号Δu=u1 - u2。 Δu经电压、功率放大，驱动执行电动机，拖动调压器动触头。 温度偏高，向减小电流的方向调节，反之加大电流，达到给定值。 Δu=0，电动机停止转动。 实质：检测偏差 → 校正偏差 人工恒温箱控制系统职能框图 恒温箱温度自动控制系统职能框图 职能框图：由比较元件、作用方向，职能环节组成。 各环节的作用是单向的，其输出受输入控制。图中可以清楚地看到控制的基本原理。 控制系统的工作原理 检测输出量的实际值。 将实际值与给定值（输入量）进行比较得出偏差值。 用偏差值产生控制调节作用去消除偏差。 控制系统至少应具备：测量、比较、执行 三项基本功能 研究对象：研究系统的输入、输出、系统本身以及三者之间广义的动力学问题。 给定量位于系统的输入端，称为系统输入量。 被控制量位于系统的输出端，称为系统输出量。 输出量通过测量装置返回到系统的输入端，使之与输入量进行比较，产生偏差信号（给定信号与返回输出信号之差）。输出量的返回过程称为反馈，返回的全部信号或部分输出信号称为反馈信号。 1.1.2 开环控制和闭环控制 1.开环控制系统 如果系统只是根据输入量和干扰量进行控制，而输出端和输入端之间不存在反馈回路，输出量在整个控制过程中对系统的控制不产生任何影响，这样的系统称为开环控制系统。 数控机床的开环控制系统 开环系统的控制精度较低。但是如果组成系统的元件特性和参数值比较稳定，而且外界的干扰也比较小，则这种控制系统也可以保证一定的精度。开环控制系统的最大优点是系统简单，一般都能稳定可靠地工作，因此对于要求不高的系统可以采用。 滑动台面系统 （开环系统） 2.闭环控制系统 如果系统的输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程产生直接影响，这种系统称为闭环控制系统。反馈控制系统必是闭环控制系统。 优点是控制精度高。 由11台小型电动机驱动的战神汽车“Sojourner” 3.半闭环控制系统 控制系统的反馈信号是间接地取自中间的测量元件，这种系统称为半闭环控制系统。 半闭环控制系统可以获得比开环系统更高的控制精度，但比闭环系统要低；与闭环系统相比，易于实现系统的稳定。 配有高灵敏相机、用于检查半导体芯片镀膜层的三轴控制系统 （半闭环控制） 1.1.3 闭环控制系统的组成 闭环控制系统一般应包括给定元件、反馈元件、比较元件、放大元件、执行元件及校正元件等。 ?????????????????????? 闭环控制系统的组成 给定元件：主要用于产生给定信号或输入量。 反馈元件：测量被控制量或输出量，产生主反馈信号。为了便于传输，主反馈信号多为电信号。 比较元件：用来接收输入信号和反馈信号并进行比较，产生反映两者差值的偏差信号。 放大元件：对偏差信号进行放大的元件。 执行元件：直接对受控对象进行操纵的元件。 校正元件：为保证控制质量，使系统获得良好的动、静态性能而加入系统的元件。校正元件又称校正装置。 1.2 控制系统的基本类型 1.2.1 按输入量的特征分类 1 ．恒值控制系统 系统的输入量是一个恒定值，一经给定，在运行过程中就不再改变。 如：工业生产中的温度、压力、流量、液面等参数的控制，有些原动机的速度控制，机床的位置控制，电力系统的电网电压、频率控制等。 2．程序控制系统 系统的输入量不为常值，但其变化规律是预先知