自动控制原理(梅杨)1幻灯片.ppt

第一章 自动控制的一般概念 1-1 自动控制的基本原理与方式 1-2 自动控制系统示例 1-3 自动控制系统的分类 1-4 对自动控制系统的基本要求 1-5 自动控制系统的分析与设计工具 1-1 自动控制的基本原理与方式 无人直接参与 机器、设备或生产过程的工作状态或参与 自动实现某种规律运行 经典控制：单输入、单输出 现代控制：多输入、多输出 反馈（控制思想的精髓，知己知彼） 无人驾驶飞机按预定轨迹飞行 A.M.Lyapunov（李雅普诺夫）提出了李雅普诺夫第一法与第二法 H.Nyquist提出奈氏判据，Bode提出了对数频率特性的方法。 二战期间，军事科学的需要大大促进了反馈控制理论的发展。美国麻省理工学院雷达实验室的科学家们将反馈放大器理论、 PID（比例-积分-微分）控制以及N.Wiener的随机过程理论等结合在一起，形成了一整套被称为随动控制系统的设计方法。 (3)、根轨迹方法 W.R.Evans提出的方法和规则是当系统参数变化时特征方程式根变化的几何轨迹。 (4)、经典自动控制理论 以反馈控制原理为基础的自动控制理论已形成比较完整的体系。其特点相对言，生产技术水平较低，控制对象结构较简单，被控参数较单一，要求达到的预期效果（性能指标）也不高。主要研究对象为单输入，单输出的单变量系统（属于线性定常时不变系统）。 (5)、现代控制理论的发展 从50年代末期开始，控制系统设计问题的重点从设计许多可行系统中的一种系统，转变到设计在某种意义上的一种最佳系统。 大约从1960年开始，数字计算机的出现为复杂系统的时域分析提供了可能性，利用状态变量、基于时域分析的现代控制理论应运而生。 从1960年到1980年，确定性系统的最佳控制，随机系统的最佳控制，乃至复杂系统的自适应和学习控制，都得到了充分的研究。 从1980年到现在，现代控制理论的进展集中于鲁棒控制、H∞控制及其相关的课题。 反馈控制又称闭环控制 龙门刨床速度控制系统原理图 在工业控制中，龙门刨床速度控制系统就是按照反馈控制原理进行工作的。当负载波动时，必然会引起速度变化，由于龙门刨床不允许速度变化过大，因此必须对速度进行控制。 龙门刨速度自动控制过程 4、反馈控制系统的基本组成 反馈控制系统是由各种不同的元部件组成的。 a) 测量元件：检测被控制的物理量。 b) 给定元件：给出与期望的被控制量相对应的系统输入量（即参据量）。 c) 比较元件：把测量元件检测的被控量的实际值与给定元件给出的参据量进行比较，求出它们之间的偏差。 5、自动控制系统基本控制方式 (1)、反馈控制方式(闭环控制系统) 按偏差进行控制，具有抑制扰动对被控量产生影响的能力和较高的控制精度。 1-2 自动控制系统示例 1 函数记录仪 1-3 自动控制系统的分类 自动控制系统有多种分类方法，一般，为了全面反映自动控制系统的特点，常常将各种分类方法组合应用。 按系统功用分 1、线形连续控制系统 这类系统可以用线形微分方程式描述，其一般形式为： (1)、恒值控制系统 这类控制系统的参据量是一个常值，要求被控量亦等于一个常值，故又称为调节器。 在恒值控制系统中，参据量可以随生产条件的变化而改变，但是，一经调整后，被控量就应与调整好的参据量保持一致。在工业控制中，如果被控量是生产过程参量时，这种控制系统则称为过程控制系统，它们大多数属于恒值控制系统。 (2)、随动系统 系统的参据量是预先未知的随时间任意变化的函数，要求被控量以尽可能小的误差跟随参据量的变化，故又称为跟随系统。在随动系统中。扰动的影响是次要的，系统分析、设计的重点是研究被控量跟随的快速性和准确性。 在随动系统中，如果被控量是机械位或其导数时，这类系统称之为伺服系统。 (3)、程序控制系统 系统的参据量时按预定规律随时间变化的函数，要求被控量迅速、准确地加以复现。程序控制系统和随动系统的参据量都是时间函数，不过前者是已知的时间函数，后者是未知的任意时间函数，而恒值控制系统也可视为程序控制系统的特例。 2、线性定常离散控制系统 离散系统是指系统的某处或多处的信号为脉冲序列或数码形式，因而信号在时间上是离散的。离散系统一般用差分方程描述，其一般形式可用下式表示： 3、非线性控制系统 系统中只要有一个元部件的输入－输出特性是非线性的，这类系统就称为非线性控制系统， 实际