自动控制系统的基本概念课件.ppt

* 自动控制的应用领域 军事工业 航空航天 制造业 机器人 流程工业 电子工业 家用电器 交通系统，楼宇系统，经济系统，社会系统 … 钢铁、石化、造纸、制药等 * 随着生产和科学技术的发展，自动控制技术可以说已渗透到各种学科领域，成为促进当代生产发展和科学技术进步的重要因素。 事实上，任何技术设备、工作机械或生产过程都必须按要求运行。例如：要使火炮能自动跟踪并命中飞行目标，炮身就必须按照指挥仪的命令而作方位角和俯仰角的变动； * 要把数吨重人造卫星送入数百公里高空的轨道，使其所携带的各种仪器能长期使用、准确地工作，就必须保持卫星的正确姿态，使它的太阳能电池一直朝向太阳，无线电发射天线一直指向地球；  * 要使数控机床能加工出高 精度的工件，就必须保证 其工作台或刀架的进给量 准确地按照程序指令的设 定值变化； 要想使轮船安全顺利的航行，就必须按照领航员的命令改变尾舵的方向； * 所有这一切都是以高水平的自动控制技术为前提的。 要使炼钢炉提供优质的产品，就必须严格控制炉温……等等。 * 工业机器人： * 家用电器： 电扇：控制转速 电冰箱、空调、电饭煲：控制温度 洗衣机：控制水位、强弱、时间等 * 自动控制： 就是指在脱离人的直接干预，利用控制装置（简称控制器）使被控对象（或生产过程） 的某一物理量（如温度、压力、PH值等）准确地按照预期的规律运行。 自动控制系统 自动控制系统是为实现某一控制目标所需要的所有物理部件的有机组合体。 * 自动控制研究的内容： 经典控制理论 现代控制理论 经典控制理论 主要研究对象:对单输入单输出(SISO)线性定常系统的分析和设计问题。 线性系统 非线性系统 离散系统 现代控制理论 主要研究对象:多输入多输出(MIMO)、时变参数、高精度复杂系统的分析和设计问题。 * 研究对象 数学工具 分析方法 局限性 经典控制理论 单I/O 线性定常系统 微分方程，传递函数 时域法 频域法 根轨迹法 对复杂多变量系统、时变和非线性系统无能为力 现代控制理论 多输入-多输出变系数，非线性等系统 线性代数、矩阵理论 状态 空间法 比较繁琐 （但由于计 算机技术的 迅速发展，已克服) * 本课程的体系结构 内容：经典控制理论 建模、分析、综合 范围：线性定常SISO系统 (包括连续与离散）与非线性系统 重点：基本概念、基本理论、基本方法 * 高等数学——微分方程、拉氏变换、傅立 叶变换及复变函数等 电 路——电路理论及运算方法、暂态过 程分析 电子技术——运算放大器元件及参数计算 电 机——工作原理及机械特性 需要复习的内容 * 基 本 要 求 通过学习本课程，获得自动控制系统的基本概念和基本理论； 掌握分析自动控制系统或过程控制系统的基本方法。 * 第一章 自动控制系统的基本概念 1-1 开环控制系统与闭环控制系统 1-2 闭环控制系统的组成和基本环节 1-3 自动控制系统的类型 1-4 自动控制系统的性能指标 * 闭环控制 复合控制 开环控制 1-1开环控制系统与闭环控制系统 * 一、开环控制 控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有反向联系的控制。 温度计 加热电阻丝 u ~220V k 炉温开环控制系统 开关闭合后，不同的输入电压u对应于不同的温度t。 t 自耦变压器 电阻炉 * 系统输入：给定量、扰动量 扰动量:妨碍控制量对被控量进行正常控制的所有因素(内部扰动、外部扰动) 给定量(控制量):决定被控量的物理量(电源电压) 输出量(被控量):被控制的物理量(电阻炉温度) 被控对象:被控制的设备或过程称为被控对象或者对象(电阻炉恒温箱) 开环控制系统中得到的术语概念： * 给定值 输出量 典型开环控制的方框图 控制器 被控制 对象 扰动 输出量 受控对象 控制装置 (电源 ) 输入量 (温度) 扰动量 开关 电炉恒 温箱 加热电 阻丝 炉温开环控制系统方框图 * 例: 直流电动机转速开环控制系统。 　输出量对输入量没有影响的系统称为开环系统 * 开环控制系统多用于系统结构参数稳定和扰动信号较弱的场合. 信号从输入到输出无反馈,系统的输出量对系统的控 制作用没有任何影响，作用信号由输入到输出单向传递 结构简单，成本低廉. 控制精度不高，主要取决于控制器及被控对象的参数稳定性，容易受干扰影响，缺乏精确性和适应性,无法抑制扰动. 开环控制系统特点： * 二、闭环控制 人