西工大、西交大自动控制原理 第一章 自动控制的基本概念1-2.ppt

* * * * * * * * * * 1.1自动控制的基本概念 2、自动控制 自动控制就是在没有人直接参与的情况下，通过控制装置使被控对象(或过程)自动地按预定的规律运行。 水池水位自动控制系统 放大器 实际水位 浮子 连杆 阀门 电位器 电动机 减速器 进水 出水 反 馈 控 制 原 理 一 1.1自动控制的基本概念 2、自动控制 看(测量)——浮子 比(比较) ——连杆 算(计算) ——电位器 动(执行) ——电动机和减速器 放大器——放大偏差信号，以足够的功率驱动电机。 反 馈 控 制 原 理 一 1.1自动控制的基本概念 2、自动控制 给定电位Ur 电动机 减速器 水池 浮子连杆 反馈信号Uf Ｃ Q2 － 阀门 Q1 放大器 反 馈 控 制 原 理 一 1.1自动控制的基本概念 2、自动控制 自动控制系统 被控对象和控制装置按照一定的方式连接起来，组成一个有机总体，就是自动控制系统。 反 馈 控 制 原 理 一 1.1自动控制的基本概念 反馈 取出控制系统的输出量送回到输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程，称之为反馈。 若反馈回来的信号与输入信号相减，则称之为负（negative）反馈；反之，称为正（positive）反馈。 反馈是控制的精髓、核心思想 反 馈 控 制 原 理 一 1.1自动控制的基本概念 反馈是控制的精髓、核心思想 火炮随动系统 领导实施管理 央行调整利息 没有调查就没有发言权” ，等等 都体现了反馈的理念！ 反 馈 控 制 原 理 一 1.1自动控制的基本概念 反馈控制原理 在反馈控制系统中，控制装置对被控对象施加控制作用，是取自被控量的反馈信息，用来不断修正被控量与输入量之间的偏差，从而实现对被控对象进行控制的任务，这就是反馈控制的原理。 闭环控制：采用负反馈并利用偏差进行控制的过程 反 馈 控 制 原 理 一 线性系统 如果系统的数学模型是线性微分方程，这样的系统就是线性系统 由线性元件组成的系统，其微分方程中输出(入)量及其各阶导数都是一次的，并且各系数与输入(出)量(自变量)无关，称为线性系统 线性元件：具有迭加性和齐次性的元件称为线性元件。 线性系统两个重要特性 （1）叠加性 （2）均匀性(齐次性) 若组成系统的各元件均为线性元件，则系统为线性系统。线性方程不一定满足叠加性和齐次性。 例如满足y=kx的是线性元件 输入x1?y1输出 x2?y2 输入x1 ＋x2 ? 对应输出y1 ＋ y2 ?满足叠加性 k为常数， kx1?ky1 ?满足齐次性 所表示的元件为线性元件 y=kx+b(b为常数?0)?线性方程，所表示的元件不是线性元件. 为什么呢？ 输入x1?y1输出 y1 = kx1+b x2?y2 y2 = kx2+b 输入x1 ＋x2?输出y=k(x1 ＋x2)+b =k x1 +kx2+b? y1 +y2 不满足叠加性 k为常数:kx1?输出y=k(kx1)+b=k2x1+b ky1=k(kx1+b)= k2x1+kb ?y?ky1不满足齐次性。 ?所表示的元件不是线性元件。 又例如：元件的数学模型为： 元件的数学模型为： 对线性系统可以应用叠加性和齐次性，对研究带来了极大的方便。 叠加性的应用：欲求系统在几个输入信号和干扰信号同时作用下的总响应，只要对这几个外作用单独求响应，然后加起来就是总响应。 齐次性表明：当外作用的数值增大若干倍时，其响应的数值也增加若干倍。这样，我们可以采用单位典型外作用（单位阶跃、单位脉冲、单位斜坡等）对系统进行分析——简化了问题。 非线性系统 微分方程的系数与自变量有关，或者方程中含有变量及其导数的高次幂或乘积项。 系统中只要有一个元部件的输入输出特性是非线性的， 这类系统称为非线性控制系统，要用非线性微分/差分方程 描述其特性。严格来说，实际物理系统中都含有不同程度的 非线性元件，因而都是非线性系统，但由于非线性可在一定 范围内采用线性化的方法，从而近似为线性系统。 定常与时变系统 控制系统的参数如果在工作过程中不随时间而变化，那么这类系统称为定常系统。如果系统在工作期间其参数变化不能忽略其对系统工作的影响，