第一章 自动控制基本概念

1、动力控制工程动力控制工程多媒体课件多媒体课件第一章第一章 自动控制的基本概念自动控制的基本概念教学目的：教学目的：通过本章学习使学生自动控制系统原理、组成，以及开环控制系统和闭环系统的工作原理、特点。重重 点：点：闭环控制系统的原理、特点。难难 点：点：控制系统的动态分析。 一、一、 基本概念基本概念1、自 动 控 制：在没人直接参与的情况下，通过控制 器使生产过程自动地按预定规律运行。2、自动控制系统：能够对被控对象的工作状态进行自动 控制的系统。3、计算机控制系统：利用计算机实现生产过程自动控制的系统。工作原理：1、实时数据采集 2、实时控制决策 3、实时控制输出举例：原料气加热炉闭环控制

2、系统原料气加热炉原料气入口出口温度T温度传感器温度设定值控制装置温差信号执行器燃料油调节阀燃料油通道二、开环控制系统与闭环控制系统二、开环控制系统与闭环控制系统1、系统工作原理 2、系统特点 （一）开环控制系统：系统的输出量对系统没有控制 作用，该系统称开环控制系统。开环调速系统 （二）闭环控制系统：把输出量直接或间接地反馈到系统 的输入端，形成闭环，参与控制，这种系统叫闭环控制系统。 1、工作原理 2、特点 闭环调速系统三、闭环控制系统的组成和作用1、闭环控制系统组成 2、各环节的作用 控制装置执行器被控对象检测装置给定量误差-输出量闭环控制系统原理图温度闭环控制系统图原 料 气 加 热 炉

3、原 料 气 入口出 口 温 度 T温 度 传 感 器温 度 设 定 值控 制 装 置温 差 信 号执 行 器燃 料 油调 节 阀燃 料 油 通 道四、控制系统的基本要求1、稳定性；2、快速性；3、准确性五、反馈控制的基本原理课本中水位自动控制的例子表明：被控制的物理量是水位；加在进水阀上的抨制作用是由控制器产生的；而控制器则是按实际水位和给定水位的偏差产生控制作用的；这种从被控制的变量中取得控制信息又用来控制被控制变量的控制方法，称为反馈控制。是典型的闭环控制系统。d(t)，称为扰动变量;凡作用在控制系统中，可以引起输出变量变化的除去控制尘量u(t)以外的其他国素，都可以称为扰动。扰动变量可以

4、分为内扰和外扰两类。由反馈控制系统内部产生的扰动，如元件参数的变化称为内扰。而由反馈控制系统外部引入的扰动，如负载变化，能源变化等，称为外扰。扰动对控制系统是一种不利因素。克服扰动对输出变量的影响是反馈控制系统的主要任务之一。扰动变量度d(t)对整个反馈控制系统来说也是一种输入变量。为了区别，把给定值称为控制输入变量，把扰动变量称为扰动输入变量。 控制器、反馈装置等都是自动控制装置。在多数情况下，反馈装置就是输出变量的测量变送装置。被控对象与自动控制装置的组合，就构成了一个自动控制系统。图14所示的控制系统称为反馈控制系统。由于信息的传递可以构成一个闭合环路，所以又称闭环控制系统。从输入端到输

5、出端的信号传递路径称为前向通道，从输出端到输入端的信号传递路径称为反馈通道。偏差负反馈六、自动控制系统的类型按控制方式分类：开环控制系统、闭环控制系统、复合控制系统按系统元件的特性分类：线性系统、非线性系统按系统的性能分类：连续系统、离散系统离散控制系统计算机执行器被控对象检测装置给定量偏差-输出量计算机控制系统A/DD/A控制装置执行器被控对象检测装置给定量偏差-输出量连续控制系统线性控制系统是由线性元件构成的系统。线性元件是指输入和输出静特性的关系为线性的元件。（也可以说，线性系统是可以用线性微分方程描述的系统。当线性微分方程的系数为常数时，称为线性定常系统。当线性微分方程的系数是时间的函

6、数时，称为线性时变系统。）线性系统的主要特点是：满足叠加原理和齐次原理。 叠加原理是指当系统有多个输入时，系统的输出等于每个输入单独作用下系统的输出之和。 齐次原理是指当输入增大或缩小若干倍时，系统的输出也相应增大或缩小若干倍。即：凡是既满足叠加原理又满足齐次原理的系统就是线性系统。1 1 线性系统与非线性系统线性系统与非线性系统2 2 开环控制系统与闭环控制系统开环控制系统与闭环控制系统 在开环控制系统中，控制变量u(t)只根据控制输入变量f(t)产生，输出变量y(t)在控制过程中对控制变量不产生影响。简单，反应速度快有误差，没有误差修正能力，外环控制精度低。闭环控制是按偏差控制的，以检测偏

7、差、消除偏差为特征。3 3 恒值控制系统与随动控制系统恒值控制系统与随动控制系统恒值控制系统与随动控制系统是根据控制系统的控制输入变量f(t)进行分类的方法。4 4 单变量系统和多变量系统单变量系统和多变量系统单变量系统：单输入单输出控制系统(SISO)，是只有一个输入变量和一个输出变量的控制系统。多变量控制系统，即多输人多输出控制系统(MIMO)，这类控制系统中，变量之间相互耦合，控制难度较大，控制系统的结构也比较复杂。5 5 连续系统和离散系统连续系统和离散系统若控制系统中各部分的信号都是连续的(即是时间的连续函数)称这类控制系统为连续系统。在控制系统中，只要有一处信号是不连续信号，则称其

8、为离散系统。热交换器的控制原理图控制系统举例控制系统举例恒压自动供水泵统的控制原理阁小结：1、自控制的基本概念，2、开环控制系统和闭环控制系统和闭环控制系统的工作原理及特点3、控制系统的基本要求4、暂态特性分析重点掌握闭环控制系统的工作原理和特点。作业：Page7，Ex13 开环控制系统与闭环控制系统的主要区别1、信号传输通道的差别 ： 开环控制系统：只有正向传输通道， 闭环控制系统：有正向通道和反馈通道。 2、系统结构的差别： 开环控制系统：有给定环节 闭环控制系统：有给定环节、比较环节、检 测环节。3、控制方式的差别: 开环控制系统：有偏差靠人工控制 闭环控制系统：对被控对象进行自动控制。 2、系统中各基本环节的作用（1）被控对象 ：指要进行控制的设备或过程。（2）检测装置：用来检测被控量，并将其转换成与 给定量同一物理量。（3）给定环节：是设定被控量给定值的装置。（4）比较环节 ：将检测的被控量和给定值进行比较