袁安富版本 第一章 自动控制的一般概念课件

1、自动控制原理第一章 自动控制的一般概念第二章 控制系统的数学模型第三章 线性系统的时域分析法第四章 线性系统的根轨迹法第五章 线性系统的频域分析法第六章 线性系统的校正方法第一章 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与其他课程的关系自动控制原理电机与拖动模拟电子技术线性代数微积分（含微分方程）复变函数、拉普拉斯变换电路理论大学物理（力学、热力学）电力电子技术各类控制系统课程 1-1 自动控制的基本原理与方式1.自动控制的定义: 在没有人的直接参与的情况下,利用控制装置使被控对象或过程能自动地

2、按预定规律运行。2.自动控制理论: 研究自动控制共同规律的基础科学。经典控制理论主要研究单输入-单输出系统以及线性定常系统的分析和设计问题。3.举例:自动控制的热力系统排水控制阀蒸汽热水冷水温度传感器希望温度 将时间温度与希望温度进行比较，如不到，则开启控制阀。误差越大，开度越大；反之则关闭控制阀，达到控制温度。自动控制器4.自动控制系统的基本控制方式(1)闭环控制方式 输入量对象或过程测量元件输出量控制器 闭环控制系统原理框图闭环控制： 闭环控制是把系统的输出量检测出来，经过物理量的转换，再反馈到系统的输入端去与给定量进行比较（形成偏差），利用偏差量作为控制信号来纠正偏差。特点：输入量与输出

3、量一一对应。信号传递是双方向的：既有输入量对输出量的作用，又有输出量对输入量的作用。系统具有抗干扰能力。 例： 洗衣机：浸泡，洗涤，漂清，脱水依次进行，无需对输出信号（衣服的清洁程度）进行测量。 十字路口的交通灯 绿（20秒） 黄（2秒） 红（15秒），此系统不是反馈系统。若系统能够自动测量交通的流量，从而调整红绿灯持续的时间，则是闭环。开环与闭环的比较 前述的温度控制系统改成改成开环系统：隔一段时间就放入一些蒸汽加热，就不如闭环的精确，因为有各种干扰的存在（环境温度、用热水的量）。 由此可见：闭环不易受各种干扰的影响，保持输出的精确，而开环不行。 但： 闭环稳定性是一个重要的问题，很可能振荡

4、。而开环不存在这个问题。开环简单。 因此：当系统在无法预测的扰动或参数变化时，闭环才有优越性。BACK 1-2 自动控制系统示例1.炉温闭环控制系统2.比例式液位调节系统 图1-4 闭环控制结构图 1-控制器 2-控制对象 3-检测装置前向通道反向通道2.比例式液位调节器 1-3 自动控制系统的分类分类方法按控制方式：开环控制、闭环控制、复合控制按元件类型：机械系统、电气系统、机电系统、液压系统、气动系统、生物系统等。按系统功能：温度、压力、位置按系统性能：线性与非线性、连续与离散、定常与时变按参考量变化规律：恒值、随动、程序控制1.线性连续控制系统由系数判定线性时变系统、线性定常系统线性定常

5、系统根据参考输入量又可分为：恒值控制系统、随动系统、程序控制系统（1）恒值控制系统 参考输入是个常值，要求被控量也等于常值。外部扰动的存在，被控量偏离参考量而出现偏差，控制系统根据偏差产生控制作用，以克服扰动的影响，使被控量恢复到给定的常值。（2）随动系统参考输入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考输入量变化。参考输入是按预定规律随时间变化的函数，要求被控量迅速、准确地复现。2.线性定常离散系统（3）程序控制系统 系统的多处或某处的信号为脉冲序列或数码形式,信号在时间上是离散的。离散系统要由差分方程描述。BACK 1-4 对自动控制系统的基本要求1.对自动控制系

6、统基本要求稳定性（稳）、快速性（快）、准确性（准） “稳”与“快”是说明系统动态（过渡过程）品质。系统的过渡过程产生的原因 ： 系统中储能元件的能量不可能突变。“准”是说明系统的稳态（静态）品质稳定性 是保证控制系统正常工作的先决条件 线性控制系统的稳定性由系统本身的结构与参数所决定的，与 外部条件无关。快速性 是系统在稳定的条件下，衡量系统过渡过程的形式和 快慢，通常称为“系统动态性能”。 过渡过程时间、超调量准确性 是在系统过渡过程结束后，衡量系统输出（被控量）达到的稳态值与系统输出期望值之间的接近程度。 稳态误差发散（不好）收敛（好）不好好0tC(t)希望值稳tC(t)0准希望值好tC(t)0快希望值BACK不好小 结 开环控制系统结构简单、稳定性好，但不能自动补偿扰动对输出量的影响。当系统扰动量产生的偏差可以预先进行补偿或影响不大时，采用开环控制是有利的。当扰动量无法预计或控制系统的精度达不到预期要求时，则应采用闭环控制。 闭环控制系统具有反馈环节，它能依靠反馈环节进行自动调节，以克服扰动对系统的影响。闭环控制可以提高系统的精度，但是闭环使系统的稳定性变差，需要重视并加以解决。在不同输入量作用下，对系统