自动控制原理-第1章-绪论课件

第一章绪论自动控制：

在没有人直接参与的情况下，采用控制装置或机械使被控制对象达到预期的目标。第一章绪论自动控制：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:对单输入单输出线性定常系统的分析和设计问题。现代控制理论主要研究对象:多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的分析和设计问题。自动控制研究的内容：自动控制原理-第1章-绪论课件2.自动控制系统的概念2.自动控制系统的概念自动控制原理-第1章-绪论课件转速表直流电动机人工控制直流电动机转速示意图如下所示:功率放大器激磁回路激磁电流电枢电压人所起的三个作用:(1)观察电机的转速;(2)将观察到的转速与需要保持的转速在头脑中进行比较;(3)根据比较得出的结论去调整电位器的输出电压.转速表直流电动机人工控制直流电动机转速示意图如下所示:功率放实际行驶方向预期行驶方向

汽车驾驶控制原理框图实际行驶方向预期行驶方向汽车驾驶控制原理框图测量预期路线大脑方向盘汽车实际路线眼睛和其他

感觉器官手汽车驾驶控制原理框图测量预期路线大脑方向盘汽车实际路线眼睛和其他

感觉器官手汽车根据以上例子自动控制的概念总结如下：自动控制：是指没有人直接参与的情况下，利用控制装置（称控制器），使整个生产过程或工作机械（称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制器与控制对象组成。控制对象控制器输入量输出量扰动量?根据以上例子自动控制的概念总结如下：自动控制：是指没有人直接3、技术术语1）被控对象:是指要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。3）控制器：又称调节器、控制装置，由控制元件组成，它接受指令信号，输出控制作用信号于被控对象。2）被控量：表征被控对象工作状态的物理参量(或状态参量)，如转速、压力、温度、电压、位移等。3、技术术语1）被控对象:是指要求实现自动控制的机器、设备或4）给定值或指令信号r(t)：要求控制系统按一定规律变化的信号，是系统的输入信号。5）干扰信号n(t)：又称扰动值，是一种对系统的被控量起破坏作用的信号。6）反馈信号b(t)：是指被控量经测量元件检测后回馈送到系统输入端的信号。7）偏差信号e(t)：是指给定值与被控量的差值，或指令信号与反馈信号的差值。4）给定值或指令信号r(t)：要求控制系统按一定规律变化的信4、控制系统的职能方框图（重点）

控制系统职能方框图4、控制系统的职能方框图（重点）控制系统职能方框图控制器应具有三种基本职能，即测量、比较和执行。

1）测量元件的职能是检测被控制的物理量，如果所测量的物理量为非电量，一般要将其转换为电量。

2）比较元件的职能是将测量元件检测到的被控量的实际值与给定值相比较，计算求出二者间的偏差。控制器应具有三种基本职能，即测量、比较和执行。1）测量元件4）执行元件的职能是直接推动被控对象，使被控量发生变化。3）放大元件的职能是将比较元件给出的偏差信号放大，以驱动执行元件去控制被控对象。4）执行元件的职能是直接推动被控对象，使被控量发生变化。31.2自动控制的基本方式

一、闭环控制

闭环控制框图1.2自动控制的基本方式一、闭环控制闭环控制框图反馈：控制的核心思想闭环控制特点：信息的双向流动控制器被控

对象预期输出r(t)实际输出y(t)比较器测量

装置误差

e(t)控制量

u(t)被测变量测量值反馈：控制的核心思想闭环控制特点：信息的双向流动控制器被控

二、开环控制

按给定值控制

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

二、开环控制按给定值控制例:直流电动机转速开环控制系开环控制系统：

1.结构简单经济

2.调试方便

3.抗干扰能力差，控制精度不高。闭环控制系统：

1.系统具有纠正偏差的能力。

2.抗扰性好，控制精度高。3.包含元件多，结构复杂，价格高。

4.参数应选择适当。开环＋闭环＝复合控制系统（兼有两者的优点，精度很高）

开环与闭环系统的比较开环控制系统：开环与闭环系统的比较2.按干扰补偿

按干扰补偿框图2.按干扰补偿按干扰补偿框图3.复合控制复合控制框图3.复合控制复合控制框图

1.3对控制系统的性能要求

1.稳：（基本要求）

被控制信号能跟踪已变化的输入信号，从一种状态到另一种状态，如果能做到，我们就认为该系统是稳定的。2.准：（稳态要求）系统响应达到稳态时，输出跟踪精度要高3.快：（动态要求）系统阶跃响应的过渡过程要平稳，快速1.3对控制系统的性能要求1.稳：（基本要求）稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。快速性：动态性能，有指标。准确性：稳态（过度结束后的）值应尽量与期望值一致。tnn1(a)0(b)nt0n0n1t0n(c)n0t(e)n1n0t(d)n0n1n0t(f)

(a)、(b)非周期振荡；(c)发散振荡；(d)、(e)收敛振荡；(f)等幅振荡。稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。tnn1(a)0(1.4自动控制系统示例

例1炉温控制系统1.4自动控制系统示例例1炉温控制系统自动控制原理-第1章-绪论课件例2、涡轮喷气发动机转速控制系统

涡轮喷气发动机转速控制系统原理图例2、涡轮喷气发动机转速控制系统涡轮喷气发动机转速控制首先应明确：1.被控对象：涡轮喷气发动机2.被控量：涡轮转速nc3.执行元件：即是改变供油量的机构，系统中与柱塞泵的斜盘以及和斜盘相连接的油缸活塞。斜盘倾角不同，泵在同样转速下供油量就不同。4.转速测量：靠离心块（转速传感器）来完成转速测量，离心块产生的离心力不同，作用在滑阀上（分油活门）的力的大小就代表了转速的大小。首先应明确：5.转速给定：由油门的位置给定，油门位置不同，作用在滑阀上的起始弹簧力也不同，起始弹簧力的大小就代表了给定转速的大小。6.比较元件：就是滑阀，离心力和弹簧力在阀芯上进行比较，若两个作用力不相等，则推动阀芯打开油路，输出高压燃油到燃烧室。

5.转速给定：由油门的位置给定，油门位置不同，作用在滑阀上

涡轮喷气发动机转速控制系统职能框图涡轮喷气发动机转速控制系统职能框图

水箱原来处于一个平衡状态，q1(t)=q2(t)=0。如果打开阀门，冲水，冲好后关上阀门，h(t)发生变化，水位下降，△h变大，通过浮子反馈到执行机构。机械杠杆带动活塞打开，q1(t)变大，使△h变小，浮子上浮，活塞也上升，直至达到新的平衡。水箱原来处于一个平衡状态，q1(t)=q2(t)原理方框图：

这就是负反馈控制系统，检测偏差，然后进行调节，使偏差减小，最后直至消除偏差。——按偏差控制。原理方框图：这就是负反馈控制系统，检测偏差，然后进行调节，本章小结1．正确理解自动控制的三种基本控制方式，尤其闭环负反馈按偏差控制的原理更要清楚。2．在已知自动控制系统工作原理图的条件下，熟练地给出该系统的职能方框图，正确标示出系统各职能元件的名称和信号的名称。本章小结1．正确理解自动控制的三种基本控制方式，尤其闭环负反第一章绪论自动控制：

在没有人直接参与的情况下，采用控制装置或机械使被控制对象达到预期的目标。第一章绪论自动控制：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:对单输入单输出线性定常系统的分析和设计问题。现代控制理论主要研究对象:多输入、多输出、时变参数、高精度复杂系统的分析和设计问题。自动控制研究的内容：自动控制原理-第1章-绪论课件2.自动控制系统的概念2.自动控制系统的概念自动控制原理-第1章-绪论课件转速表直流电动机人工控制直流电动机转速示意图如下所示:功率放大器激磁回路激磁电流电枢电压人所起的三个作用:(1)观察电机的转速;(2)将观察到的转速与需要保持的转速在头脑中进行比较;(3)根据比较得出的结论去调整电位器的输出电压.转速表直流电动机人工控制直流电动机转速示意图如下所示:功率放实际行驶方向预期行驶方向

汽车驾驶控制原理框图实际行驶方向预期行驶方向汽车驾驶控制原理框图测量预期路线大脑方向盘汽车实际路线眼睛和其他

感觉器官手汽车驾驶控制原理框图测量预期路线大脑方向盘汽车实际路线眼睛和其他

感觉器官手汽车根据以上例子自动控制的概念总结如下：自动控制：是指没有人直接参与的情况下，利用控制装置（称控制器），使整个生产过程或工作机械（称被控对象）的某个工作状态或参数（即被控量）自动地按照预定的规律运行。自动控制系统：能够实现自动控制任务的系统，由控制器与控制对象组成。控制对象控制器输入量输出量扰动量?根据以上例子自动控制的概念总结如下：自动控制：是指没有人直接3、技术术语1）被控对象:是指要求实现自动控制的机器、设备或生产过程。3）控制器：又称调节器、控制装置，由控制元件组成，它接受指令信号，输出控制作用信号于被控对象。2）被控量：表征被控对象工作状态的物理参量(或状态参量)，如转速、压力、温度、电压、位移等。3、技术术语1）被控对象:是指要求实现自动控制的机器、设备或4）给定值或指令信号r(t)：要求控制系统按一定规律变化的信号，是系统的输入信号。5）干扰信号n(t)：又称扰动值，是一种对系统的被控量起破坏作用的信号。6）反馈信号b(t)：是指被控量经测量元件检测后回馈送到系统输入端的信号。7）偏差信号e(t)：是指给定值与被控量的差值，或指令信号与反馈信号的差值。4）给定值或指令信号r(t)：要求控制系统按一定规律变化的信4、控制系统的职能方框图（重点）

控制系统职能方框图4、控制系统的职能方框图（重点）控制系统职能方框图控制器应具有三种基本职能，即测量、比较和执行。

1）测量元件的职能是检测被控制的物理量，如果所测量的物理量为非电量，一般要将其转换为电量。

2）比较元件的职能是将测量元件检测到的被控量的实际值与给定值相比较，计算求出二者间的偏差。控制器应具有三种基本职能，即测量、比较和执行。1）测量元件4）执行元件的职能是直接推动被控对象，使被控量发生变化。3）放大元件的职能是将比较元件给出的偏差信号放大，以驱动执行元件去控制被控对象。4）执行元件的职能是直接推动被控对象，使被控量发生变化。31.2自动控制的基本方式

一、闭环控制

闭环控制框图1.2自动控制的基本方式一、闭环控制闭环控制框图反馈：控制的核心思想闭环控制特点：信息的双向流动控制器被控

对象预期输出r(t)实际输出y(t)比较器测量

装置误差

e(t)控制量

u(t)被测变量测量值反馈：控制的核心思想闭环控制特点：信息的双向流动控制器被控

二、开环控制

按给定值控制

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

二、开环控制按给定值控制例:直流电动机转速开环控制系开环控制系统：

1.结构简单经济

2.调试方便

3.抗干扰能力差，控制精度不高。闭环控制系统：

1.系统具有纠正偏差的能力。

2.抗扰性好，控制精度高。3.包含元件多，结构复杂，价格高。

4.参数应选择适当。开环＋闭环＝复合控制系统（兼有两者的优点，精度很高）

开环与闭环系统的比较开环控制系统：开环与闭环系统的比较2.按干扰补偿

按干扰补偿框图2.按干扰补偿按干扰补偿框图3.复合控制复合控制框图3.复合控制复合控制框图

1.3对控制系统的性能要求

1.稳：（基本要求）

被控制信号能跟踪已变化的输入信号，从一种状态到另一种状态，如果能做到，我们就认为该系统是稳定的。2.准：（稳态要求）系统响应达到稳态时，输出跟踪精度要高3.快：（动态要求）系统阶跃响应的过渡过程要平稳，快速1.3对控制系统的性能要求1.稳：（基本要求）稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。快速性：动态性能，有指标。准确性：稳态（过度结束后的）值应尽量与期望值一致。tnn1(a)0(b)nt0n0n1t0n(c)n0t(e)n1n0t(d)n0n1n0t(f)

(a)、(b)非周期振荡；(c)发散振荡；(d)、(e)收敛振荡；(f)等幅振荡。稳定性：是保证控制系统正常工作的先决条件。tnn1(a)0(1.4自动控制系统示例

例1炉温控制系统1.4自动控制系统示例例1炉温控制系统自动控制原理-第1章-绪论课件例2、涡轮喷气发动机转速控制系统

涡轮喷气发动机转速控制系统原理图例2、涡轮喷气发动机转速控制系统涡轮喷气发动机转速控制首先应明确：1.被控对象：涡轮喷气发动机2.被控量：涡轮转速nc3.执行元件：即是改变供油量的机构，系统中与柱塞泵的斜盘以及和斜盘相连接的油缸活塞。斜盘倾角不同，泵在同样转速下供油量就不同。4.转速测量：靠离心块（转速传感器）来完成转速测量，离心